[发明专利]一种城轨供电系统数字孪生的多尺度仿真设计方法

说明书

本发明提供了一种城轨供电系统数字孪生的多尺度仿真设计方法。该方法包括：按照器件级、设备级、站所级和系统级的顺序，从低到高逐层组建城轨供电系统数字孪生的多尺度仿真模型；对城轨供电系统数字孪生的多尺度仿真模型进行不同模式尺度自适应的并行交互仿真计算。本发明实施例提出的基于城轨供电系统数字孪生的多尺度仿真设计方法，一方面提供了系统多尺度模型的层级化、组件化、融合化构建思想，有助于提升系统模型的构建与管理效率，增强多尺度仿真；另一方面提出了基于并行协同交互策略的自适应的多尺度仿真方法，能够减小模型的冗余计算，提升仿真效率。

技术领域

本发明涉及城轨供电系统数字孪生仿真技术领域，尤其涉及一种城轨供电系统数字孪生的多尺度仿真设计方法。

背景技术

数字孪生是指借助多尺度模型仿真，结合数据与信息交互，以数字化方式创建虚拟孪生体，并对物理实体进行在线模拟、预测和控制的技术手段。多尺度模型与仿真是数字孪生的核心技术之一，结合系统实际特点，建立覆盖不同尺度、充分表征各类物理域特性的系统模型，是对物理实体进行精准模拟和全面分析的重要途径，结合虚拟试验、故障模拟和虚实映射等手段，服务于系统的节能优化、异常监测及健康管理，对于推动和加强牵引供电系统的智能化运维水平，保证城轨交通的高效、安全、绿色运行意义重大。

城轨牵引供电系统采用直流供电制式，包含大量的电能转换及电力电子变流装置及器件，实际运行涉及低频及高频不同时间尺度下的能量变化过程，时间异质性从微秒级到年，结构异质性从器件级到系统级，具有典型的多尺度特点。

目前，现有技术中的城轨供电系统数字孪生的仿真建模方法在不同时间及结构尺度下采取分散式的建模及仿真，例如：对功率开关器件及变流器建立开关模型，进行微秒级时间尺度仿真；对系统宏观潮流分布建立稳态模型，进行秒级时间尺度仿真；对系统电磁暂态过程建立暂态模型，进行纳秒级时间尺度仿真。

上述现有技术中的城轨供电系统数字孪生的仿真建模方法的缺点为：从本质上看，不同尺度状态及模型在同一系统中存在必然联系：宏观尺度状态是微观尺度状态的粗略观测结果；微观尺度模型是对宏观尺度模型的更深层次描述。不同尺度各自建模及仿真的传统方法割裂了不同尺度模型之间的潜在物理关联，缺乏对多尺度的物理变化过程的整体描述，无法根据实际需求对实际系统进行全面尺度的解析，仿真结果的准确性和全面性有待提升。

发明内容

本发明的实施例提供了一种城轨供电系统数字孪生的多尺度仿真设计方法，以实现对城轨供电系统数字孪生进行有效的多尺度仿真。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

一种城轨供电系统数字孪生的多尺度仿真设计方法，包括：

按照器件级、设备级、站所级和系统级的顺序，从低到高逐层组建城轨供电系统数字孪生的多尺度仿真模型；

对所述城轨供电系统数字孪生的多尺度仿真模型进行不同模式尺度自适应的并行交互仿真计算。

优选地，所述的按照器件级、设备级、站所级和系统级的顺序，从低到高逐层组建城轨供电系统数字孪生的多尺度仿真模型，包括：

将层级化、组件化、交叉式作为构建城轨供电系统数字孪生的多尺度模型的基本原则，所述层次化包括按照器件级、设备级、站所级和系统级的顺序，从低到高逐层组建模型；所述组件化是在层级化的基础上，为各层级进行模块化封装，设置对外接口，按照物理关联进行连接；所述交叉式是对各层级和多尺度下的模型进行交叉式构建，提供物理对象各个层级下的多尺度模型；

基于所述层级化、组件化和交叉式的原则，从低到高逐层组建城轨供电系统数字孪生的多尺度仿真模型。

优选地，所述的对所述城轨供电系统数字孪生的多尺度仿真模型进行不同模式尺度自适应的并行交互仿真计算，包括：