[发明专利]一种断路器数字孪生体构建方法

说明书

本公开揭示了一种断路器数字孪生体构建方法，包括如下步骤：S100：构建断路器多域物理仿真模型；S200：构建断路器数据驱动模型；S300：将断路器实体与多域耦合物理仿真模型及数据驱动模型进行动态交互和实时优化，以获得断路器的数字孪生体。

技术领域

本公开属于电力设备故障诊断、物联网技术、人工智能算法交叉领域，具体涉及一种断路器数字孪生体构建方法。

背景技术

大数据、传感器与人工智能技术正在让电力设备运行状态检测和辅助检修的手段——智能状态监测技术快速地发展。中高压断路器作为电力系统中实现承载、开断正常回路电流并能在规定的时间内开断故障电流开关装置，为电力系统的输电和配电环节的稳定性提供了重要的保障，因而在电力设备故障诊断、智能在线监测和预测性维修领域受到了广泛的关注。然而，由于当前电力行业中断路器的在线感知数据积累严重不足且数据处理难度较大，且学界提出的断路器故障诊断模型大多是基于离线模拟实验数据进行构建的，这样的取舍也就导致了得到的模型在实际落地应用时效果较差。但是，若要开展“断路器开断兆瓦级负荷”的带载试验，必须同时满足高电压和大电流的条件，这需要价格高昂的配套设备；并且改进断路器离线故障诊断模型需要大量的数据作为支撑，而数百次甚至数千次的断路器带载开断试验会对严重影响地区电网的稳定性，且不具有经济性和可操作性。

数字孪生是指针对物理世界中的物体，通过数字化的手段构建一个在数字世界中一模一样的虚拟实体，以此来实现对物理实体的设计优化、分析预测和响应控制。随着物联网技术、计算机辅助设计与仿真技术、人工智能和虚拟现实技术的不断发展，更多的工业产品和设备被赋予了智能的特征，而数字孪生的概念也逐渐被应用到设备设计、设备制造、设备使用与维修、设备回收等完整的产品全生命周期阶段。

发明内容

针对现有技术中的不足，本公开的目的在于提供一种断路器数字孪生体构建方法，基于该方法构建的孪生体能够模拟断路器的实际工况在线试验，能够获得大量接近真实的数据改善数据驱动模型的算法质量。

为实现上述目的，本公开提供以下技术方案：

一种断路器数字孪生体构建方法，包括如下步骤：

S100：构建断路器多域物理仿真模型；

S200：构建断路器数据驱动模型；

S300：将断路器实体与多域耦合物理仿真模型及数据驱动模型进行动态交互和实时优化，以获得断路器的数字孪生体。

优选的，步骤S100中，所述断路器多域物理仿真模型包括：断路器的三维结构仿真模型、断路器机电系统的仿真模型、断路器控制回路的仿真模型和断路器绝缘结构的仿真模型。

优选的，步骤S200中，所述断路器数据驱动模型包括机电系统故障诊断模型和断路器剩余使用寿命预测模型。

优选的，所述机电系统故障诊断模型的构建包括以下步骤：

S201：基于断路器本体搭建试验平台，以模拟断路器的不同运行状态；

S202：基于试验平台对断路器在不同运行状态下进行分合闸操作，同时收集相应的操动线圈电流信号和动铁芯直线行程位移信号；

S203：对不同运行状态下的操动线圈电流信号和动铁芯直线行程位移信号分别进行数据预处理，并从预处理后的信号中分别提取时域特征，对时域特征进行组合，以获得不同运行状态下的特征向量；

S204：将特征向量和其对应的运行状态作为特征标签集；

S205：将特征标签集划分为训练集和测试集，利用训练集训练机电系统故障诊断模型，并利用测试集对模型进行测试，若测试准确率超过90％，则机电系统故障诊断模型构建完成；否则调整参数重新对模型进行训练。

优选的，所述断路器剩余使用寿命预测模型的构建包括以下步骤：