一种箱式变电站的运行状态控制系统的制作方法

1.本发明涉及电力设备监控技术领域，具体为一种箱式变电站的运行状态控制系统。


背景技术：

2.箱式变电站是高压开关设备、电力变压器和低压配电装置三部分按一定接线方式组合在箱体内的成套配电设备，应用于住宅区、商业中心、医院、学校、厂矿企业、风力发电、公共场所及临时性设备等场所。
3.例现有专利（cn115240691a）一种基于数据分析的变电站设备运行状态监测控制系统，可通过分布在变电设备区域的边缘的多个监听模组同时对变电设备区域内进行噪声采集，由不同位置的监听单元不断的获得与设备信息码相关的声波数据最终完成快速的找出变电设备中的故障设备，提升检修维护效率；现有专利（cn111864909a）一种新能源变电站智能辅助控制系统，通过串口通信方式获取无线传感器网络的传感数据克服了现有技术大部分依赖人工现场管理的不足，提高了变电站管理的安全性、规范性、实时性和准确性。
4.在上述专利技术中虽然可以快速查找故障设备和克服依赖性的人工现场管理，但是无法预测未来一段时间内的故障概率，难以结合故障态势，为维修决策提供支持数据，缺乏制定系统监测的预警机制的阈值设置以及指导基于状态的预警和决策。


技术实现要素：

5.（一）解决的技术问题针对现有技术的不足，本发明提供了一种箱式变电站的运行状态控制系统，解决了无法预测未来一段时间内的故障概率，难以结合故障态势，为维修决策提供支持数据，缺乏制定系统监测的预警机制的阈值设置以及指导基于状态的预警和决策的问题。
6.（一）技术方案为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种箱式变电站的运行状态控制系统，包括变电站控制系统，所述变电站控制系统包括用于箱式变电站各组件数据采集的数据采集系统、用于整个箱式变电站模拟处理预测的前端处理系统、进行采集数据处理的预处理系统、用于辅助前端处理系统运行数据处理的辅端处理系统和配合前端处理系统模拟预测的动态仿真映射单元；所述变电站控制系统还包括整个系统的终端处理的智能处理端和根据智能处理端处理结果进行预警提醒的预警单元。
7.优选的，所述数据采集系统包括组件参数收集和组件运行数据收集，还包括有多传感器单元、实体采集单元、数据转换单元和数据接发单元，其中多传感器单元包括温度、压力、振动、电流传感器，所述实体采集单元包括变电站组件实体值和实时摄像组件。
8.优选的，所述前端处理系统包括模拟运行模块和重组模拟模块，还包括有孪生模型模拟、智能比对单元和重组仿真模拟，其中孪生模型模拟通过基于数字孪生技术的数字
孪生模型进行组件模拟。
9.优选的，所述预处理系统包括数据处理转换，还包括有数据分类单元、预处理单元、孪生转换单元和数据传输单元，其中预处理单元包括去除噪声、填充缺失值、处理异常值。
10.优选的，所述辅端处理系统包括转换数据分析和数据配对调用，其中转换数据分析包括数据验真性和完整性验证分析，所述数据配对调用包括组件种类配对和配对组件数据转换。
11.优选的，所述动态仿真映射单元包括组件结构联接和映射仿真分析，其中组件结构联接包括原始组件建立、替换组件预设、结构运行分析和结构重组整合，所述映射仿真分析包括场景仿真分析和时域预测分析，所述场景仿真分析基于多传感器单元和实体采集单元中获取的箱式变电站场景数据进行场景仿真模拟分析。
12.优选的，所述智能处理端包括处理运行模块和分析判定模块，还包括有主控处理模块和矛盾分析整合模块，其中矛盾分析整合模块包括矛盾分析单元和问题集合单元。
13.优选的，所述数据采集系统与预处理系统连接，所述预处理系统与辅端处理系统连接，所述辅端处理系统分别与前端处理系统和智慧分析系统连接，所述前端处理系统分别与智慧分析系统和动态仿真映射单元连接。
14.工作原理：由数据采集系统对箱式变电站中各个组件参数和运行参数进行收集并根据多个传感器进行箱式变电站内部和组件的温度、压力、振动、电流进行参数获取，获取后的参数经数模转换后传输至预处理系统内，经去除噪声、填充缺失值、处理异常值后将数据信息转换为应用于数字孪生模型技术所需的信息数据并由辅端处理系统进行数据验真，完成验真后辅端处理系进行各组件的多组同类组件的配对，并将完成验真的数据源和配对数据源传输至前端处理系统中，前端处理系统进行基于数字孪生模型技术为基础的模型模拟同时搭配动态仿真映射单元所给予的组件重组和当前箱式变电站的场景模拟生成完成当前组件的运行预测和组件替换的重组运行模拟，以及搭配的时域空间的时域预测分析，最终由智能处理端比对和判定并由预警单元进行危害预警。
15.（一）有益效果本发明提供了一种箱式变电站的运行状态控制系统。具备以下有益效果：本发明提供了一种箱式变电站的运行状态控制系统，通过智慧系统调度控制，降低了箱式变电站在判断检修时人为检测箱式变电站运行状态评估工作量，且提高了判断实时性，同时系统进行数值模拟产生的数据，建立了设备退化的回归模型，并对当前组件与重组组件下的预测效果进行分析，从而能够发现表征组件退化的高预测性的特征变量，从而有助于制定系统监测的预警机制的阈值设置以及指导基于状态的预警和决策，和预测未来一段时间内的故障概率，结合故障态势，为维修决策提供支持数据。
16.本发明提供了一种箱式变电站的运行状态控制系统，通过设计结构分层和原始产品数据获取进行组件运行验证和前后改进的比对，不仅可以保证采取的措施的合理性，还可以进一步提高故障原因和故障点，优化了检修人员的单一巡查方式，改善了检修人员的检修效率，同时快速实现原有箱式变电站对原有形态的继承和维修策略决策。
附图说明
17.图1为本发明的系统结构图；图2为本发明的流程框架示意图；图3为本发明的数据采集系统的框架图；图4为本发明的前端处理系统的框架图；图5为本发明的预处理系统的框架图；图6为本发明的智能处理端的框架图。
18.其中，1、数据采集系统；101、多传感器单元；102、实体采集单元；103、数据转换单元；104、数据接发单元；2、前端处理系统；201、孪生模型模拟；202、智能比对单元；203、重组仿真模拟；4、预处理系统；401、数据分类单元；402、预处理单元；403、孪生转换单元；404、数据传输单元；5、辅端处理系统；6、动态仿真映射单元；7、智能处理端；701、主控处理模块；702、矛盾分析整合模块；70201、矛盾分析单元；70202、问题集合单元；8、预警单元；9、组件参数收集；10、组件运行数据收集；11、数据处理转换；12、转换数据分析；13、数据配对调用；15、场景仿真分析；16、时域预测分析；17、组件结构联接；18、原始组件建立；19、替换组件预设；20、结构运行分析；21、结构重组整合；22、模拟运行模块；23、重组模拟模块；24、处理运行模块；25、分析判定模块；26、映射仿真分析。
具体实施方式
19.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
20.实施例：如图1-6所示，本发明实施例提供一种箱式变电站的运行状态控制系统，包括变电站控制系统，变电站控制系统包括用于箱式变电站各组件数据采集的数据采集系统1、用于整个箱式变电站模拟处理预测的前端处理系统2、进行采集数据处理的预处理系统4、用于辅助前端处理系统2运行数据处理的辅端处理系统5和配合前端处理系统2模拟预测的动态仿真映射单元6；变电站控制系统还包括整个系统的终端处理的智能处理端7和根据智能处理端7处理结果进行预警提醒的预警单元8。
21.数据采集系统1包括组件参数收集9和组件运行数据收集10，还包括有多传感器单元101、实体采集单元102、数据转换单元103和数据接发单元104，其中多传感器单元101包括温度、压力、振动、电流传感器，实体采集单元102包括变电站组件实体值和实时摄像组件，由组件参数收集9和组件运行数据收集10进行当前箱式变电站所包含的高压开关设备、电力变压器和低压配电装置等组件的原始参数获取，其中原始参数包括组件的型号、电流和电压额定参数、组件运行参数以及组件规格、频率等参数数据；前端处理系统2包括模拟运行模块22和重组模拟模块23，还包括有孪生模型模拟201、智能比对单元202和重组仿真模拟203，其中孪生模型模拟201通过基于数字孪生技术的数字孪生模型进行组件模拟，利用孪生模型模拟201完成当前箱式变电站的数字拟态模型，并配合辅端处理系统5提供的配对组件数字模型引入重组仿真模拟203中完成重组模
拟，两者之间的模拟运行数据经过智能比对单元202进行比对分析，判定最佳组件的优选方案；预处理系统4包括数据处理转换11，还包括有数据分类单元401、预处理单元402、孪生转换单元403和数据传输单元404，其中预处理单元402包括去除噪声、填充缺失值、处理异常值，辅端处理系统5包括转换数据分析12和数据配对调用13，其中转换数据分析12包括数据验真性和完整性验证分析，数据配对调用13包括组件种类配对和配对组件数据转换；而去噪利用最小－最大归一化与前向后向消元处理，最小－最大归一化将数据缩放到一个给定的范围【0，1】，公式为：；当缺失数据达到该项总体数据的40%，直接将该项数据删除，直接不考虑该项数据指标，若缺失的数据比较少，对个体精度要求不高，可以使用均值和众数的方式补全数据，若对精度要求较高，可以使用牛顿插值法或者样条插值；对于数据中出现的异常值，一般直接删除，当作缺失值处理即可，对于服从正态分布的数据，一般使用3σ原则，不在这个范围内的，默认为异常值。 如果不服从正态分布，则可以使用画箱型图的方式，箱型图中将数据从小到大排布，并设置区间范围，超出范围的则为异常值；动态仿真映射单元6包括组件结构联接17和映射仿真分析26，其中组件结构联接17包括原始组件建立18、替换组件预设19、结构运行分析20和结构重组整合21，映射仿真分析26包括场景仿真分析15和时域预测分析16，场景仿真分析15基于多传感器单元101和实体采集单元102中获取的箱式变电站场景数据进行场景仿真模拟分析，智能处理端7包括处理运行模块24和分析判定模块25，还包括有主控处理模块701和矛盾分析整合模块702，其中矛盾分析整合模块702包括矛盾分析单元70201和问题集合单元70202，由数据采集系统1对箱式变电站中各个组件参数和运行参数进行收集并根据多个传感器进行箱式变电站内部和组件的温度、压力、振动、电流进行参数获取，获取后的参数经数模转换后传输至预处理系统4内，经去除噪声、填充缺失值、处理异常值后将数据信息转换为应用于数字孪生模型技术所需的信息数据并由辅端处理系统5进行数据验真，完成验真后辅端处理系统5中的数据配对调用13进行各组件的多组同类组件的配对，并将完成验真的数据源和配对数据源传输至前端处理系统2中；前端处理系统2进行基于数字孪生模型技术为基础的模型模拟同时搭配动态仿真映射单元6所给予的组件重组和当前箱式变电站的场景模拟生成完成当前组件的运行预测和组件替换的重组运行模拟，由动态仿真映射单元6对产品进行映射，完成产品模型结构的建立，根据替换组件预设19进行配对预设结构替换，由结构重组整合21完成组件结构重组，并搭配场景仿真分析15由前端处理系统2完成重组组件的场景模拟预测，以及搭配的时域空间的时域预测分析16，最终由智能处理端7比对和判定并由预警单元8进行危害预警。
22.对当前组件与重组组件下的预测效果进行分析，从而能够发现表征组件退化的高预测性的特征变量，从而有助于制定系统监测的预警机制的阈值设置以及指导基于状态的预警和决策，和预测未来一段时间内的故障概率，结合故障态势，为维修决策提供支持数据，不仅可以保证采取的措施的合理性，还可以进一步提高故障原因和故障点，优化了检修人员的单一巡查方式，改善了检修人员的检修效率，同时快速实现原有箱式变电站对原有
形态的继承和维修策略。
23.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种箱式变电站的运行状态控制系统，包括变电站控制系统，其特征在于：所述变电站控制系统包括用于箱式变电站各组件数据采集的数据采集系统（1）、用于整个箱式变电站模拟处理预测的前端处理系统（2）、进行采集数据处理的预处理系统（4）、用于辅助前端处理系统（2）运行数据处理的辅端处理系统（5）和配合前端处理系统（2）模拟预测的动态仿真映射单元（6）；所述变电站控制系统还包括整个系统的终端处理的智能处理端（7）和根据智能处理端（7）处理结果进行预警提醒的预警单元（8）。2.根据权利要求1所述的一种箱式变电站的运行状态控制系统，其特征在于：所述数据采集系统（1）包括组件参数收集（9）和组件运行数据收集（10），还包括有多传感器单元（101）、实体采集单元（102）、数据转换单元（103）和数据接发单元（104），其中多传感器单元（101）包括温度、压力、振动、电流传感器，所述实体采集单元（102）包括变电站组件实体值和实时摄像组件。3.根据权利要求1所述的一种箱式变电站的运行状态控制系统，其特征在于：所述前端处理系统（2）包括模拟运行模块（22）和重组模拟模块（23），还包括有孪生模型模拟（201）、智能比对单元（202）和重组仿真模拟（203），其中孪生模型模拟（201）通过基于数字孪生技术的数字孪生模型进行组件模拟。4.根据权利要求1所述的一种箱式变电站的运行状态控制系统，其特征在于：所述预处理系统（4）包括数据处理转换（11），还包括有数据分类单元（401）、预处理单元（402）、孪生转换单元（403）和数据传输单元（404），其中预处理单元（402）包括去除噪声、填充缺失值、处理异常值。5.根据权利要求1所述的一种箱式变电站的运行状态控制系统，其特征在于：所述辅端处理系统（5）包括转换数据分析（12）和数据配对调用（13），其中转换数据分析（12）包括数据验真性和完整性验证分析，所述数据配对调用（13）包括组件种类配对和配对组件数据转换。6.根据权利要求1所述的一种箱式变电站的运行状态控制系统，其特征在于：所述动态仿真映射单元（6）包括组件结构联接（17）和映射仿真分析（26），其中组件结构联接（17）包括原始组件建立（18）、替换组件预设（19）、结构运行分析（20）和结构重组整合（21），所述映射仿真分析（26）包括场景仿真分析（15）和时域预测分析（16），所述场景仿真分析（15）基于多传感器单元（101）和实体采集单元（102）中获取的箱式变电站场景数据进行场景仿真模拟分析。7.根据权利要求1所述的一种箱式变电站的运行状态控制系统，其特征在于：所述智能处理端（7）包括处理运行模块（24）和分析判定模块（25），还包括有主控处理模块（701）和矛盾分析整合模块（702），其中矛盾分析整合模块（702）包括矛盾分析单元（70201）和问题集合单元（70202）。8.根据权利要求1所述的一种箱式变电站的运行状态控制系统，其特征在于：所述数据采集系统（1）与预处理系统（4）连接，所述预处理系统（4）与辅端处理系统（5）连接，所述辅端处理系统（5）分别与前端处理系统（2）和智慧分析系统（3）连接，所述前端处理系统（2）分别与智慧分析系统（3）和动态仿真映射单元（6）连接。

技术总结
本发明提供一种箱式变电站的运行状态控制系统，涉及电力设备监控技术领域。该箱式变电站的运行状态控制系统，包括变电站控制系统，所述变电站控制系统包括用于箱式变电站各组件数据采集的数据采集系统、用于整个箱式变电站模拟处理预测的前端处理系统、进行采集数据处理的预处理系统、用于辅助前端处理系统运行数据处理的辅端处理系统和配合前端处理系统模拟预测的动态仿真映射单元。通过智慧系统调度控制降低了箱式变电站在判断检修时人为检测箱式变电站运行状态评估工作量，通过预测未来一段时间内的故障概率，为维修决策提供支持数据，同时快速实现原有箱式变电站对原有形态的继承和维修策略决策。态的继承和维修策略决策。态的继承和维修策略决策。


技术研发人员：朱柯宇 张德强 周萌 苏怀远 褚欢欢 张永乐 李亚玲
受保护的技术使用者：山东金人电气有限公司
技术研发日：2023.08.22
技术公布日：2023/9/19