(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210909578.3 (22)申请日 2022.07.29 (71)申请人 贵州电网有限责任公司 地址 550002 贵州省贵阳市南明区滨河路 17号 (72)发明人 龙玉江　卫薇　李洵　陈卿　袁捷　 卢仁猛　甘润东　钟掖　龙娜　 何熙　 (74)专利代理 机构 贵阳中新专利商标事务所 52100 专利代理师 商小川 (51)Int.Cl. G06F 30/27(2020.01) G06T 17/00(2006.01) (54)发明名称 一种面向输变电设备的数字孪生多层次模 型构建方法 (57)摘要 本发明公开了一种面向输变电设备的数字 孪生多层次模型构建方法， 所述方法包括： 步骤 1、 基于输变电系统中不同设备的功能和重要 性， 将输变电设备划分为不同的层次； 在层次划分的 基础上各设备的模型划分不同的粒度； 步骤2、 构 建输变电设备最细粒度的几何模型、 物理模型、 行为模型和规则模型； 步骤3、 根据输变电设备不 同粒度模型之间的关系， 由细粒度模 型构建粗粒 度的模型； 步骤4、 将输变电设备模型通过聚合解 聚法进行集成与融合； 解决了传统数字孪生模型 采用高保真模型， 使模型运行速度较慢， 不能满 足数字孪生实时性、 采用单一粒度模 型不能满足 输变电设备模型运行的多样性需求 等问题。 权利要求书2页 说明书5页 附图1页 CN 115204057 A 2022.10.18 CN 115204057 A 1.一种面向输变电设备的数字 孪生多层次模型构建方法， 其特 征在于： 所述方法包括： 步骤1、 基于输变电系统中不同设备的功能和重要性， 将输变电设备划分为不同的层 次； 在层次划分的基础上 各设备的模型划分不同的粒度； 步骤2、 构建输变电设备最细粒度的几何模型、 物理模型、 行为模型和规则模型； 步骤3、 根据输变电设备不同粒度模型之间的关系， 由细粒度模型构建粗粒度的模型； 步骤4、 将输变电设备模型通过聚合 解聚法进行集成与融合。 2.根据权利要求1所述的一种面向输变电设备的数字孪生多层次模型构建方法， 其特 征在于： 将输变电设备在物理结构层次上划分为变电层、 传输层和保护 层； 变电层是指电力 系统中直接生产和转换电能的设备； 传输层是指负责输送电能的设备； 保护层是开关设备 以及限制故障电流和防御过电压的设备。 3.根据权利要求1所述的一种面向输变电设备的数字孪生多层次模型构建方法， 其特 征在于： 粒度划分为系统级、 子系统级和设备级； 系统级是指将输变电系统整体功能作为一 个整体， 是最粗粒度的模型； 子系统级是组成系统级模型 的各部分， 包括变压器子系统、 开 关及保护子系统、 测量子系统和传输 子系统； 设备级包括组成输变电系统的各种基本设备。 4.根据权利要求1所述的一种面向输变电设备的数字孪生多层次模型构建方法， 其特 征在于： 几何模型是利用三维激光扫描技术和三维建模软件3DMAX来构建； 具体包括： 以最 细粒度为视点， 利用三 维激光扫描技术扫描 各设备的基础零部件， 保存为原始 点云数据， 数 据保存格式为.las或.laz； 将文件导入到3DMAX软件,利用点云数据生成3D模型， 并添加材 料、 尺寸和装配关系属性， 保存为.stl文件。 5.根据权利要求1所述的一种面向输变电设备的数字孪生多层次模型构建方法， 其特 征在于： 物理模 型利用多物理场统一建模语 言Modelica和有限元分析软件Ansys来构建； 具 体包括： 导入几何模型.stl文件， 对模 型添加电场、 磁场、 流体和热力学物理域约束， 然后进 行网格剖分， 施加载荷进行求 解， 利用POD方法进行模型降解。 6.根据权利要求1所述的一种面向输变电设备的数字孪生多层次模型构建方法， 其特 征在于： 行为模型包含输变电设备内部运行机制共同作用下产生的实时响应及行为， 涉及 问题模型、 评估模型和决策模型构建； 将输变电设备的行为描述为一系列随机事件， 每个输 变电设备用概率有限状态机PFSM来进行微观建模， 状态的转换取决于设备间的协作特性， 整体输变电系统的行为模型由PFSM组成， 使用有限状态机FSM构建。 7.根据权利要求1所述的一种面向输变电设备的数字孪生多层次模型构建方法， 其特 征在于： 规则模 型涉及基于历史关联数据的规律规则， 将一个以上限制波尔兹曼机(RBM)进 行堆叠并组合一个回归层构成深度学习网络， 将输变电设备的传感器数据按时间序列输入 网络， 利用无监督贪婪机制自底向上地逐层训练， 通过计算和重构各节点权值完成每层RBM 训练， 将底层特征向高层特征转化， 最终送入至顶层的回归层； 训练完成后进行反向微调， 自顶向下地 微调网络 权值来降低误差 。 8.根据权利要求1所述的一种面向输变电设备的数字孪生多层次模型构建方法， 其特 征在于： 不同粒度模型之间的关系基于形式化语言MRMS描述， 同一输变电设备不同粒度模 型的接口描述如下： MFE＝<γ,{Mr},{Ri,j}> 其中， γ标识模型粒度的集合， 也作为模型的索引； Mr表示实体E的分辨率为γ的模型；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115204057 A 2Ri,j表示不同粒度模型之间的联系， 表示粒度为i的模型的输出与粒度为j的 模型的输入的关系； 基于模块化设计， 同一输变电设备 的不同粒度模型之间只能通过输入 输出接口进行协调， 任何模型都不能访问其 他模型的内部信息 。 9.根据权利要求1所述的一种面向输变电设备的数字孪生多层次模型构建方法， 其特 征在于： 由细粒度模型聚合 为粗粒度模型基于 MRMS耦合模型实现， 具体包 含： 其中， XS为粗粒度 模型的输入； YS为粗粒度的输出； κ 为该系统粗粒度 模型包含的细粒度 模型的集 合； 为输变电设备细粒度模型k(k∈κ )的多粒度模型系(MF)的子集， χ为模型粒度控制器； Mχ为控制器模型， 10.根据权利要求1所述的一种面向输变电设备的数字孪生多层次模型构建方法， 其特 征在于： 将输变电设备模型通过聚合 解聚法进行集成与融合的方法包括： 步骤4.1、 确定聚合解聚对象， 系统级粒度到子系统级粒度到设备级粒度， 粒度从粗到 细； 解聚模型将在运行时将粗粒度模型解聚为细粒度模型， 聚合模型将在运行时将细粒度 模型聚合 为粗粒度模型； 步骤4.2、 确定聚合解聚时机， 根据模型运行需求对每种输变电设备的不同粒度模型设 置运行阈值， 当运行需求低于阈值， 模型运行在粗粒度， 高于阈值将触发解聚， 并向粗粒度 模型发送解聚命令， 解聚为细粒度模型； 步骤4.3、 确定交互方式， 未接受到不同粒度模型交互请求时， 模型与运行在系 统级粒 度,在未达到地域时间等解聚触发条件、 未接收到外界粒度交互及人工触发的情况下， 只需 处理当前粒度模型属 性更新过程， 当模型运行需求高于系统级模型阈值， 模型粒度切换子 系统级， 通过聚合 解聚算子进行属性映射； 交 互完成后， 返回系统级模型。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115204057 A 3