一种柔直换流阀三维数字孪生体多态演化实现方法及系统与流程

本发明涉及领域，更具体的，涉及一种柔直换流阀三维数字孪生体多态演化实现方法及系统。

背景技术：

1、柔性直流换流阀是一种新型的电力电子设备，它在新能源领域中发挥着重要的作用。柔性直流输电技术是一种新兴的直流输电技术，它具有灵活性和可控性强的优点，可以有效地解决新能源并网和分布式能源接入电网等问题。柔性直流换流阀是柔性直流输电技术的核心部件之一，它可以将电网故障排除的时间缩短到100毫秒以内，同时可以实现对波动性的清洁能源电荷和功率的快速补偿，让清洁能源并网成为可能。

2、柔性直流换流阀的多态演化通常首先进行数据采集，利用现有的传感器网络或模拟数据，收集柔直换流阀在不同工况下的运行参数，如电压、电流、温度、压力等；并基于三维建模软件构建柔直换流阀的三维几何模型；然后采用数字孪生平台或仿真软件，进行数据处理、模型集成及可视化，并将三维几何模型导入数字孪生平台，与实时或模拟的数据流进行连接，实现物理空间与虚拟空间的映射；最后利用数字孪生平台提供的可视化工具，实时展示柔直换流阀的三维模型及其内部状态变化。

3、数字孪生体的多态演化效果主要取决利用有限的传感器测点数据计算完整数字孪生体的状态数据，上述方案主要采用通用的数字孪生平台或仿真软件对输入的测点数据根据空间距离和连接拓扑进行计算，没有考虑柔性直流换流阀的复杂的设备模型的空间连接关系，计算的虚拟测点状态数据通常有一定的偏差。

4、针对上述问题，亟需一种柔直换流阀三维数字孪生体多态演化实现方法及系统。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的不足，本发明提供一种柔直换流阀三维数字孪生体多态演化实现方法及系统，利用测点的周期性和重复性对历史量测数据进行压缩存储，通过充分考虑的设备三维模型的形状结构对测点数据插值的影响，采用空间立方体网格的形式构建柔直换流阀的连通性和测点数据插值的框架，以实施对量测数据的提取分析。

2、本发明采用如下的技术方案。

3、本发明第一方面，涉及一种柔直换流阀三维数字孪生体多态演化实现方法，方法包括以下步骤：通过遍历柔直换流阀设备三维模型中所有的几何顶点的坐标，获得柔直换流阀设备的轮廓空间，并在轮廓空间内均匀划分出多个立方体网格单元；判断每一个立方体网格单元所对应的设备部件类型，获得每一个立方体网格单元所对应的测点，并基于设备部件类型、存在相邻测点的计算网格单元的数量为每一个立方体网格单元分配状态属性空间；利用状态属性空间生成索引，从预先存储的多断面结构化测点数据中提取每一个立方体网格单元对应的测点数据，填入状态属性空间中相应位置字段中；利用状态属性空间中相应位置字段的值，对每一个立方体网格单元的加权量测值、加权网格量进行计算。

4、优选的，判断每一个立方体网格单元所对应的设备部件类型，包括：从网格单元中心点出发，向三维空间的六个方向发出射线，以获得射线穿过的设备部件的投影相交三角面片；利用投影相交三角面片还原出设备部件的对应三角面片，并基于对应三角面片的位置，判断设备部件的类型。

5、优选的，获得每一个立方体网格单元所对应的测点，包括：采集测点的三维空间坐标，基于三维空间坐标和预先获得的立方体网格单元的顶点坐标生成所述测点与立方体网格单元之间的对应关系；测点基于不同的测点类型采集不同属性的状态值。

6、优选的，基于设备部件类型、存在相邻测点的计算网格单元的数量为每一个立方体网格单元分配状态属性空间，包括：状态属性空间内包括状态属性数组、对应于状态属性数组中状态值类型字段的影响测点子列表；状态属性数组中至少包括每一种测点类型的状态值；影响测点子列表的数量为一张或多张，影响测点子列表用于记载针对于当前一个立方体网格单元的一个或多个计算网格单元的编号、计算网格单元中的测点编号、测点的量测值、测点针对当前一个立方体网格单元的影响距离值之间的关联关系。

7、优选的，状态属性空间内包括状态属性数组、对应于状态属性数组中状态值类型字段的影响测点子列表，包括：若当前一种测点类型的状态值为0，则状态属性空间内不包含针对当前一种测点类型的影响测点子列表；若当前一种测点类型的状态值为1，则状态属性空间内包含针对当前一种测点类型的影响测点子列表。

8、优选的，影响测点子列表用于记载针对于当前一个立方体网格单元的一个或多个计算网格单元的编号，包括：遍历当前一个立方体网格单元周围小于最远影响路径距离的所有邻居网格单元，记录内部存在当前一种测点类型的所有邻居网格单元；将内部存在当前一种测点类型的所有邻居网格单元作为针对当前一种测点类型的计算网格单元。

9、优选的，测点针对当前一个立方体网格单元的影响距离值之间的关联关系为：提取当前一个立方体网格单元和所述计算网格单元的中心点坐标，并计算二者中心点坐标之间的距离；以立方体网格单元的边长为基准，对中心点坐标之间的距离进行归一化；将归一化后的中心点坐标之间的距离作为计算网格单元中测点i针对当前一个立方体网格单元的影响距离值ji。

10、优选的，利用状态属性空间生成索引，从预先存储的多断面结构化测点数据中提取每一个立方体网格单元对应的测点数据，包括：预先存储的多断面结构化测点数据基于断面数量、状态值类型数量、测点数量、每个断面中的采集时刻数量进行结构化；预先存储的多断面结构化测点数据支持基于数组访问索引、二维数组索引实施测点数据的依序存储、读取和放回。

11、优选的，利用状态属性空间生成索引，包括：基于待分析的状态值类型，生成所述数组访问索引；基于状态属性空间中影响测点子列表中每一个计算网格单元中的测点编号，生成二位数组索引中的行索引；基于待分析时刻，生成二位数组索引中的列索引。

12、优选的，利用状态属性空间中相应位置字段的值，对每一个立方体网格单元的加权量测值、加权网格量进行计算，包括：利用影响测点子列表中的计算网格单元的影响距离值j1,j2,…,jn获得影响权重，对计算网格单元的量测值v1,v2,…,vn进行加权求和，以获得当前一个立方体网格单元针对当前一种测点类型t的加权量测值wi为影响权重，计算公式为：

13、

14、n为影响测点子列表中的测点数量。

15、优选的，利用状态属性空间中相应位置字段的值，对每一个立方体网格单元的加权量测值、加权网格量进行计算，包括：获得当前一个立方体网格单元中所有的测点类型，针对每一种类测点类型设置影响权重，对所有的加权量测值vt进行加权求和，以获得加权网格量。

16、本发明第二方面，涉及一种利用本发明第一方面中方法的一种柔直换流阀三维数字孪生体多态演化实现系统，系统包括划分模块、分配模块、提取模块和计算模块；其中，划分模块，用于通过遍历柔直换流阀设备三维模型中所有的几何顶点的坐标，获得柔直换流阀设备的轮廓空间，并在轮廓空间内均匀划分出多个立方体网格单元；分配模块，用于判断每一个立方体网格单元所对应的设备部件类型，获得每一个立方体网格单元所对应的测点，并基于设备部件类型、存在相邻测点的计算网格单元的数量为每一个立方体网格单元分配状态属性空间；提取模块，用于利用状态属性空间生成索引，从预先存储的多断面结构化测点数据中提取每一个立方体网格单元对应的测点数据，填入状态属性空间中相应位置字段中；计算模块，用于利用状态属性空间中相应位置字段的值，对每一个立方体网格单元的加权量测值、加权网格量进行计算。

17、本发明第三方面，涉及一种终端，包括处理器及存储介质；存储介质用于存储指令；处理器用于根据指令进行操作以执行本发明第一方面中方法的步骤。

18、本发明第四方面，涉及计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现本发明第一方面中方法的步骤。

19、本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明中的一种柔直换流阀三维数字孪生体多态演化实现方法及系统，通过充分考虑的设备三维模型的形状结构对测点数据插值的影响，采用空间立方体网格的形式构建柔直换流阀的连通性和测点数据插值的框架，提高了三维数字孪生体的测点数据的插值精度；另外本发明利用测点的周期性和重复性对历史数据进行压缩，减少了历史数据占用的数据存储空间。

20、本发明的有益效果还包括：

21、1、通过自主划分立方体网格单元，能够根据柔直换流阀中的设备部件参数获得用于分离设备部件的立方体网格，以达到理想情况下一个立方体网格单元中一个设备部件的分析目的。根据柔直换流阀的设备部件量测评估需求，方法支持对立方体网格单元进行灵活调整，以针对柔直换流阀中实际采用的设备型号，依据不同尺寸的设备部件进行立方体网格的精准划分和量测信息的采集分析。

22、2、本发明量测数据的采集和提取过程是基于每个不同的设备部件的评估需求实施的。设备部件类型则可基于对设备形状、位置等三维建模过程中的空间信息进行合理分类得出。为了节约建模运算量，根据六条射线上的相交三角面片与立方体网格单元中心点的距离估计设备部件的类型。根据预先获得的三维点云数据，也支持通过落入立方体网格空间中的三维点云的轮廓信息来预先判断设备部件类型，并在本发明方法实施之前就对设备部件的轮廓进行分类标注。

23、在此基础上，根据设备部件类型，每个立方体网格最大程度上调度网格内部的测点信息和网格外部周边的所有测点信息，以影响距离为权重，对每个立方体网格实施全信息的综合精确量测评估，以简便的计算方式，获得了最可靠的量测结果。目前来看，本发明提供了相对以往任何三维孪生模型的设备部件量测数据来说更精准的量测结果。

24、3、在实践过程中，方法还能支持采用不同的距离权重计算方式。例如，通过距离权重来表征多个测点信号之间的衰减，并恢复出待计算位置上的原始故障。在这一过程中，通过不同距离上的测点量测信息的衰减程度来评估待计算的加权虚拟测点的衰减前信号，从而充分避免在无测点的网格单元位置上的未知潜在的故障。

25、4、通常来说，当柔直换流阀设备投入使用后，不支持为了安全量测等二次需求停机并中断业务。然而，随着业务的发展，对柔直换流阀设备的测控需求逐步增加，这导致了业务需求和设备部署之间的不平衡问题。采用本发明方法，不需要改进柔直换流阀厅内的传感器部署方式，虚拟出更多测点，节约了人力成本、设备成本的同时，确保了更安全谨慎的测控结果。

26、5、为了避免在计算虚拟测点量测值的过程中，提取大量内存数据，造成内存溢出或计算过程缓慢，本发明方法以多断面带索引的方式对原始量测数据进行采集和存储，并预先构建立方体网格单元、对应于每个网格单元的设备类型、对应于每个网格单元的state数组，从而实时的利用state数组为索引，从多断面量测数据中有序、高效的对待计算数据进行提取与放回，确保计算过程快速准确。

技术特征：

1.一种柔直换流阀三维数字孪生体多态演化实现方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种柔直换流阀三维数字孪生体多态演化实现方法，其特征在于：

3.根据权利要求2所述的一种柔直换流阀三维数字孪生体多态演化实现方法，其特征在于：

4.根据权利要求3所述的一种柔直换流阀三维数字孪生体多态演化实现方法，其特征在于：

5.根据权利要求4所述的一种柔直换流阀三维数字孪生体多态演化实现方法，其特征在于：

6.根据权利要求5所述的一种柔直换流阀三维数字孪生体多态演化实现方法，其特征在于：

7.根据权利要求6所述的一种柔直换流阀三维数字孪生体多态演化实现方法，其特征在于：

8.根据权利要求7所述的一种柔直换流阀三维数字孪生体多态演化实现方法，其特征在于：

9.根据权利要求8所述的一种柔直换流阀三维数字孪生体多态演化实现方法，其特征在于：

10.根据权利要求9所述的一种柔直换流阀三维数字孪生体多态演化实现方法，其特征在于：

11.根据权利要求10所述的一种柔直换流阀三维数字孪生体多态演化实现方法，其特征在于：

12.一种利用权利要求1-11中任一项权利要求所述方法的一种柔直换流阀三维数字孪生体多态演化实现系统，其特征在于：

13.一种终端，包括处理器及存储介质；其特征在于：

14.计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1-11任一项所述方法的步骤。

技术总结
一种柔直换流阀三维数字孪生体多态演化实现方法及系统，其特征在于，方法包括：通过遍历柔直换流阀设备三维模型中所有的几何顶点的坐标，获得柔直换流阀设备的轮廓空间，均匀划分出多个立方体网格单元；判断每一个所述立方体网格单元所对应的设备部件类型，获得对应的测点，并基于所述设备部件类型、存在相邻测点的计算网格单元的数量为每一个所述立方体网格单元分配状态属性空间；利用所述状态属性空间生成索引，从预先存储的多断面结构化测点数据中提取每一个所述立方体网格单元对应的测点数据，填入所述状态属性空间中相应位置字段中；利用所述状态属性空间中相应位置字段的值，对每一个所述立方体网格单元的加权量测值、加权网格量进行计算。

技术研发人员：王国平,马群,田蘅,徐正清,刘黎,李宏伟,刘朝阳,吕建超,赵勋范,戈一航
受保护的技术使用者：北京科东电力控制系统有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5