一种基于数字孪生的配网规划方法与流程

1.本发明涉及电力领域，具体而言，涉及一种配网规划方法。


背景技术：

2.通过配电网络的规划，优化配电网络结构，可以保障电网的安全运行、降低电能损耗、提高供电可靠性，适应市场经济快速发展的需求，更好的满足社会经济的发展和人民生活水平的提高对用电的需求，同时也为国家和电力企业带来客观的经济效益，是我国电力系统不可或缺的一环。
3.随着我国社会经济的快速发展，电网建设规模也在持续快速增长，输电通道资源日趋紧张，电网的规划、建设及运营压力日益增大。而电网天然具有地理空间分布特性，电网业务工作中对于三维可视化展现形式、多维度时空信息管理及立体分析的需求也日益增多。
4.基于上述存在的问题，基于数字孪生的配网规划方式应运而生。
5.在配电网规划工作中，需要将数字孪生技术与配电网规划结合应用，以保障其电网在规划时可以完成可视化的发展目标，实现电网做为主干网在城市能源互联网中形象化展示，支撑规划人员对能源互联网各基础设施的精准把握，便于完成科学管理。


技术实现要素：

6.为了解决在三维电网中配网规划困难的问题，本发明提供了一种数字孪生与电网整合及线路规划的方法。根据本发明实施例中的一个方面，提供了一种电网整合的方法，包括：场景搭建、数据整合。其中，场景搭建包括：场景信息采集、模型集成转换、模型构建、模型信息挂接；数据整合包括：网上电网中低压配网数据接入及管理、电网gis中低压配网数据接入及管理、数据中台中低压配网设备档案数据接入及管理。
7.一、场景搭建
8.1.场景信息采集
9.数字孪生所构建的输电线路系统仿真模型使用了“模型驱动 数据驱动”的混合建模技术，采用基于模型的系统工程建模方法学，以“数据链”为主线，结合ai技术对系统模型进行迭代更新和优化，以实现真实的虚拟映射。
[0010]“模型驱动 数据驱动”：首先以数据驱动的方式，基于输入的本体，根据本体约束，区分出可能的事实和维度，生成事实、维度候选集；然后从业务角度，通过具体业务需求的分析，结合业务流程，得到由业务概念组成的逻辑模型，并通过将业务概念与本体概念的关联对应，明确事实和维度，实现需求驱动并生成多维模型。
[0011]
2.模型集成转换
[0012]
集成电网规划建设bim管理平台并根据需要进行模型转换。
[0013]
3.模型构建
[0014]
针对无法通过集成方式获得的能源互联网设备设施、周边重点建筑、典型环境等
bim模型，支持通过cad制图或激光点云技术，进行bim模型构建。
[0015]
参照国家电网发布的《信息分类与编码》中《电网设备信息分类与编码》的电网设备分类，结合电网设备需求，对变电站、线路、杆塔、变压器、开关、储能装置、光伏设施、风力发电设施及智能灯杆能源互联网设施进行模型构建，由于可能存在部分设备不具备cad图纸数据的条件，可以采用基于cad图纸数据的能源设备模型生产和基于激光点云数据的能源设备模型生产两种方法。
[0016]
4.模型信息挂接
[0017]
以设备编码为唯一标识，将模型空间数据与设备的属性数据进行挂接，包括设备类型、维修记录等台账信息。同时也支持设备运行状态参数的实时更新和接入，显示设备的运行健康情况等信息。
[0018]
二、数据整合
[0019]
1.网上电网中低压配网数据接入及管理
[0020]
1.1.基础数据接入
[0021]
系统接入网上电网网格管理数据、电源设备数据、电网设备数据、用户设备数据等相关数据，为全景智能系统电网设备资源三维展示提供数据支撑。
[0022]
1.2.电网规划成果数据接入
[0023]
电网规划项目、规划成果等电网规划数据，为电网规划成果展示提供数据支撑。
[0024]
2.电网gis中低压配网数据接入及管理
[0025]
2.1.地理背景数据接入
[0026]
背景图层、设备空间图层、基础地理矢量数据接入。
[0027]
2.2.电网数据接入
[0028]
高、中、低压拓扑关系等数据，为全景智能系统电网设备资源三维展示提供基础位置数据接入。
[0029]
3.数据中台中低压配网设备档案数据接入及管理
[0030]
系统接入数据中台设备资产运维精益管理系统(pms2.0)设备档案数据，为全景智能系统电网设备资源三维展示提供设备资产档案信息。
[0031]
3.1.变电数据接入
[0032]
变电站、主变压器、母线等设备档案数据接入。
[0033]
3.2.配电数据接入
[0034]
配电线路、电缆、导线、杆塔、柱上变压器、柱上断路器、柱上负荷开关、柱上隔离开关、电缆段、电缆终端、电缆接头、开关站、配电室、环网柜、箱式变电站、电缆分支箱、间隔单元、配电变压器、所用变、断路器、隔离开关、负荷开关、母线、电抗器、电力电容器、中压电网设备的典型设备参数，变压器容量、线路长度、开关类型等设备档案数据；低压线路、低压导线、低压杆塔、低压柱上开关、低压电缆段、低压电缆终端、低压电缆接头、低压配电箱、低压电缆分接箱、低压配电箱、低压开关、低压电网设备的典型设备参数，线路长度、开关类型、杆塔型号等设备档案数据。
[0035]
三、配网线路规划
[0036]
在3d图形界面下，对地理接线图进行设计时，可以利用输电线路的3d模型数据以及3d市政模型数据提供地理接线图设计所需的规划信息。通过构建成本模型、计算累积成
本地图和生成最优线路三步完成线路规划。
[0037]
最优线路生成方法如下所述：
[0038]
1.累计成本定义
[0039]
在栅格地图中，从一个像元移动到另一像元的成本受栅格表面特征(成本表面)和行进距离两个因素影响。通用累计成本公式如下：
[0040][0041]
式中：costi表示通过成本表面第i个像元的单位距离行程成本；distancei表示线路通过第i个像元的实际距离。
[0042]
2.像元行程成本与方向
[0043]
在计算累计成本时，将像元周围的8个像元定义为该像元的相邻像元，像元可以选择任意一个相邻像元作为行进方向向外拓展。从像元正上方开始，按照顺时针方向旋转一周，周围的8个相邻像元的行进方向分别定义为北、东北、东、东南、南、西南、西和西北，如图3所示。相邻像元间的行程成本取决于这两个像元的空间方向。
[0044]
当移动方向为垂直或水平方向时，如图4所示，相邻像元的行进成本如下公式所示：
[0045]
a1＝cellunit
×
(cost1 cost2)/2
ꢀꢀꢀ
公式(2)
[0046]
式中：cellunit是单个像元的分辨率；cost1是穿过像元1的单位距离行程成本；cost2是穿过像元2的单位距离行程成本。
[0047]
当移动方向为对角线方向时，如图5所示，相邻像元的行进成本如下公式所示：
[0048][0049]
3.生成累计成本栅格地图
[0050]
首先，确定目标点像元并分配0值，因为它返回自身不产生累积成本；其次，遍历目标点像元的相邻像元，使用式(2)和式(3)计算从相邻像元到目标像元的累计行程成本和行进方向，并将遍历过的像元按照行程成本升序排列放入活动累计成本像元列表中；再次，取出活动累计成本像元列表中的首个像元，重复上述操作，对取出像元的相邻像元进行遍历，计算到目标像元的累计行程成本和行进方向，并拓展活动累计成本像元列表。当某一像元存在于活动累计成本像元列表中且到目标像元的累计成本比列表中记录的值更小时，则更新列表中的记录；处理过程不断重复，直到栅格中的所有像元都分配到一个累积行程成本和行进方向，完成计算。
[0051]
4.确认成本最优线路
[0052]
设置起始点，将起始点所在像元设为起始像元，利用累计成本地图的回溯路径信息，从起始像元开始，依次遍历下一个像元，直到达到目标像元为止，所有遍历过的像元组成成本最优路径。起始像元的累计成本值即为该路径的累计行程成本。
附图说明
[0053]
图1为本发明的电网数据整合及规划流程图；
[0054]
图2为本发明的生成优化路径流程图；
[0055]
图3为像元方位图；
[0056]
图4为垂直移动图；
[0057]
图5为对角线移动图。
具体实施方式
[0058]
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
[0059]
如图1所示，本发明提供了一种数字孪生与电网整合及规划的方法，包括如下步骤：
[0060]
1.步骤一：场景搭建
[0061]
1)利用无人机航摄、倾斜摄影实景三维技术采集实景数据；
[0062]
2)根据需求进行模型转化；
[0063]
3)无法过集成方式获得的能源互联网设备实施、周边重点建筑、典型环境等，通过cad制图和激光点云技术进行bim模型构建；
[0064]
4)对集成/构建的模型，对其进行平衡、旋转等操作，调整模型位置；
[0065]
5)导出模型保存到本地，保留本地模型数据，方便用户信息共享。
[0066]
2.步骤二：数据整合
[0067]
2.1网上电网中低压配网数据接入
[0068]
1)接入电源设备数据、电网设备数据、用户设备数据、电网规划项目数据、电网规划成果数据；
[0069]
2)对集成数据进行清洗，剔除坏数据；
[0070]
3)校验数据合理性；
[0071]
2.2电网gis中低压配网数据接入
[0072]
1)接入数据背景图层、设备空间图层、基础地理矢量数据以及高、中、低压拓扑关系；
[0073]
2)对集成数据进行清洗，剔除坏数据；
[0074]
3)校验数据合理性；
[0075]
2.3数据中台中低压配网设备档案数据接入：
[0076]
1)接入导线、杆塔、电缆段、电缆终端等设备档案数据；
[0077]
2)对集成数据进行清洗，剔除坏数据；
[0078]
3)校验数据合理性；
[0079]
3.步骤三：配网线路规划
[0080]
1)在地图上选取一定的空间范围作为目标区域。以全球海陆地形数据的高程信息和自然保护区数据为基础，通过加权叠加的方式构建单位距离线路/海缆造价成本模型。根据成本模型定义的高程与造价的映射关系，生成目标区域范围的造价成本表面。
[0081]
2)设置目标点，以造价成本表面为基础，生成累积成本栅格地图，其包含累计成本
信息和回溯路径信息，前者表示从不同像元到目标像元需要的累积成本，后者表示从不同像元出发，到目标像元的最优路径的行进方向。
[0082]
3)以累积成本栅格地图为基础，设置出发点，生成从出发点到目标点的最优成本路径，同时，得到最优路径下线路的建设总成本。生成优化路径流程图如图2所示。