采用数字孪生模型的同步调相机故障诊断方法与流程

技术特征：
1.一种采用数字孪生模型的同步调相机故障诊断方法，其特征在于，通过建立同步调相机数字孪生模型以模拟不同状态下调相机的故障特征，通过规则式判别系统得到不同类型故障与同步调相机之间复杂的关联关系，实现对故障设备与故障位置的精确诊断；所述的同步调相机数字孪生模型包括：物理层、数据层和应用层，其中：物理层为实际部署在电网中运行的同步调相机与模型仿真设备，通过传感采集和实时仿真为上层应用提供多源异构的大量数据；数据层进行数据及数据流管理，完成实时数据的收集与存储，并向应用层提供所需数据；应用层根据实际运行需求进行运行方式模拟及故障下特性仿真。2.根据权利要求1所述的采用数字孪生模型的同步调相机故障诊断方法，其特征是，所述的数据层与物理层间的接口使用高速缓存完成，通过数据直连的快速通路连接高速缓存和应用层，为实时仿真提供基础。3.根据权利要求1所述的采用数字孪生模型的同步调相机故障诊断方法，其特征是，所述的数据层通过层次化存储方案，定期对数据进行稀疏，避免数据存储溢出。4.根据权利要求1或2所述的采用数字孪生模型的同步调相机故障诊断方法，其特征是，所述的物理层包括：同步调相机单元、采样单元及仿真设备单元，其中：同步调相机按照锁设置参数进行运行，采样单元根据实际同步调相机运行状态进行采样，得到状态检测量，仿真设备单元根据同步调相机参数及运行状态检测量，进行数字孪生仿真，得到数字孪生体仿真数据。5.根据权利要求1或2或3所述的采用数字孪生模型的同步调相机故障诊断方法，其特征是，所述的数据层包括：高速缓存区单元、预处理单元、数据存储单元、应用数据接口单元和权限管理器单元，其中：高速缓存区单元接收物理层采样单元实际采样数据及仿真设备单元的数字孪生体仿真数据，并传递至预处理单元，预处理单元对实际采样数据进行异常判别、数据补全及格式规约，得到置信的采样数据，数据存储单元对预处理后的数据进行层次化存储，高使用频率的数据存储在访问速度更快的物理存储介质内，权限管理单元对实际应用的数据访问权限进行管理，应用数据接口单元在接到应用数据请求后，通过权限管理单元进行权限检查，检查通过后从层次式存储单元内取数据传递给应用。6.根据权利要求5所述的采用数字孪生模型的同步调相机故障诊断方法，其特征是，所述的数据存储单元中设有同步调相机模型，由同步机模型与励磁器模型，其中：同步机模型具体为具有二次饱和特性的同步机模型，其动态方程为：其中：δ为同步调相机功角，ω为同步调相机转速，h为同步调相机惯性系数，p
mech
为同步调相机机械功率，d为同步调相机阻尼系数，t
elec
为同步调相机电磁转矩。7.根据权利要求1所述的采用数字孪生模型的同步调相机故障诊断方法，其特征是，所述的应用层包括：模拟运行单元及仿真响应单元，模拟运行单元根据实际设备参数及运行初态，对未来运行数据进行预演，得到预演数据，仿真响应单元通过模拟不同状态下调相机的故障特征，对系统内置的参数变动及故障事件进行响应，模拟出对应事件下的同步调相机运行状态变化，得到仿真响应数据。8.根据权利要求7所述的采用数字孪生模型的同步调相机故障诊断方法，其特征是，所述的模拟不同状态下调相机的故障特征是指：将同步调相机数字孪生模型在不同状态下的
运行数据建立为矩阵x，用卡尔曼滤波器描述离散过程：x
k
＝ax
k-1
bu
k-1
w
k
，其中：观测变量z，得到量测方程：z
k
＝hx
k
v
k
；对比数字孪生模型模拟出的信号与实际信号，存在随机噪音偏差，因此在数字孪生模型的运行数据中加入噪音偏差值wk与vk，wk与vk满足：p(w)～n(0，q)，p(v)～n(0，r)。9.根据权利要求7所述的采用数字孪生模型的同步调相机故障诊断方法，其特征是，所述的不同类型故障与同步调相机之间复杂的关联关系，通过以下方式得到：经多次仿真后，构造卡尔曼滤波器的表达式：在已知的第k步的以前状态情况下第k步的先验状态估计和已知测量变量z
k
及其预测之差的线性组合构成已知测量变量z
k
时第k步的后验状态估计其中：先验估计误差和后验估计误差为其中：先验估计误差和后验估计误差为先验估计误差的协方差为后验估计误差的协方差为p
k
＝e[e
k
e
kt
]，测量变量及其预测之差为测量过程的革新或残余；残余反映预测值和实际值之间的不一致程度；残余为零则表明二者完全吻合；再根据不同的故障类型，采用if-then形式的规则，设置k
k
与故障类型f的关联关系：r
k
：then fault
k
，其中：是前置属性的参考矩阵，a
k
代表手动预设的故障时域曲线，指曲线上第i时刻的故障值。

技术总结
一种采用数字孪生模型的同步调相机故障诊断方法，通过建立同步调相机数字孪生模型以模拟不同状态下调相机的故障特征，通过规则式判别系统得到不同类型故障与同步调相机之间复杂的关联关系，实现对故障设备与故障位置的精确诊断。本发明实际使用过程中，首先基于设备属性及网络架构搭建数字孪生模型，连接实际系统中的采样监测实体至数字平台，其次通过采样初态运行数字孪生物理演算程序，建立实时仿真的数字孪生体，接着实时分析数字孪生体演算指标与实际物理采样数据间的差异，通过历史运行数据选择故障判断阈值，最后通过阈值判断同步调相机是否产生故障，并在故障时发出报警。并在故障时发出报警。并在故障时发出报警。


技术研发人员：刘琦 杨心刚 苏磊 余墨多 孙瑞浩 梁伟朋 曹博源
受保护的技术使用者：国网上海市电力公司
技术研发日：2022.08.22
技术公布日：2022/11/8