一种基于数字孪生技术的能源能耗监测系统及方法与流程

本发明涉及，具体为一种基于数字孪生技术的能源能耗监测系统及方法。

背景技术：

1、现如今，能源短缺已经成为21世纪非常重要的一个问题，所以能源设备的能耗问题也日益突出，目前对能源需求越来越多，能与阿湿波的负荷越来越大。如果对这些能源设备进行监测并无需生产就可以得知其能耗，可以极大避免能源的浪费和提升能源的利用率。

2、在相关技术中，已经出现了数字孪生技术可以实现监测能源能耗并提前得知能源设备的能耗多少，数字孪生技术可以做到对能源设备的虚拟还原，仿真预测出能源能耗的具体数据，这是现在能源行业所不具备的。

3、同时，使用数字孪生技术也避免了人工监测能源能耗的不精确性和危险性，也避免了能源设备进行生产后在发现问题的浪费。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于数字孪生技术的能源能耗监测系统及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于数字孪生技术的能源能耗监测系统，该系统包括参数采集模块、数据处理模块、数据仿真模块、虚拟调试模块和数据检测模块；

3、所述参数采集模块是用于获取被检测的能源设备的实时监测数据；

4、所述数据处理模块是用于对所接收的监测数据进行初步预处理，得到数据仿真建模的仿真模型数据；

5、所述数据仿真模块是用于对所接收到的仿真模型数据进行仿真，呈现出被检测的能源设备的虚拟模型；

6、所述虚拟调试模块是用于对所仿真出的虚拟模型进行虚拟调试并获得运行结果；

7、所述数据检测模块是用于将检测出的虚拟能耗与设定的阈值区间进行对比，以便于观察能源设备的能耗；

8、通过使用参数采集模块对能源设备进行物理参数采集，将采集到的数据通过数据连接单元传输到数据处理模块，通过数据处理模块对采集的物理参数数据进行处理，是数据符合进行虚拟仿真的要求，之后将处理好的数据参数传输给数据仿真模块进行虚拟仿真，在使用虚拟调试模块对仿真模型进行调试，使其更加贴近物理能源设备，最后将虚拟仿真模型的能源能耗与正常能耗区间相对比，观察其是否在正常能耗区间内，根据结果觉得是否改进能源设备。

9、进一步的：参数采集模块包括实时监测单元、采集单元和第一数据连接单元；

10、所述实时监测单元是用于实时监测能源设备并验证采集数据准确性，以便于在能源设备运行时获得实时数据方便后续更新建模模型，方便及时更新数据以供后续仿真模型的调试；

11、所述采集单元是用于采集能源设备的各项物理参数以便于后续构建仿真数据模型；

12、所述第一数据连接单元是用于与其他单元建立数据连接以便于实现数据交互。

13、进一步的：数据处理模块包括数据分析单元、数据预处理单元和第二数据连接单元；

14、所述数据分析单元是用于对接收到的数据进行分析，判断其是否为虚拟仿真所需的数据，精简下一步的处理数据数量，加快仿真流程，也避免不必要的数据污染仿真模型；

15、所述数据预处理单元是用于对数据进行初步预处理，得到数据仿真所需的原始数据，有助于提升数据质量，并使后续的数据处理、分析、可视化过程更加容易、有效，有利于获得更好的仿真模型；

16、所述第二数据连接单元是用于与其他单元建立数据连接以便于实现数据交互。

17、进一步的：数据仿真模块包括虚拟仿真单元和第三数据连接单元；

18、所述虚拟仿真单元是用于对虚拟能源设备模型进行建立，并实现能源设备在运行时的虚拟仿真；

19、第三数据连接单元是用于与其他单元建立连接以便于实现数据交互。

20、进一步的：虚拟调试模块包括虚拟仿真调试单元和第四数据连接单元；

21、所述虚拟仿真调试单元是用于对仿真模型进行调试以观察模型的建立是否完善和检测是否出现异常数据并予以改善，是能源设备在生产前可以进行改进和优化，减少造成的能源的浪费，并且也节省了时间，降低了更改流程的风险；

22、所述第四数据连接单元是用于与其他单元建立数据连接以便于实现数据交互。

23、进一步的：数据检测模块包括数据检测单元和第五数据连接单元；

24、所述数据检测单元是用于检测虚拟能源设备的能耗是否在正常能耗区间内；

25、所述第五数据连接单元是用于与其他单元建立数据连接以便于实现数据交互。

26、一种基于数字孪生技术的能源能耗监测方法包括以下几个步骤：

27、s1、监测获取能源设备的物理数据：能源设备的设计数据、能源设备的工艺数据、能源设备的制造数据、能源设备的服务数据、能源设备生产数据以及能源设备的退役和报废数据；

28、s2、设计生产流程，并将生产流程和s1所得数据等价映射到计算机内，对能源设备的生产活动进行仿真和优化，并对现实能源设备的生产活动进行实时的监测、预测和调控；

29、s3、利用数字孪生技术驱动物理能源设备的运行，收集物理能源设备生产时的各项数据及时反馈到虚拟仿真中，并将虚拟能源设备的能耗与正常的能耗区间相比较。

30、在s1中，实现物理设备到逻辑设备的映射，利用光感器件和辅助元器件将检测到的光信号转换为电信号，再通过a/d转换器使电信号转换为数字信号，最后将数字信号传输到计算机内：

31、采用三维激光扫描技术对能源设备进行大面积、高密度空间三维数据的采集，通过脉冲测距法获得测距观测值s，精密时钟控制编码器同步测量每个激光冲横向扫描角度观测值α和纵向扫描角度观测值θ；之后使用仪器内部自带的坐标轴pi，x轴在横向扫描面内，y轴在横向扫描面内与x轴垂直，z轴与横向扫描面垂直；由此可得三维激光落脚点pi的坐标(xs,ys,zs)，xs＝s*(cosα)*cosθ，ys＝s*(cosα)*sinθ，z＝s*sinθ；测得n个不同点pi的集合p集＝{p1,p2,p3,....,pi,...,pn}并将其传输到计算机内以便于进行仿真。

32、将处于同一平面的点都编入同一集合d＝{(x1,y1,z1),(x2,y2,z2),......,(xi,yi,zi),......,(xn,yn,zn)},任取三点构成一平面，该平面表达式为x/a+y/b+z/c＝1,其中，a,b,c依次称为该平面在x,y,z轴上的截距,再将其他点代入此平面表达式中，若存在点代入不了，则该点是错误数据，若集合中超过d％的点无法代入该平面表达式中，则是选取的三点中有错误数据，此时重新选取三点再重复上述步骤；

33、接收到筛选好的数据后，将其按是否处于同一平面的标准进行分类，然后只记录传输平面信息而不用记录传输每一个点的信息，以此进行数据的预处理。

34、在s2中，先利用数据分析单元对接收到的s1的数据进行分析筛选出所需数据，然后在使用数据预处理单元对筛选后的数据进行预处理，之后将预处理完成的数据进行建立仿真模型，最后利用虚拟调试单元对仿真模型进行调试，优化：

35、对数据的预处理有助于提升数据质量，并使后续的数据处理、分析、可视化过程更加容易、有效，有利于获得更好的仿真模型，且进行虚拟调试有利于观察模型的建立是否完善和检测是否出现异常数据并予以改善，是能源设备在生产前可以进行改进和优化，减少造成的能源的浪费，并且也节省了时间，降低了更改流程的风险。

36、在s3中，使用虚拟仿真调试单元对仿真模型进行调试并使用数据检测单元检测仿真模型的能耗是否在正常能耗区间内，若在能耗区间内则进行此仿真模型的实际生产，若不在能耗区间内，则将数据发送回虚拟调试模块进行新一轮的调试优化。

37、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：采用数字孪生技术对能源能耗问题进行监测，而无需在实际生产时进行监测，减少了能源的消耗，避免了生产过程中会产生的危险，可以快速便捷的监测能源能耗问题，也缩短了监测时间并提高了生产效率。