一种抽水蓄能电站工程数字孪生管理系统的制作方法

本发明属于数字孪生领域，特别涉及一种抽水蓄能电站工程数字孪生管理系统。

背景技术：

1、抽水蓄能电站是一种利用电网负荷低谷时的廉价电力,将水从下蓄水池抽送至上蓄水池蓄存能量,在电网高峰时将水放下发电的循环利用方式。它可有效平衡电网的供需波动,是目前最大规模、最成熟的大型储能系统。

2、传统的抽水蓄能电站管理通常存在以下缺陷:信息不对称和数据孤岛。由于缺乏统一的数字化管理平台,各个系统之间的数据无法实现高效整合和共享,造成信息不对称和数据孤岛问题,给决策支持和生产运行带来不便。管理分散和协同性差。抽水蓄能电站涉及多个专业系统,如机电、土建、环保等,各系统分属不同部门管理,缺乏统一的管控和协同机制,导致管理效率低下。依赖经验,风险管控能力差。传统管理模式过于依赖人工经验,无法对复杂的运行工况进行精细化分析和风险评估,风险管控能力较差。维护成本高。大量依赖现场人工巡检和维护,耗费大量人力物力,维护成本高昂。缺乏智能化决策支持。无法对海量运行数据进行深度分析挖掘,缺乏智能化的决策支持系统,管理决策过于依赖个人经验。无法实现全生命周期管理。传统管理模式无法贯穿工程全生命周期,各阶段之间缺乏有效的数据传承和知识积累。无法满足新型业务需求。传统模式难以适应新型商业模式和需求,如虚拟电厂、源网荷储一体化等新型业务无法高效支撑。总之,传统管理模式已经难以满足现代抽水蓄能电站对数字化、智能化、高效协同的迫切需求,迫切需要通过新技术手段来推进管理模式的创新和变革。

技术实现思路

1、本发明提出一种抽水蓄能电站工程数字孪生管理系统，这项技术旨在解决传统抽水蓄能电站管理中存在的数据不对称、协同性差、风险管控能力弱、维护成本高、缺乏智能化决策支持等问题,通过构建数字孪生模型,实现全生命周期智能化管理,提高运维效率和决策水平。

2、本发明的技术方案是这样实现的：一种抽水蓄能电站工程数字孪生管理系统，包括

3、对抽水蓄能电站中的功能模块进行数据建模，并在所有功能模块中加装单独的数据采集单元，根据数据采集单元向建模后的数据模型提供实时数据；

4、将数据模型进行数据清理后构建数字孪生模型，将数字孪生模型与抽水蓄能电站的功能模块进行同步关联，并在数字孪生模型中构建模块预警区间；

5、将数字孪生模型中与任一功能模块的同步关联进行关闭后，调整该功能模块在数字孪生模型中的数据，形成数字孪生模型中非调整模块的变化参数，依次将所有功能模块进行逐一调试；

6、根据调试结果对模块预警区间进行调整，并在区间中加入关联度参数，随后在数字孪生模型中预设标准数据建议曲线，并在预设时间中循环更新采集数据，并按照时间顺序形成变化曲线，将标准数据建议曲线与变化曲线进行匹配重合：

7、将完全重合的点位数据进行记录，将未完全重合的点位进行标记，并获取点位与标准数据建议曲线的数据差值，当数据差值超过设定阈值时，将标准参数数据映射到未完全重合点位的数据内，得到与标准权重值相等的特征数据，将该特征数据导入数字孪生仿真模型中进行对应替换。

8、这种抽水蓄能电站工程数字孪生管理系统与现有技术相比,具有以下显著区别:

9、数据采集方式更加全面和精细化。该系统不仅对抽水蓄能电站的各个功能模块进行了数字化建模,还在每个模块中单独加装了数据采集单元,可以实时获取各模块的运行数据。这种分布式的数据采集方式,可以更精准地反映各个模块的实际运行状态,为后续的数字孪生建模提供了高质量的基础数据支撑。

10、数字孪生模型构建过程更加科学合理。传统的数字孪生模型通常是直接将采集到的数据进行简单映射,而该系统在构建数字孪生模型之前,会先对采集数据进行清理,消除异常值和噪声数据的影响,从而提高了数字孪生模型的准确性和可靠性。

11、引入了模块预警区间和关联度参数的概念。该系统在数字孪生模型中为每个功能模块设置了预警区间,当模块运行数据偏离正常范围时,系统就会发出预警。同时,还引入了关联度参数,用于量化不同模块之间的相互影响程度,有助于更精准地分析故障根源。

12、采用了标准数据建议曲线与实际变化曲线的匹配优化方法。该系统会预设一条标准数据建议曲线,作为电站运行的理想状态,然后将其与实际采集数据形成的变化曲线进行匹配,找出偏离点并进行优化调整。这种基于曲线匹配的方法,可以更直观地反映电站的整体运行状态,并及时发现和纠正异常情况。

13、引入了数字孪生仿真模型。当发现异常点位时,该系统不是简单地进行报警,而是将标准参数数据映射到异常点位的数据内,得到特征数据,并将该特征数据导入数字孪生仿真模型中进行模拟分析和优化调整。这种仿真优化方法,可以在不影响实际电站运行的情况下,对异常情况进行分析和处理,提高了故障诊断和预防的能力。

14、这种抽水蓄能电站工程数字孪生管理系统,通过全面的数据采集、科学的模型构建、合理的预警机制、曲线匹配优化以及数字孪生仿真等多种创新技术手段的综合应用,实现了对电站运行状态的精细化管理和优化调度,提高了电站的运营效率和安全可靠性,具有较高的理论和应用价值。

15、作为一优选的实施方式，所述功能模块包括水泵机组模块、水轮机组模块、升压站模块、蓄水库模块和辅助模块，在功能模块内通过安装对应传感器和测量仪表的数据采集单元，实时采集模块中设备运行数据和环境数据,通过有线或无线方式传输给数据模型，对电站实时数字化监测。

16、作为一优选的实施方式，所述数字孪生模型与抽水蓄能电站进行同步关联时，在数字孪生模型中对应建立与实际电站完全相同的虚拟模块,包括水泵机组模块、水轮机组模块、升压站模块、蓄水库模块、辅助模块，通过同步关联更新到数字孪生模型中对应的虚拟模块中,使虚拟模块实现与实际模块的状态同步。

17、作为一优选的实施方式，所述数字孪生模型中与任一功能模块的同步关联进行关闭时，为每个模块预设一条标准数据建议曲线，所述标准数据建议曲线为功能模块在正常工况下,参数随时间变化的理想走势曲线。

18、作为一优选的实施方式，在将标准数据建议曲线与变化曲线进行匹配重合时，通过模式匹配判断二者的重合程度，若二者匹配度一致,则实际运行状态良好；若出现偏离，则根据偏离程度发出不同级别的预警信号。

19、采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：提高了电站运营效率,通过对电站各功能模块实时数据采集、数字化建模和数字孪生模型构建,可以实时监控和掌握电站的整体运行状态,及时发现和处理异常情况,避免故障扩大,从而提高电站的运营效率。增强了电站运行的安全可靠性,系统通过设置模块预警区间、曲线匹配优化和数字孪生仿真等手段,可以精准定位故障根源,有针对性地进行调整优化,提高电站各系统的协调性,增强整体运行的安全可靠性。降低了运维成本,数字孪生技术可以在虚拟环境中模拟各种工况,分析优化方案,避免了实际运行中的反复试错,降低了运维成本。延长了电站使用寿命,及时发现和处理异常情况,避免了故障的累积和扩大,从而延长了电站的使用寿命。提高了电站的智能化水平,该系统集成了数字化建模、数据清理、曲线匹配优化、数字孪生仿真等多种智能技术,显著提高了电站的智能化水平,为未来实现自主运维奠定了基础。