【電力變壓器數(shù)字孿生研究國內(nèi)外文獻(xiàn)綜述3800字】

電力變壓器數(shù)字孿生研究國內(nèi)外文獻(xiàn)綜述1研究背景及意義目前電力變壓器缺乏有效的運行狀態(tài)精準(zhǔn)刻畫手段和方法，難以實時、全面、準(zhǔn)確掌握其運行狀態(tài)，數(shù)字孿生技術(shù)為這一問題提供了新的思路，它是充分利用物理模型、傳感器更新、運行歷史等數(shù)據(jù)，集成多學(xué)科、多物理量、多尺度的仿真過程，在虛擬空間中完成對物理實體的映射，從而反映物理實體的全生命周期過程?；陔娏υO(shè)備狀態(tài)的全面感知需求，學(xué)習(xí)掌握數(shù)字孿生技術(shù)的基本理論與應(yīng)用，了解電力變壓器的種類、結(jié)構(gòu)與功能，分析、歸納電力變壓器建模理論與方法研究，完成電力變壓器數(shù)字孿生建模方案整體設(shè)計，用仿真軟件進(jìn)行可行性分析。2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀2.1國內(nèi)研究現(xiàn)狀國內(nèi)學(xué)者在電力變壓器數(shù)字孿生的研究較廣，在檢測系統(tǒng)方面，陳昊和項雷軍等人（2021）提供了一種基于數(shù)字孿生的電力變壓器在線監(jiān)測系統(tǒng)，包括：實體變壓器模塊為電力變壓器；實時數(shù)據(jù)采集模塊通過多個數(shù)據(jù)采集點的傳感器，實時采集實體變壓器的運行數(shù)據(jù)，數(shù)字孿生變壓器模塊為在計算器仿真環(huán)境中生成數(shù)字化虛擬的電力變壓器，故障監(jiān)測模塊獲取監(jiān)測數(shù)據(jù)；仿真監(jiān)測模塊，獲取在仿真環(huán)境下產(chǎn)生的故障進(jìn)行監(jiān)測的數(shù)據(jù)；評價模塊，用于獲取評價報告，并傳輸?shù)绞录涗浤K，并接收警報信息傳輸給顯示終端模塊；事件記錄模塊，接收評價報告并進(jìn)行保存，顯示終端模塊對接收到的警報信息予以顯示，提供了將數(shù)字孿生與電力變壓器故障監(jiān)測整合統(tǒng)一考慮的在線監(jiān)測系統(tǒng)，提高故障監(jiān)測的效率，有效降低了傳統(tǒng)直接在電力變壓器實體上進(jìn)行實驗的成本[1]。郭方欣和杜春燕等人（2018）提出一種電力變壓器監(jiān)測系統(tǒng)，屬于變壓器監(jiān)控設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，所述監(jiān)控系統(tǒng)包括變壓器數(shù)據(jù)采集電路，變壓器監(jiān)測器，數(shù)據(jù)存儲器，顯示器和無線數(shù)據(jù)傳輸電路等部件，所述電力變壓器監(jiān)測系統(tǒng)具有實時監(jiān)測變壓器故障等特點[2]。王燕（2021）采取針對性措施,加強(qiáng)對電力變壓器運行工作的管理力度，結(jié)合當(dāng)前電力變壓器運行狀態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測情況來看，因部分監(jiān)測傳感器及相關(guān)設(shè)備性能不穩(wěn)定，導(dǎo)致監(jiān)測信息數(shù)據(jù)存在不準(zhǔn)確問題。為及時解決這一問題，主要結(jié)合優(yōu)化監(jiān)測理念，對電力變壓器運行狀態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測處理策略問題進(jìn)行研究與分析，以供參考[3]。在故障建模方面，王妍和張?zhí)A（2020）根據(jù)變壓器結(jié)構(gòu)，運行等特點建立基于數(shù)字孿生的故障診斷模型，采用差分進(jìn)化算法優(yōu)化概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（PNN）中的平滑因子，再將優(yōu)化后的平滑因子賦給PNN，最終得到優(yōu)化后的故障診斷模型，進(jìn)而構(gòu)建高精度變壓器數(shù)字孿生體進(jìn)行實時故障診斷分析。優(yōu)化結(jié)果表明，與優(yōu)化前以及RBF和BP網(wǎng)絡(luò)相比，變壓器故障診斷的精度明顯提高且收斂速度快，基于數(shù)字孿生技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)實時診斷變壓器故障[4]。吳學(xué)正和李樹榮（2021）在現(xiàn)有GIS智能變電站中電力變壓器，組合電器，開關(guān)柜三類主設(shè)備故障診斷技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合數(shù)字孿生技術(shù)，提出一種GIS智能變電站數(shù)字孿生模型建模方法，分析認(rèn)為該模型可以同步顯示實體變電站各儀表的數(shù)值，能基于變電站實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行健康評估及故障診斷，并在三維模型中對應(yīng)空間位置顯示,各設(shè)備運行狀態(tài)一目了然，故障類型及位置指示準(zhǔn)確[5]。趙剛（2018）主要對系統(tǒng)的工作原理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，詳細(xì)探討了輸入級的控制策略，輸入高壓級級聯(lián)H橋在電壓定向控制的基礎(chǔ)上采用載波移相SPWM技術(shù)，不僅可以在不提高各H橋的開關(guān)頻率的前提下大大改善輸出電壓的諧波性能，還能實現(xiàn)各H橋均壓，使通過增加級聯(lián)H橋數(shù)來提高電壓等級成為可能，最后MATLAB/Simulink仿真表明，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)側(cè)單位功率因數(shù)運行，輸出恒定三相正弦交流電壓，并具有良好的抗干擾性能[6]。孫葉和唐琳等人（2021）首先對電力變壓器故障識別的研究進(jìn)展進(jìn)行分析，指出各種方法存在的局限性，然后采集電力變壓器故障識別數(shù)據(jù)，并提取電力變壓器故障識別特征，最后將特征作為深度學(xué)習(xí)算法的輸入，電力變壓器故障識別作為輸出，通過學(xué)習(xí)建立電力變壓器故障識別分類器，還進(jìn)行了電力變壓器故障識別實例分析，分析結(jié)果表明，深度學(xué)習(xí)算法的電力變壓器故障識別正確率超過95%，不僅誤識率和拒識率控制在有效范圍內(nèi)，而且電力變壓器故障識別時間更少，獲得了更優(yōu)的電力變壓器故障識別實時性[7]。尹程懿（2018）在分析了BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法的基本結(jié)構(gòu)、原理和各自優(yōu)缺點的基礎(chǔ)上，提出了將遺傳算法與BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相融合的算法用于電力變壓器診斷，并采用MATLAB軟件分別對BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，以及基于遺傳算法加BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了仿真，給出了不同參數(shù)的選取對網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練效果的影響。數(shù)據(jù)結(jié)果的分析表明，基于遺傳算法加BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在訓(xùn)練速度和診斷正確率上較BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有較大的優(yōu)勢，很好的彌補了BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)收斂速度慢以及目標(biāo)函數(shù)有局部極小點的缺陷[8]。數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用于電力設(shè)備方面，符華和陳葒（2021）從數(shù)字孿生的含義，體系架構(gòu)，特點與核心技術(shù)出發(fā)，綜合分析數(shù)字孿生電網(wǎng)的應(yīng)用體系，研究數(shù)字孿生技術(shù)在變壓器設(shè)備狀態(tài)評估中的應(yīng)用，提出變壓器設(shè)備狀態(tài)評估的技術(shù)架構(gòu)以及重要應(yīng)用方向，包括變壓器設(shè)備綜合狀態(tài)評估與設(shè)備故障診斷，闡述了數(shù)字孿生技術(shù)在電力領(lǐng)域應(yīng)用中面臨的挑戰(zhàn)與發(fā)展前景[9]。\o"晏鋒"晏鋒和\o"王林"王林等人（2021）將變壓器、互感器、斷路器、套管等電力設(shè)備進(jìn)行數(shù)字孿生建模，就能在后臺虛擬演示出現(xiàn)場電力設(shè)備的運行情況，對保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行具有重大意義[10]。楊帆和吳濤等人（2021）闡述了數(shù)字孿生的內(nèi)涵及應(yīng)用，從數(shù)字孿生框架與實現(xiàn)方法，其在裝備全壽命周期的應(yīng)用，主流廠商及其平臺方面總結(jié)了裝備領(lǐng)域數(shù)字孿生的研究與應(yīng)用進(jìn)展；其次分析了電力裝備數(shù)字孿生實現(xiàn)所需的關(guān)鍵技術(shù)；最后以變壓器為例給出了基于MicrosoftAzure和ANSYSTwinBuilder的電力裝備多物理場數(shù)字孿生實現(xiàn)方法，并指出實現(xiàn)電力裝備數(shù)字孿生在數(shù)據(jù)采集，模型構(gòu)建與求解，平臺使用方面的挑戰(zhàn)，建議開發(fā)高性能傳感裝置并構(gòu)建合理的傳感網(wǎng)絡(luò)提升數(shù)據(jù)采集的深度與廣度；開展電力裝備全尺度多物理場模型的構(gòu)建與實時求解算法研究；開發(fā)面向電力裝備性能分析的國產(chǎn)化數(shù)字孿生平臺[11]。2.2國外研究現(xiàn)狀在故障診斷技術(shù)方面，NaveenKumarSharma和DeepikaBhalla等人（2022）為了減少變壓器斷電造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，采取糾正措施之前的收入損失。采取變壓器故障診斷技術(shù)，監(jiān)測在役設(shè)備的狀態(tài)總是可以降低故障風(fēng)險。在故障溶出氣的早期檢測中，呋喃分析和聚合度分析是近年來日益流行的技術(shù)。利用這些技術(shù)對變壓器狀態(tài)進(jìn)行實時評估是提高系統(tǒng)可靠性的重要工具[12]。SVDorozhko和MSShaimordanova等人（2022）認(rèn)為對農(nóng)業(yè)電力變壓器進(jìn)行測試時，空載和短路模式起著重要作用。因此，提出用現(xiàn)代數(shù)字分析儀實現(xiàn)電力變壓器檢測系統(tǒng)，部分測量應(yīng)在不斷開電力變壓器與網(wǎng)絡(luò)連接的情況下進(jìn)行。同時，縮短了測試時間，提高了測量結(jié)果的準(zhǔn)確性和自動化處理能力[13]。AAlyunov和OVyatkina等人（2020）在不停機(jī)的情況下，通過對變壓器正常運行模式下的電流和電壓進(jìn)行同步矢量測量，確定其等效電路參數(shù)，從而診斷電力變壓器的狀態(tài)，從而提高繼電保護(hù)運行的可靠性。提出了一種經(jīng)濟(jì)有效的電力變壓器主動診斷方法。通過監(jiān)測附加參數(shù)(正序的短路電阻、有感電阻、有功電阻)，負(fù)序有感電阻)，可以在不診斷變壓器斷網(wǎng)的情況下，提高檢測繞組損壞或高壓變壓器套管可能引起內(nèi)部短路的速度和精度。該方法可以通過計算得到的等效電路參數(shù)與等效電路參數(shù)護(hù)照值的差值來估計變壓器的健康指標(biāo)和可用性[14]。在建模方面，AlTikhonov和AVStulov等人（2020）建立能夠考慮數(shù)字孿生器件設(shè)計特點的變壓器計算模型。采用MatLabSimulinkSymPowerSystem軟件包進(jìn)行仿真，對電力變壓器仿真過程中所作的假設(shè)進(jìn)行了估計。它們包括在計算散射通量時使用鏈場和二維場模型而不考慮鋼的各向異性和狄利克雷邊界條件的可能性。建立了計算主磁通和散射磁通的二維場模型，為數(shù)字化孿生技術(shù)和變壓器的生成設(shè)計奠定了基礎(chǔ)。給出了在MatLabSimulink中實現(xiàn)的變壓器仿真模型。證明了利用該模型診斷變壓器故障的可能性[15]。三、總結(jié)綜上所述，國內(nèi)學(xué)者在電力變壓器數(shù)字孿生的研究，主要包括檢測系統(tǒng)、故障建模、數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用于電力設(shè)備等層次，其研究情況較為豐富，而對于電力變壓器數(shù)字孿生建模方案的設(shè)計較少；而國外學(xué)者則主要側(cè)重于故障診斷技術(shù)方面，少數(shù)學(xué)者研究了變壓器仿真建模，其數(shù)字孿生相關(guān)知識研究較少。因此，后續(xù)論文研究將在此基礎(chǔ)上，整合電力變壓器檢測系統(tǒng)、故障建模方面、運用情況等，設(shè)計電力變壓器數(shù)字孿生建模方案，為該研究方向補充不足。參考文獻(xiàn)[1]陳昊,項雷軍,楊一凡,等.一種基于數(shù)字孿生的電力變壓器在線監(jiān)測系統(tǒng):CN202120268940.4.[2]郭方欣,杜春燕,張晟博,等.一種電力變壓器監(jiān)測系統(tǒng):CN201820502485.8.[3]王燕.電力變壓器運行狀態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測處理策略[J].電子樂園,2021(6):1.[4]王妍,張?zhí)A.基于數(shù)字孿生的優(yōu)化概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)變壓器故障診斷[J].組合機(jī)床與自動化加工技術(shù),2020(11):4.[5]吳學(xué)正,李樹榮.基于數(shù)字孿生的GIS智能變電站健康評估及故障診斷模型[J].河北電力技術(shù),2021,40(3):5.[6]趙剛.配電網(wǎng)智能電力變壓器的設(shè)計與仿真[J].電力系統(tǒng)裝備,2018(1):3.[7]孫葉,唐琳,蘇冰,等.基于深度學(xué)習(xí)算法的電力變壓器故障識別研究[J].微型電腦應(yīng)用,2021,37(12):4.[8]尹程懿.遺傳算法與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相融合的電力變壓器故障診斷[D].長春大學(xué),2018.[9]符華,陳葒.基于數(shù)字孿生技術(shù)在電力設(shè)備的應(yīng)用[J].電子技術(shù)與軟件工程,2021(20):3.[10]晏鋒,王林,任重,等.數(shù)字孿生技術(shù)在智能變電站內(nèi)的應(yīng)用[J].電力設(shè)備管理,2021(10):2.[11]楊帆,吳濤,廖瑞金,等.數(shù)字孿生在電力裝備領(lǐng)域中的應(yīng)用與實現(xiàn)方法[J].高電壓技術(shù),2021,47(5):17.[12]SharmaNK,BhallaD,Manisha,etal.SmartTechniquesforFaultDiagnosisinPowerTransformer[J].IOPConferenceSeries:MaterialsScienceandEngineering,2022,1228(1):012030(9pp).[13]DorozhkoS,ShaimordanovaMS,DorozhkoDS.Automationofdiagnostictoolsforagriculturalpowertransformers[J].IOPConferenceSeries:EarthandEnvironmentalScience,2022,996(1):012012(6pp).[14]AlyunovA,VyatkinaO,NemirovskiyA.Onefficiencyofdigitalsystemofpowertr