架空输电线路脱冰动态数字孪生系统

doi:10.11772/j.issn.1001-9081.2024010105

《计算机应用》唯一官方网站 ›› 0, Vol. ›› Issue (): 338-342.DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2024010105

架空输电线路脱冰动态数字孪生系统

陈庆昊, 刘天宇, 王璋奇()

华北电力大学机械工程系，河北保定 071003

收稿日期:2024-01-29 修回日期:2024-04-15 接受日期:2024-04-18 发布日期:2024-05-09 出版日期:2024-12-31
通讯作者: 王璋奇
作者简介:陈庆昊（1994—），男，内蒙古呼伦贝尔人，博士研究生，主要研究方向：输电线路孪生系统设计
刘天宇（1999—），男，河北沧州人，硕士研究生，主要研究方向：数字孪生系统设计
王璋奇（1964—），男，陕西西安人，教授，博士，主要研究方向：输电线路工程。
基金资助:
国网宁夏有限公司科技项目(SGTYHT/19-JS-215)

Dynamic digital twin system of overhead transmission line ice shedding

Qinghao CHEN, Tianyu LIU, Zhangqi WANG()

Department of Mechanical Engineering，North China Electric Power University，Baoding Hebei 071003，China

Received:2024-01-29 Revised:2024-04-15 Accepted:2024-04-18 Online:2024-05-09 Published:2024-12-31
Contact: Zhangqi WANG

摘要/Abstract

摘要：

冰灾作为输电线路常见灾害，会严重影响电力系统的安全运行。针对实际线路脱冰振荡对精准映射、实时通信和可视化呈现的需求，设计并实现了一个架空输电线路脱冰数字孪生系统。首先，引入物理信息实时映射的思想，并依托Unity3D平台搭建线路脱冰数字孪生系统整体框架。其次，建立并求解基于解析解的任意时间段内的迭代模型，并将迭代模型与测量得到的时变参数结合进行分段迭代修正，从而完成数字孪生模型的建模；同时，将计算出的孪生数据在线路脱冰振荡孪生交互平台上进行展示。最后，将该系统应用在连续三档导线脱冰模拟上以验证模型的有效性。实验结果表明：通过孪生模型计算的结果和真实测量值吻合度较高，孪生模型的平均绝对百分比误差（MAPE）在0.5%以内。可见，该方法可以建立准确反映线路运行状态的模型。

关键词: 输电线路, 脱冰, 数字孪生模型, 时间序列分段, 解析解, 连续三档线路, 仿真分析

Abstract:

As a common disaster on transmission lines， ice disaster affects the safe operation of the power system seriously. A digital twin system for ice shedding of overhead transmission lines was designed and implemented to meet the precise mapping and real-time communication and visualization presentation requirements of de-icing vibrations of actual transmission lines. Firstly， the idea of real-time mapping of physical information was introduced， and the overall framework of the transmission line de-icing digital twin system was built based on the Unity3D platform. Then， an analytical solution based iterative model during any time period was established and solved， and the iterative model was combined with the measured time-varying parameters for segmented iterative correction， so as to complete modeling of the digital twin model. At the same time， the calculated twin data were displayed on the twin interaction platform for transmission line de-icing vibrations. Finally， this system was applied to simulate successive three levels of conductor ice shedding to verify the effectiveness of the model. Experimental results show that the results calculated by the twin model are highly consistent with the actual measurements， and the Mean Absolute Percentage Error （MAPE） of the twin model system is within 0.5%. It can be seen that the proposed method can establish an accurate model that reflects the operating status of the transmission lines.

Key words: transmission line, ice shedding, digital twin model, time series segmentation, analytical solution, successive three levels of line, simulation analysis

中图分类号:

TM751

陈庆昊, 刘天宇, 王璋奇. 架空输电线路脱冰动态数字孪生系统[J]. 计算机应用, 0, (): 338-342.

Qinghao CHEN, Tianyu LIU, Zhangqi WANG. Dynamic digital twin system of overhead transmission line ice shedding[J]. Journal of Computer Applications, 0, (): 338-342.

图/表 10

图1 输电线路脱冰振荡数字孪生系统架构

图2 多源异构数据采集架构

图3 输电线路孪生系统运行流程

图4 任意档导线的连续振动分解示意图

图5 孪生模型运行流程

图6 输电线路数字孪生管理系统架构

图7 孪生线路展示平台界面

图8 线路孪生模型细节

图9 连续三档导线脱冰模拟实验台

图10 计算档距和张力时程曲线

参考文献 19

1	GONÇALVES A， MARQUES M C， LOUREIRO S， et al. Disruption risk analysis of the overhead power lines in Portugal ［J］. Energy， 2023， 263 （Pt A）： No.125583.
2	刘文倩，韩利峰，黄丽，等. 实时在线监控系统的三维可视化方案［J］. 计算机应用， 2022， 42 （S1）： 265-270.
3	CHEN Q， LIU T， WANG Z， et al. Research on digital twin dynamic modeling method for transmission line deicing system ［J］. Energies， 2024， 17 （1）： No.1424.
4	谢东升，孙滔，史卓鹏，等. 输电线路爆破除冰动态特性［J］. 爆炸与冲击， 2021， 41 （6）： No.065102.
5	楼文娟，张跃龙，徐海巍，等. 基于室外导线节段模型的输电线路覆冰与脱冰过程试验研究［J］. 土木工程学报， 2022， 55 （3）： 27-35.
6	王璋奇，齐立忠，王剑. 架空导线模拟覆冰脱落高精度时序控制系统研究［J］. 华北电力大学学报（自然科学版）， 2016， 43 （3）： 45-50.
7	房方，姚贵山，胡阳，等. 风力发电机组数字孪生系统［J］. 中国科学：技术科学， 2022， 52 （10）： 1582-1594.
8	LI H， LI B， LIU G， et al. A detection and configuration method for welding completeness in the automotive body-in-white panel based on digital twin ［J］. Scientific Reports， 2022， 12： No.7929.
9	JIANG J， LI H， MAO Z， et al. A digital twin auxiliary approach based on adaptive sparse attention network for diesel engine fault diagnosis ［J］. Scientific Reports， 2022， 12： No.675.
10	ISOLAN L， MALINCONICO M， TIEU W， et al. A digital twin for ⁶⁴Cu production with cyclotron and solid target system ［J］. Scientific Reports， 2022， 12： No.19379.
11	WOLF K， DAWSON R J， MILLS J P， et al. Towards a digital twin for supporting multi-agency incident management in a smart city ［J］. Scientific Reports， 2022， 12： No.16221.
12	JIN T， SUN Z， LI L， et al. Triboelectric nanogenerator sensors for soft robotics aiming at digital twin applications ［J］. Nature Communications， 2020， 11： No.5381.
13	王璋奇，齐立忠，王剑，等. 架空输电线非同期脱冰跳跃动张力实验研究［J］. 振动与冲击， 2016， 35 （22）： 61-65.
14	沈沉，曹仟妮，贾孟硕，等. 电力系统数字孪生的概念、特点及应用展望［J］. 中国电机工程学报， 2022， 42 （2）： 487-499.
15	LIU S， TISN J， JI Z， et al. Research on multi-digital twin and its application n wind power forecasting ［J］. Energy， 2024， 292： No.130269.
16	SEMERARO C， ALJAGHOUB H， ABDELKAREEM M A， et al. Guidelines for designing a digital twin for Li-ion battery： a reference methodology ［J］. Energy， 2023， 284： No.128699.
17	CHEN C， LIU M， LI M， et al. Digital twin modeling and operation optimization of the steam turbine system of thermal power plants ［J］. Energy， 2024， 290： No.129969.
18	LI W， LI Y， GARG A， et al. Enhancing real-time degradation prediction of lithium-ion battery： a digital twin framework with CNN-LSTM-attention model ［J］. Energy， 2024， 286： No.129681.
19	SEMERARO C， ALJAGHOUB H， ABDELKAREEM M A， et al. Digital twin in battery energy storage systems： trends and gaps detection through association rule mining ［J］. Energy， 2023， 5 （3）： No.127086.

[1]	于平平, 闫玉婷, 唐心亮, 苏鹤, 王建超. 输电线路场景下的施工机械多目标跟踪算法[J]. 《计算机应用》唯一官方网站, 2025, 45(7): 2351-2360.
[2]	王文帅, 韩军, 胡广怡, 陈炣燏. 基于单目视觉输电线路精细化巡检方法[J]. 《计算机应用》唯一官方网站, 2025, 45(5): 1694-1702.
[3]	黄巨挺, 高宏力, 戴志坤. 基于编码解码结构的移动端电力线语义分割方法[J]. 计算机应用, 2021, 41(10): 2952-2958.
[4]	王舰, 王志宏, 张乐君. 复杂网络演化的舆论动力学模型及仿真分析[J]. 计算机应用, 2018, 38(4): 1201-1206.
[5]	焦方源, 李佳, 李薇. 流域型灾害特征信息提取及动态预警算法[J]. 计算机应用, 2015, 35(1): 294-298.
[6]	焦方源. 基于混沌扩频的多用户应急通信系统模型设计与仿真分析[J]. 计算机应用, 2011, 31(01): 235-238.
[7]	黎文伟张大方曾彬. 基于仿真分析的端到端最小包时延测量方法[J]. 计算机应用, 2007, 27(6): 1304-1305.

架空输电线路脱冰动态数字孪生系统

Dynamic digital twin system of overhead transmission line ice shedding

RichHTML

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 10

参考文献 19

相关文章 7

编辑推荐

Metrics