(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111606839.6 (22)申请日 2021.12.24 (71)申请人 华侨大学 地址 362000 福建省泉州市丰泽区 (72)发明人 叶志军　陈惠鹏　张钟炼　张德龙　 陈一逢　李跃世　 (74)专利代理 机构 厦门创象知识产权代理有限 公司 35232 代理人 尤怀成 (51)Int.Cl. G01R 31/62(2020.01) G06F 30/20(2020.01) (54)发明名称 基于数字孪生的电力变压器磁场与电气参 数可视化方法 (57)摘要 本发明公开了基于数字孪生的电力变压器 磁场与电气参数可视化方法， 包括以下步骤： 第 一步， 根据变压器的实物， 利用MATLAB/Si mulink 搭建了变压器的仿真模型； 第二步， 选 择USB采集 卡作为采集设备， 利用Labview设计出相应的采 集程序； 第三步， 选择SIT作为联合仿真方法， 并 在联合仿真过程中加入了报警模块和数显模块， 获得最终基于数字孪生的电力变压器磁场与电 气参数。 通过 实物现场实验测试了该数字孪生平 台的准确性和可靠性， 为数字孪生技术应用于电 力设备故障检测提供参考。 通过数字孪生可以更 好地解决目前的电气量测量法和离线数据所引 起的保护装置的误动作和不动作， 从而可以更好 地真实反映变压器的工作 情况， 进而维护电力系 统的稳定 。 权利要求书1页 说明书3页 CN 114280504 A 2022.04.05 CN 114280504 A 1.基于数字孪生的电力变压器磁场与电气参数可视化方法， 其特征在于包括以下步 骤： 第一步， 根据变压器的实物， 利用MATLAB/Simul ink搭建了变压器的仿真模型； 第二步， 选择USB采集 卡作为采集设备， 利用Labview设计出相应的采集 程序； 第三步， 选择SIT作为联合仿真方法， 并在联合仿真过程中加入了报警模块和数显模 块， 获得最终基于数字 孪生的电力变压器 磁场与电气参数。 2.如权利要求1所述的基于数字孪生的电力变压器磁场与电气参数可视化方法， 其特 征在于： 所述数字孪生基于智能传感器技术、 5 G通信、 仿 真软件中的其中一种数字技术使物 理到数字的实时交互、 准确映射、 虚实迭代， 所述数字孪生是转换和联系现实世界与 虚拟空 间的过程。 3.如权利要求2所述的基于数字孪生的电力变压器磁场与电气参数可视化方法， 其特 征在于： 所述数字孪生包括虚拟模型模块、 物理实体模块和交互协同模块， 所述物理实体模 块和交互协同模块之间数据交换， 所述虚拟模型模块和交 互协同模块之间数据交换。 4.如权利要求2所述的基于数字孪生的电力变压器磁场与电气参数可视化方法， 其特 征在于： 基于所述数字 孪生构建的数字 孪生平台包括以下步骤： 首先， 构造出一个能够精确反映现实实物的仿真模型， 所述仿真模型与现实实物的误 差率控制在0.01％～0.0 5％； 其次采集 程序， 基于采集 程序获取仿真模型 上的相应参数； 最后将采集 程序和仿真模型进行 数据通信， 基于通信方法获得精确的仿真数据。 5.如权利要求4所述的基于数字孪生的电力变压器磁场与电气参数可视化方法， 其特 征在于： 所述仿真模型和所述现实实物之 间基于获取于现实实物上的数据参数进 行双向反 馈数据交换和指令交互， 所述采集程序和所述现实实物之 间基于传感器采集数据实现现实 实物向采集程序的单向反馈， 所述采集程序和所述仿真模型之 间基于所述通信方法实现通 信传输数据。 6.如权利要求5所述的基于数字孪生的电力变压器磁场与电气参数可视化方法， 其特 征在于： 所述 通信方法为全双工通信方式。 7.如权利要求1所述的基于数字孪生的电力变压器磁场与电气参数可视化方法， 其特 征在于： 所述仿真模型获取实物的基本参数包括几何参数和额定参数， 所述几何参数包括 铁芯外长、 铁芯内长、 绕组到铁芯柱距离、 同侧绕组间距、 铁芯外高、 铁芯内高、 绕组到铁轭 距离、 铁芯厚度， 所述额定参数包括额定功率、 额定频率、 一次侧额定电压、 二次侧额定电 压、 一次侧额定电流、 二次侧额定电流、 短路电压百分率、 空载电流百分率、 一次侧匝数、 二 次侧匝数。 8.如权利要求7所述的基于数字孪生的电力变压器磁场与电气参数可视化方法， 其特 征在于： 所述仿真模型与实物之间的校验包括空载运行校验、 短路运行校验和负载运行校 验。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114280504 A 2基于数字孪生的电力变压器磁场与电气参数可视化方 法 技术领域 [0001]本发明涉及 一种基于数字孪生的电力变压器磁场与电气参数可视化方法， 属于电 力变压器 磁场与电气参数 可视化研究领域。 背景技术 [0002]电力系统是从古至今世界上所有工业系统里规模最为巨大、 层次最为复杂、 科技 密集和耗资巨大 的人造复合系统， 是人类工程科学史上 的辉煌成就之一。 而电力系统不可 或缺的电力设备——电力变压器， 其正常运行对电力系统的稳定运行起着不可或缺的作 用， 当变压器发生 故障时， 先不论变压器本身昂贵的造价和耗时巨大的安装时间， 与其相关 电力线路的用电负载都将受到巨大的影响， 可能引发安全事故、 让公共设施被迫断电、 企业 被迫停工， 这将会导致巨大 的经济损失， 甚至引起重大的社会安全风险。 因此， 实时监测 变 压器的运行状况和 通过检测 其相应的参数从而提前预测变压器事故对于电力系统的稳定 是十分重要的。 [0003]目前的电气量测量法主要是利用绕组变形之后电气量产生改变的这一特点判断 绕组状态， 从而判断变压器是否异常， 但是根据电气量来判断变压器的状况 的研究方法还 不够成熟， 导致通过电气量能够获得的绕组信息很少 。 且所测量的数据大多是通过变压器 的离线数据来判断， 但是 由于电力系统的复杂性和异常情况 的突发性， 变压器离线参数已 难以满足日益增长的电网安全、 稳定分析计算需求。 所以很难保证所测的数据是在真实数 据所允许的误差内， 进而引起自动保护装置误动作、 不动作， 不能很好地真实反映变压器的 工作情况。 所以一个功能更为新颖全面、 数据更为准确的变压器电气参数和磁场检测方式 的出现显得 更为迫在眉睫。 发明内容 [0004]本发明所要解决的技术问题是提供一种基于数字孪生的电力变压器磁场与电气 参数可视化方法， 通过数字孪生可以更好地解决目前的电气量测量法和离线 数据所引起的 保护装置的误动作和 不动作， 从而可以更好地真实反 映变压器的工作情况， 进而维护电力 系统的稳定 。 [0005]为解决上述技术问题， 本发明的技术方案为： 基于数字孪生的电力变压器磁场与 电气参数 可视化方法， 其创新 点在于包括以下步骤： [0006]第一步， 根据变压器的实物， 利用MATLAB/Simul ink搭建了变压器的仿真模型； [0007]第二步， 选择USB采集 卡作为采集设备， 利用Labview设计出相应的采集 程序； [0008]第三步， 选择SIT作为联合仿真方法， 并在联合仿真过程中加入了报警模块和数显 模块， 获得最终基于数字 孪生的电力变压器 磁场与电气参数。 [0009]优选的， 所述数字孪生基于智能传感器技术、 5G通信、 仿真软件中的其中一种数字 技术使物理到数字的实时交互、 准确映射、 虚实迭代， 所述数字孪生是转换和联系现实世界 与虚拟空间的过程。说　明　书 1/3 页 3 CN 114280504 A 3