[发明专利]一种用于低压直流配用电系统的故障预测系统及方法

说明书

本发明公开了一种用于低压直流配用电系统的故障预测系统及方法，属于数字孪生技术领域。本发明系统包括：一种用于低压直流配用电系统的故障预测系统，包括：在线监测单元，根据运行状态进行对低压直流配用电系统进行健康评估；潮流及能耗分析单元，根据潮流分布确定低压直流配用电系统中设备及元部件的能耗信息；电缆绝缘性能预测单元，输出电缆绝缘性能的预测信息；数字孪生建模单元，根据潮流及能耗数据确定低压直流配用电系统的故障状态及异常的预测数据，根据预测数据进行报警。本发明检测时间短，响应速度快，可观测性强，可靠性及安全性性能较高。

技术领域

本发明涉及数字孪生技术领域，并且更具体地，涉及一种用于低压直流配用电系统的故障预测系统及方法。

背景技术

电网是承载各类分布式电源、交直流负荷和储能等各类用户的重要平台，是推动“三型两网”战略实施、解决能源危机的关键环节。相比于交流系统，直流配用电系统可以方便地实现可再生能源、直流和变频负荷的高效接入和灵活管理，并根据用户需求提供高效、经济、灵活的供电服务。直流配用电系统与交流配用电系统相比具有更强的主动控制能力，可提升供电质量、分布式电源消纳能力和运行效率，但存在结构复杂、投资高和故障电流清除困难等缺点，只有合理构建可视化模型，实时监测系统的潮流分布和能耗分析，才能体现直流配用电系统技术经济优势。

因此，针对分布式光伏、储能、充电桩和服务器等的接入方式和运行特性，对直流配用电系统可视化模型进行构建显得尤其重要。

针对低压直流配用电系统的数字孪生模型尚未有所研究，而在其他类型的电力系统已有相关的监测方法或模型，并且采用数字孪生技术在其他领域也已有相关的研究，低压直流配用电系统的运行过程比较复杂，在不同阶段可能表现出“不可预测的非期望行为”，通过基于数字孪生模型的仿真预测可以最大程度减少复杂运行过程的该类行为，避免不可知的负面事件发生。

数字孪生模型是工业机理知识与数据科学融合的产物，是工业数据分析模型的典型代表，数字孪生是指在虚拟空间构建的可以表征物理实体特征、形成过程和行为的虚拟数字化表达，具有多物理性、多尺度性和概率性等特点，数字孪生在理想情况下包含了物理实体的所有信息，是物理实体在虚拟空间的镜像，基于数字孪生技术构建含光伏、储能、充电桩、服务器的低压直流配用电系统可视化模型，以及构建直流母线电压、接地电阻、装置电源端口电压的直流系统绝缘监测模型，对低压直流配用电系统的安全运行和对电缆等设备的状态评估具有重要意义。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种用于低压直流配用电系统的故障预测系统，包括：

在线监测单元，所述在线监测单元采集低压直流配用电系统的电气信息，调用低压直流配用电系统的历史电气信息，对电气信息与历史电气信息进行比对，获取比对结果，确定低压直流配用电系统的运行状态，根据运行状态进行对低压直流配用电系统进行健康评估；

潮流及能耗分析单元，所述潮流及能耗分析单元调用在线监测单元采集的电气信息，根据电气信息确定低压直流配用电系统的潮流分布，根据潮流分布确定低压直流配用电系统中设备及元部件的能耗信息；

电缆绝缘性能预测单元，所述电缆绝缘性能预测单元，调用在线监测单元采集的电气信息及获取的历史电气信息，将所述电气信息及所述历史电气信息输入至预测模型进行模拟运行，输出电缆绝缘性能的预测信息；

数字孪生建模单元，所述数字孪生建模单元导入低压直流配用电系统的系统参数，使用系统参数、健康评估数据、设备及元部件的能耗信息及电缆绝缘性能的预测信息搭建数字孪生模型，将历史电气信息导入数字孪生模型，与电气信息进行交互，获取低压直流配用电系统的潮流及能耗数据，根据潮流及能耗数据确定低压直流配用电系统的故障状态及异常的预测数据，根据预测数据进行报警。

可选的，电气信息，包括：直流母线电压、电源端口电压、节点电流、接地电阻数据及剩余电流值。

可选的，设备及元部件，包括：光伏、储能、充电桩及服务器。