技术领域
[0001] 本发明涉及电网建设技术领域，具体为电力设备模型构建方法。
相关背景技术
[0002] 近年来随着能源互联网的建设和先进信息通信技术的发展，电力系统向着高速双向的通信网络、先进的传感测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法和先进的决策支持系统综合应用方向发展，确保电网优化高效运行。
[0003] 能源互联网下的智能电网系统可分为智能变电站、智能配电网、智能电表、智能交互终端、智能调度、智能家电、智能用电楼宇、智能城市用电网、智能发电系统和新型储能系统，智能配电网即主动电网，是智能电网的重要组成部分，通过先进的电气设备、智能通信网络和灵活的自动控制网络，实现源‑网‑荷之间的灵活交互，从而实现现代电力系统的资源配备优化。
[0004] 基于数字孪生，构建电力涉笔模型，在孪生应用结构的基础上，同时聚焦于业务管理中的难点以及痛点问题，通过智能设备、移动设备等手段可以广泛收集业务中台、数据中台的多源数据，在形成全场景、跨系统空间的大数据集的中间层，融合和处理不同来源、不同形式的数据的顶层，通过i国网的数据接口，进行二次开发和集成，最后，通过抽取，归纳分析营销系统多维度业务数据进行数字孪生呈现，为整个日常工作的运营状况的发展改进提供直观的合理化建议，服务于数字电网的各个具体场景。
[0005] 为了完善电力系统向着高速双向的通信网络、先进的传感测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法和先进的决策支持系统综合应用方向发展，为此，提出一种电力设备模型构建方法。
具体实施方式
[0033] 下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0034] 实施例一
[0035] 本实施例为电力设备模型构建方法的具体实施方式
[0036] 电力设备模型构建方法，包括如下主体项内容：
[0037] 利用3D建模构建数字孪生主动电网的3D可视化模型，实现主动电网数字孪生虚拟模型的实时展示，以颜色变化、动画模拟的方式形象展示设备信息及运行状态的变化情况；
[0038] 研究面向电力标准设备规划和设计的资源建模技术以及在线3D设备模型库技术，构建3D动态数据平台，实现动静结合的全方位可视化管理能力；
[0039] 借助动态数据驱动仿真技术，利用来自物理世界的感知数据，实时动态调整数字孪生虚拟模型与3D可视化模型中设备的运行状态，实现对主动电网的精准数字仿真；
[0040] 利用3D建模构建数字孪生主动电网的3D可视化模型，实现主动电网数字孪生虚拟模型的实时展示；
[0041] 通过收集主动电网实体设备物理特性及其工作方式的相关参数，实现主动电网的数字孪生虚拟模型与实际运行设备的精准映射；
[0042] 通过3D可视化模型直观呈现主动电网的各种设备，准确表达数字孪生虚拟电力设备的工作方式以及参数变化，以颜色变化、动画模拟的方式形象展示设备信息及运行状态的变化情况；
[0043] 通过三维画面和关键参数及其曲线，实现对主动电网的实时在线仿真，并与实际运行结果进行对比分析。
[0044] 通过上述技术方案，经上述步骤构建出的电力设备模型具备：
[0045] (1)设备管理能力
[0046] 对于接入物联网平台的设备，开发制作友好的操作控制台以及方便的、批量的操作管理工具SDK，对设备的当前状态、表现，有可视化、可控管理手段。具体包括：
[0047] 1)控制台对设备进行注册生产、查询、删除销毁等管理能力。对产品、设备复杂拓扑逻辑关系的管理、设备分组，从应用层提供设备管理便利性；
[0048] 2)设备管理接口SDK工具包(PHP、python、JAVA语言)，满足后台快速、批量创建、查询、操作智能设备，提高效率。
[0049] 3)全程对设备状态监控、有效实时获取状态变更通知。
[0050] 4)对设备基础行为(消息上下行异常、状态配置变更、设备在线数目)有可视化监控和告警。
[0051] 5)设备资料信息存储主从备份，容灾设计，保证数据99.999999999％可靠性。容量不足时支持平行扩容，无缝升级。
[0052] (2)设备影子
[0053] 对于接入物联网平台的电力设备，能够通过设备影子缓存技术实时获取智能设备元数据、实时修改设备配置与后台配置同步能力。满足弱网环境下、智能设备的低功耗、少流量要求的设备元数据查询和配置更新能力。具体包括：
[0054] 1)对于设备元数据查询，设备将元数据上报到设备影子，用户应用只需查询设备影子。以减少设备和服务器端的网络交互资源消耗。
[0055] 2)对于设备配置，应用只修改服务器端的设备影子，由设备影子同步到设备。即使当时设备不在线，设备上线后仍能从设备影子同步到最新配置；
[0056] (3)数据处理
[0057] 针对设备数据处理端(如数据分析系统)，能够海量设备数据的存储、查询、计算以及智能分析应用。同时基于海量运维经验，为设备数据的存储、传输提供可靠、安全、自动化的全天候运维监控服务。具体包括：
[0058] 1)类SQL语法和基础语义操作，实现对设备消息的内容解析和过滤提取、重新整合，进而转发到后端服务，无缝对接后端的多种存储组件、函数计算、大数据分析套件等。
[0059] 2)设备消息导入消息队列，可通过便捷配置，快速将设备消息、状态变更行为写入云消息队列服务(CMQ、CKafka)，实现设备与第三方服务的异步消息通信。配合大数据套件，对设备消息进行分析学习。
[0060] 3)设备与云服务存储服务互通，对于用户对设备数据进行进一步处理的场景(如持久化存储、大数据分析)，支持跟云数据库(Mysql、时序数据库CTSDB、MongoDB)、无服务云函数计算系统(SCF)、大数据分析套件的对接。
[0061] 4)设备消息转发至第三方服务，快速打通设备与接入方后台服务的通信能力。
[0062] 5)大数据可视化服务打通的能力，通过数据实时渲染技术，将设备上报的大量数据图形可视化、场景化以及实时交互，以便捷地进行数据的个性化管理与使用。
[0063] 6)数据错误重传，数据存储备份容灾。组件可平滑扩容升级。支持数据回滚恢复。组件实例支持指标监控(如磁盘利用率、内存利用率、CPU利用率)，故障节点自动迁移。
[0064] 具体的，该电力设备模型在构建过程中主视觉会涉及的三维模型制作、轻量化及渲染包含设备主体外观、设备链接部分及内部零件模型。
[0065] 具体的，设备主体外观应完整还原设备形态、材质与设计特征，在实际设备效果的基础上，配以渲染、烘焙，进行效果提升，要求纹理和实际设备相同，一些小的几何结构允许采用贴图表现，贴图要求清晰美观，标准模型控制在2000面以内，标准模型建筑结构大于等于0.3米需要用模型表现出其结构，小于0.3米用贴图表现其结构。
[0066] 具体的，设备链接部分及内部零件模型，以视觉效果为优先，还原主要部件，能够通过该特征明显辨认，简化不可见的面片，用于说明设备形态，能快速查看各设备对应的管线与设备模型属性，同时其他系统以及设备自动透明虚化，保留核心设备与关键管线，可在设备库种查看设备模型状态情况，不同颜色区分不同的状态，当隐蔽设备种的管线或设备出现故障时，检修人员可以通过该功能快速定位故障点。
[0067] 具体的，电力设备模型上的每个表面都使用材质渲染，材质定义该表面的属性，例如它的颜色、光泽度、凹凸度，材质是将所有这些属性收集在一起的资产类型，默认情况下，它代表物理材质，用于创建许多不同类型的视觉效果的基本属性，从光滑的塑料到粗糙的木材或有划痕的金属。
[0068] 具体的，模型创建或导入后一般为白模或模型不符合想要的效果，那便需要用户根据实物给模型附上材质，材质设计分为两种方式：
[0069] 预制材质：资源库‑材质按照分类预制了丰富的材质，用户需在场景树中先选中模型节点，双击材质即可完成材质添加，设计器右侧该模型的材质属性会展示当前模型的材质信息，用户可以直接在属性中更改当前材质的属性；
[0070] 预制材质组：资源库‑材质组提供常用的材质组分类，当场景创建时会遇到模型量大，而材质设计却固定时，用户可以通过材质组方式意见完成材质添加，材质组的添加依据为模型名称，具体规则请看使用材质组模型名称说明。
[0071] 具体的，电力设备模型构建的标准应支持max、fbx、IFC、stp、dwg、stl、rvt、dgn、igs等三维数据格式，通过插件转换、直接读取等方式对三维数据进行接入，采用坐标转换、构建金字塔方式对这类数据进行转换融合，作为影像、高程等基础数据的补充数据源，从而对电力设备进行全面数字化。
[0072]
[0073] 具体的，电力设备模型构建的标准应基于三维可视化技术，融合物联网及各业务系统的多源数据，进行欧氏空间、图关系数据、时序数据等的对象建模，构建业务逻辑与实体对象的关联关系，结合各种3D/2D/GIS/图表等的业务组件和各种标准资源库(模型库、图表库、控件库、场景控件库)，进行数据的组装和可视展示，打造统一的综合性数字孪生平台，满足各阶段中各类场景的业务应用。
[0074]
[0075] 具体的，模型构建标准主要对模型功能、模型描述、模型构建、模型组装、模型验证、模型运行、模型管理进行规范，相关标准及主要内容包括以下几个方面：
[0076] 模型功能与描述标准：规范几何、物理、行为、规则多维多时空尺度模型的功能与描述相关技术要求，包括几何功能、物理功能、行为功能、规则功能、维度功能、尺度功能、时空粒度功能、能力描述性能描述、建模语言、模型封装、模型输入输出描述等；
[0077] 模型构建与组装标准：规范几何、物理、行为、规则多维多时空尺度模型的构建与组装相关技术要求，包括考虑模型性能的建模规则、建模环境、建模过程、模型组装规则、模型组装接口、模型组装过程、模型扩展等；
[0078] 模型验证标准：规范几何、物理、行为、规则单个模型与组装模型的分层级验证相关技术要求，包括单个模型与组装模型的验证规则、验证环境、验证流程、功能验证、性能(包括粒度、质量、准确性、可用性、易用性等)验证、一致性验证、兼容性验证等；
[0079] 模型运行与管理标准：规范模型的运行与管理相关技术要求，包括模型运行环境、模型运行配置、模型运行实时监测、模型简化/轻量化原则、模型更新、模型优化、模型增删改查等。
[0080]
[0081] 实施例二
[0082] 本实施例为电力设备模型构建标准的具体实施方式
[0083] 模型构建标准主要对模型功能、模型描述、模型构建、模型组装、模型验证、模型运行、模型管理进行规范，相关标准及主要内容包括以下几个方面：
[0084] 模型功能与描述标准：规范几何、物理、行为、规则多维多时空尺度模型的功能与描述相关技术要求，包括几何功能、物理功能、行为功能、规则功能、维度功能、尺度功能、时空粒度功能、能力描述性能描述、建模语言、模型封装、模型输入输出描述等；
[0085] 模型构建与组装标准：规范几何、物理、行为、规则多维多时空尺度模型的构建与组装相关技术要求，包括考虑模型性能的建模规则、建模环境、建模过程、模型组装规则、模型组装接口、模型组装过程、模型扩展等；
[0086] 模型验证标准：规范几何、物理、行为、规则单个模型与组装模型的分层级验证相关技术要求，包括单个模型与组装模型的验证规则、验证环境、验证流程、功能验证、性能(包括粒度、质量、准确性、可用性、易用性等)验证、一致性验证、兼容性验证等；
[0087] 模型运行与管理标准：规范模型的运行与管理相关技术要求，包括模型运行环境、模型运行配置、模型运行实时监测、模型简化/轻量化原则、模型更新、模型优化、模型增删改查等。
[0088] 实施例三
[0089] 本实施例为电力设备模型构建中基础模型制作的具体实施方式
[0090] 系统主视觉会涉及的三维模型制作、轻量化及渲染。包含设备主体外观、设备链接部分及内部零件模型。
[0091] 场景分类场景模型要求：
[0092] 设备主体外观，完整还原设备形态、材质与设计特征，在实际设备效果的基础上，配以渲染、烘焙，进行效果提升。要求纹理和实际设备相同，一些小的几何结构允许采用贴图表现，贴图要求清晰美观，标准模型控制在2000面以内，标准模型建筑结构大于等于0.3米需要用模型表现出其结构，小于0.3米用贴图表现其结构。
[0093] 设备链接部分及内部零件模型，以视觉效果为优先，还原主要部件，能够通过该特征明显辨认，简化不可见的面片，用于说明设备形态。能快速查看各设备对应的管线与设备模型属性，同时其他系统以及设备自动透明虚化，保留核心设备与关键管线。可在设备库种查看设备模型状态情况，不同颜色区分不同的状态。当隐蔽设备种的管线或设备出现故障时，检修人员可以通过该功能快速定位故障点。
[0094] 设备模型上的每个表面都使用材质渲染。材质定义该表面的属性，例如它的颜色、光泽度、凹凸度。材质是将所有这些属性收集在一起的资产类型。默认情况下，它代表物理材质。用于创建许多不同类型的视觉效果的基本属性，从光滑的塑料到粗糙的木材或有划痕的金属。
[0095] 纹理：指定每像素漫反射材质颜色的漫反射贴图。如果没有设置漫反射贴图，则使用漫反射颜色。
[0096] 颜色：如果没有设置漫反射贴图，这是材质的漫反射颜色。如果设置了漫反射贴图并启用了色调，则此颜色会调制材质的漫反射贴图。
[0097] 高光贴图：指定每像素高光颜色的高光贴图。如果没有设置高光贴图，则使用高光颜色。
[0098] 颜色：如果没有设置高光贴图，这是材质的高光颜色。如果设置了高光贴图，则此颜色会混合材质的高光贴图。
[0099] 光泽贴图(Glossiness)指定每像素光泽度值的光泽度贴图。光泽映射由反光属性调制。
[0100] 粗糙度：确定表面平滑度的值。对于较小的光泽值，表面更粗糙，镜面高光将更广泛。对于较大的光泽度值，表面更光滑，并且会表现出更集中的镜面高光(因为表面经过抛光和光泽)。
[0101] 模型创建或导入后一般为白模或模型不符合想要的效果，那便需要用户根据实物给模型附上材质，材质设计分为两种方式：
[0102] 1>预制材质：资源库‑材质按照分类预制了丰富的材质，用户需在场景树中先选中模型节点，双击材质即可完成材质添加。设计器右侧该模型的材质属性会展示当前模型的材质信息。用户可以直接在属性中更改当前材质的属性。
[0103] 2>预制材质组：资源库‑材质组提供常用的材质组分类。当场景创建时会遇到模型量大，而材质设计却固定时，用户可以通过材质组方式意见完成材质添加。材质组的添加依据为模型名称，具体规则请看使用材质组模型名称说明。
[0104] 场景内容可查看该场景添加的所有材质。也可以在此为当前场景添加并设计新的材质。
[0105] 3>预置灯光点击设计器左边工具栏的灯光，会提供半球光、方向光、点光源以及聚光灯等预制灯光，用户点击添加后可以设置它的位置方向等属性完成灯光设计。
[0106] 场景灯光在资产库的灯光中提供了四种时辰光，双击即可完成当前场景的灯光添加。名称：灯光名称。启用：是否应用。基础颜色：灯光基础颜色。高光：灯光在光滑表面模型形成的镜像颜色。强度：灯光强度，数值越大灯光越强。旋转：根据X,Y,Z控制灯光方向。
[0107] 4>为了多视角，多方位全面展示三维场景，添加机位的功能，根据需求自由选择视角作为机位，不仅可以一键转换机位，也可加入到动画与场景交互中，呈现更详细与全面的三维场景。
[0108] 5>为了让场景更加生动，开发制作动画设计功能。通过给多个模型添加效果便可完成动画设计，已经完成的动画可以在场景交互中添加触发。
[0109] 需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0110] 最后应说明的是：以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
