本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)改造，具體為一種改造用過(guò)渡艙快速適配的設(shè)備布局方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和二次設(shè)備的快速更新迭代，一些老舊變電站仍在使用早期型號(hào)的二次設(shè)備。這些設(shè)備在廠家停產(chǎn)或升級(jí)后往往面臨無(wú)備品備件可用的尷尬境地。一旦設(shè)備發(fā)生故障，由于缺乏備件支持，維修難度將大大增加，甚至可能導(dǎo)致設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間停運(yùn)。這不僅影響了電網(wǎng)的正常運(yùn)行和供電可靠性，還損害了電網(wǎng)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)形象。據(jù)統(tǒng)計(jì)，因設(shè)備故障導(dǎo)致的停電事件每年可造成數(shù)百萬(wàn)元至數(shù)千萬(wàn)元的經(jīng)濟(jì)損失。

2、因此，在變電站綜合自動(dòng)化改造過(guò)程中，必須充分考慮設(shè)備更新迭代后的備品備件問題。通過(guò)采用過(guò)渡艙、預(yù)制倉(cāng)等創(chuàng)新技術(shù)方案，可以在不干擾電網(wǎng)正常運(yùn)行的前提下，為超期運(yùn)行的二次設(shè)備提供替換和升級(jí)的空間。同時(shí)，還應(yīng)加強(qiáng)與設(shè)備廠家的溝通與合作，確保改造后的設(shè)備能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，并備有充足的備品備件以應(yīng)對(duì)未來(lái)可能出現(xiàn)的各種故障和挑戰(zhàn)?，F(xiàn)有變電站改造技術(shù)通常采用人工經(jīng)驗(yàn)與靜態(tài)規(guī)劃結(jié)合的方式，存在一定局限性。首先，設(shè)備布局缺乏動(dòng)態(tài)優(yōu)化能力，往往需要反復(fù)調(diào)試，導(dǎo)致施工周期長(zhǎng)、成本高。其次，對(duì)于過(guò)渡艙這種模塊化臨時(shí)結(jié)構(gòu)，現(xiàn)有技術(shù)難以適應(yīng)不同場(chǎng)景下的需求變化，無(wú)法實(shí)現(xiàn)高效的模塊劃分與自適應(yīng)調(diào)整。此外，傳統(tǒng)方法在布線規(guī)劃和資源調(diào)度方面存在優(yōu)化不足，電纜敷設(shè)冗余較多且難以有效避免電磁干擾。這些不足導(dǎo)致改造過(guò)程中系統(tǒng)運(yùn)行可靠性下降，施工效率難以提高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于上述存在的問題，提出了本發(fā)明。

2、因此，本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：現(xiàn)有的技術(shù)導(dǎo)致改造過(guò)程中系統(tǒng)運(yùn)行可靠性下降，施工效率難以提高的問題。

3、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種改造用過(guò)渡艙快速適配的設(shè)備布局方法，包括：

4、收集設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)并進(jìn)行預(yù)處理；

5、根據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行需求分析，構(gòu)建基于數(shù)字孿生的過(guò)渡艙仿真模型；

6、根據(jù)仿真模型進(jìn)行模塊化定制，配置自學(xué)習(xí)模塊；

7、進(jìn)行智能任務(wù)調(diào)度快速適配設(shè)備布局。

8、作為本發(fā)明所述的改造用過(guò)渡艙快速適配的設(shè)備布局方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述收集設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)并進(jìn)行預(yù)處理包括，利用物聯(lián)網(wǎng)傳感器和數(shù)據(jù)采集終端實(shí)時(shí)采集設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)化數(shù)據(jù)清洗和去噪，結(jié)合自編碼器篩選數(shù)據(jù)異常值；

9、使用物聯(lián)網(wǎng)傳感器采集設(shè)備數(shù)據(jù)集公式表示為：

10、d＝{x1，x2，...，xn}

11、其中，xi表示第i個(gè)采樣點(diǎn)，編碼函數(shù)：

12、f(x)＝σ(wx+b)

13、解碼函數(shù)：

14、g(h)＝σ(w′h+b′)

15、其中，表示輸入數(shù)據(jù)，表示編碼權(quán)重矩陣，表示偏置向量，σ(·)表示激活函數(shù)，表示編碼后的隱變量，解碼權(quán)重矩陣，表示解碼偏置向量；

16、對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)xi，重構(gòu)結(jié)果為g(f(xi))數(shù)據(jù)去噪采用自編碼器；定義自編碼器的編碼函數(shù)f(x)＝σ(wx+b)和解碼函數(shù)g(h)＝σ(w′h+b′)，通過(guò)最小化重構(gòu)誤差：

17、

18、使用分布式數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)預(yù)處理后的設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)。

19、作為本發(fā)明所述的改造用過(guò)渡艙快速適配的設(shè)備布局方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述根據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行需求分析包括，使用k-means聚類算法將設(shè)備分為保護(hù)裝置、測(cè)控裝置、通訊設(shè)備類型；

20、利用apriori算法挖掘關(guān)聯(lián)規(guī)則，得到設(shè)備間的布線依賴關(guān)系；

21、確定頻繁項(xiàng)集，將設(shè)備集合拆分為不同的組合，找出在布線事務(wù)數(shù)據(jù)中頻繁出現(xiàn)的設(shè)備組合；這些組合反映了設(shè)備之間穩(wěn)定且重復(fù)的連接關(guān)系；頻繁項(xiàng)集是指在布線數(shù)據(jù)中出現(xiàn)次數(shù)達(dá)到一定閾值的設(shè)備組合；

22、基于頻繁項(xiàng)集，生成設(shè)備之間的依賴規(guī)則，若保護(hù)裝置和測(cè)控裝置頻繁出現(xiàn)在同一個(gè)布線事務(wù)中，則形成規(guī)則保護(hù)裝置應(yīng)與測(cè)控裝置直接連接；

23、每條規(guī)則由前件和后件組成，前件是依賴設(shè)備，后件是被依賴設(shè)備，"保護(hù)裝置→測(cè)控裝置"表示保護(hù)裝置與測(cè)控裝置之間存在布線依賴；

24、根據(jù)規(guī)則的重要性指標(biāo)，篩選出最重要的布線規(guī)則，過(guò)濾掉弱相關(guān)的連接，僅保留對(duì)布局設(shè)計(jì)有價(jià)值的依賴關(guān)系；若保護(hù)裝置與測(cè)控裝置的連接在數(shù)據(jù)中出現(xiàn)的次數(shù)明顯多于其他連接關(guān)系，則優(yōu)先將這條規(guī)則納入布局約束；

25、根據(jù)通訊協(xié)議和物理接口的兼容性，形成布局約束條件，約束條件將在后續(xù)的布局優(yōu)化中作為輸入，用于指導(dǎo)設(shè)備的位置和連接路徑的安排。

26、作為本發(fā)明所述的改造用過(guò)渡艙快速適配的設(shè)備布局方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述構(gòu)建基于數(shù)字孿生的過(guò)渡艙仿真模型包括，設(shè)計(jì)數(shù)字孿生模型框架，包括物理層、數(shù)據(jù)層、虛擬模型層、交互層；

27、物理層包括真實(shí)設(shè)備和空間環(huán)境；數(shù)據(jù)層，從傳感器和歷史記錄中獲取的實(shí)時(shí)和歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)；虛擬模型層建立過(guò)渡艙的3d模型和進(jìn)行設(shè)備布局仿真；交互層采用實(shí)時(shí)監(jiān)控和反饋機(jī)制，支持優(yōu)化決策。

28、作為本發(fā)明所述的改造用過(guò)渡艙快速適配的設(shè)備布局方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述根據(jù)仿真模型進(jìn)行模塊化定制包括，根據(jù)功能劃分模塊，進(jìn)行模塊布局優(yōu)化并進(jìn)行模塊化配置；

29、布線優(yōu)化公式，最小化布線長(zhǎng)度：

30、

31、其中，wij表示設(shè)備i和設(shè)備j間的連接權(quán)重，dij表示物理距離；

32、所述根據(jù)功能劃分模塊包括，劃分為遠(yuǎn)動(dòng)區(qū)模塊、保護(hù)區(qū)模塊、測(cè)控區(qū)模塊、端子連接區(qū)模塊；模塊劃分目標(biāo)函數(shù)公式表示為：

33、

34、其中，dij表示設(shè)備i和設(shè)備j間的物理距離，mi表示第i個(gè)模塊的設(shè)備集合；其中，遠(yuǎn)動(dòng)區(qū)模塊布置通訊設(shè)備、保護(hù)區(qū)模塊步驟主變保護(hù)設(shè)備、測(cè)控去模塊布置線路測(cè)控設(shè)備，端子連接區(qū)模塊用于設(shè)備間進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)化。

35、作為本發(fā)明所述的改造用過(guò)渡艙快速適配的設(shè)備布局方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述配置自學(xué)習(xí)模塊包括，使用強(qiáng)化學(xué)習(xí)，在仿真環(huán)境中模擬模塊放置順序，以最優(yōu)路徑完成布局；

36、提供人機(jī)交互界面，工程師可實(shí)時(shí)查看優(yōu)化方案并調(diào)整模塊配置；通過(guò)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)可視化布局，進(jìn)行場(chǎng)景預(yù)演。

37、作為本發(fā)明所述的改造用過(guò)渡艙快速適配的設(shè)備布局方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述進(jìn)行智能任務(wù)調(diào)度快速適配設(shè)備布局包括，根據(jù)需求矩陣生成任務(wù)優(yōu)先級(jí)隊(duì)列，需求矩陣定義，定義需求矩陣其中，m表示任務(wù)數(shù)量，n表示設(shè)備數(shù)量，tij表示設(shè)備j執(zhí)行任務(wù)i的需求優(yōu)先級(jí)值；任務(wù)優(yōu)先級(jí)計(jì)算，使用以下權(quán)重計(jì)算任務(wù)優(yōu)先級(jí)pi：

38、

39、其中，wj表示設(shè)備j的權(quán)重，反映設(shè)備的重要性；對(duì)所有任務(wù)按照優(yōu)先級(jí)值pi降序排列，生成任務(wù)優(yōu)先級(jí)隊(duì)列q＝{q1，q2，...，qm}；

40、任務(wù)分類，將任務(wù)分為兩類，布局任務(wù)安裝設(shè)備并連接至網(wǎng)絡(luò)，調(diào)試任務(wù)驗(yàn)證設(shè)備性能、運(yùn)行狀況；優(yōu)先安排關(guān)鍵設(shè)備的布局與調(diào)試，將安裝和調(diào)試任務(wù)并行化處理，減少施工時(shí)間；

41、通過(guò)優(yōu)先級(jí)隊(duì)列q，依次分配任務(wù)，優(yōu)先分配布局任務(wù)，確保關(guān)鍵設(shè)備優(yōu)先安裝；布局任務(wù)完成后，立即安排調(diào)試任務(wù)；

42、使用調(diào)度算法生成并行任務(wù)計(jì)劃表，定義ai表示安裝任務(wù)，di表示調(diào)試任務(wù)，在時(shí)間tk上執(zhí)行的任務(wù)組合公式表示為：

43、

44、目標(biāo)優(yōu)化，目標(biāo)是最小化總?cè)蝿?wù)完成時(shí)間ttotal：

45、

46、其中，是第i個(gè)任務(wù)的完成時(shí)間；

47、使用蟻群優(yōu)化算法規(guī)劃布線路徑，定義設(shè)備連接路徑為圖g＝(v，e)，其中，v表示設(shè)備節(jié)點(diǎn)集合，e表示連接電纜的邊集合，dij表示從設(shè)備i到設(shè)備j的電纜長(zhǎng)度；

48、路徑優(yōu)化目標(biāo)，尋找最短路徑l：

49、

50、其中，p表示螞蟻的完整路徑；使用蟻群優(yōu)化算法規(guī)劃布線路徑，尋找電纜長(zhǎng)度最短的連接路徑，優(yōu)化電纜分布以減少電磁干擾。

51、作為本發(fā)明所述的改造用過(guò)渡艙快速適配的設(shè)備布局系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，其中：包括數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理模塊，實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和預(yù)處理；自動(dòng)清洗和去噪，利用自編碼器篩選數(shù)據(jù)異常值，并將預(yù)處理后的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到分布式數(shù)據(jù)庫(kù)中；

52、數(shù)字孿生仿真模塊，基于采集的設(shè)備數(shù)據(jù)，構(gòu)建過(guò)渡艙的數(shù)字孿生仿真模型；按功能劃分設(shè)備模塊，并進(jìn)行模塊化配置和布局優(yōu)化；物理層，真實(shí)設(shè)備環(huán)境；數(shù)據(jù)層，實(shí)時(shí)和歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)；虛擬模型層，三維仿真模型；交互層，實(shí)時(shí)監(jiān)控與反饋支持；

53、自學(xué)習(xí)模塊，使用強(qiáng)化學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)模塊布局優(yōu)化，提供人機(jī)交互界面，實(shí)時(shí)展示優(yōu)化方案，并支持工程師調(diào)整；

54、智能任務(wù)調(diào)度模塊，根據(jù)需求生成任務(wù)優(yōu)先級(jí)隊(duì)列，調(diào)度布局和調(diào)試任務(wù)；使用蟻群優(yōu)化算法優(yōu)化布線路徑，尋找最短電纜路徑，減少電磁干擾。

55、一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括存儲(chǔ)器和處理器，所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序是實(shí)現(xiàn)改造用過(guò)渡艙快速適配的設(shè)備布局方法的步驟。

56、一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)改造用過(guò)渡艙快速適配的設(shè)備布局方法的步驟。

57、本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明提供的改造用過(guò)渡艙快速適配的設(shè)備布局方法本發(fā)明利用物聯(lián)網(wǎng)和數(shù)字孿生技術(shù)融合傳統(tǒng)的設(shè)備改造方法，通過(guò)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的分析和優(yōu)化，顯著提升了布局規(guī)劃的科學(xué)性和效率。本發(fā)明采用的數(shù)字孿生仿真模型，以及基于多元啟發(fā)式算法的優(yōu)化方法，不僅有效解決了現(xiàn)有過(guò)渡艙技術(shù)中布局優(yōu)化與調(diào)度不夠智能的問題，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了模塊化配置的自學(xué)習(xí)能力。