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变电站建模:热潮涌动,引领电力行业智能化转型

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变电站建模:热潮涌动,引领电力行业智能化转型

2024/11/29
在电力行业的数字化转型浪潮中,变电站建模作为一股不可忽视的力量,正在全球范围内掀起一股热潮。这一技术的兴起,不仅源于电力行业对高效、智能、安全运维的迫切需求,更是科技进步与产业升级的必然结果。
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变电站建模兴起的背景
随着全球能源结构的转型和智能电网的快速发展,变电站作为电力系统的核心枢纽,其设计、建设与运维的复杂性日益凸显。传统的二维设计模式和管理方式已难以满足现代变电站对精度、效率和智能化的需求。在这一背景下,变电站建模技术应运而生,成为电力行业创新发展的重要方向。
变电站建模的兴起,还得益于大数据、云计算、人工智能等先进技术的深度融合。这些技术为变电站建模提供了强大的数据支撑和算法支持,使得建模过程更加精准、高效,同时也为变电站的智能化运维提供了有力保障。
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政策背景
近年来,国家层面出台了一系列政策推动智能电网和数字化变电站的发展,为变电站建模的兴起提供了良好的政策环境。如“双碳”政策、智能电网建设政策以及能源数字化智能化发展政策等。
譬如,2023年3月,国家能源局发布了《国家能源局关于加快推进能源数字化智能化发展的若干意见》,为智能变电站和数字化变电站的发展提供了政策保障,推动了变电站建模技术的进一步普及和应用。
省市层面:我国主要省市也积极响应国家号召,出台了支持智能电网和数字化变电站发展的相关政策。这些政策不仅关注智能电网的建设和升级,还强调了数字化、智能化技术在电力行业的应用和推广。例如,“十四五”期间,我国主要省份提出了智能变电站行业的发展目标,政策内容主要涉及智慧电网、智慧园区、数字经济建设等方面,为变电站建模技术的兴起提供了有力的政策支撑。

变电站建模原理、方法和技术
变电站建模可以帮助工程师更好地了解变电站的结构、性能和运行情况,从而提高变电站的运行效率和安全性。通过建模,可以对变电站进行虚拟仿真,评估其性能,发现潜在问题,并进行相应的调整和优化。
1.变电站建模的原理
变电站建模的原理是将变电站分解成不同的子系统,然后通过建立模型描述这些子系统之间的相互作用关系。这些模型可以基于不同的方法和技术构建,包括物理模型、数学模型、统计模型等。
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二维原理设计产生的设备列表
2.变电站建模的方法
变电站建模的方法主要包括静态建模和动态建模两种:
1)静态建模:在变电站不运行的情况下,对其进行建模和仿真。这种方法主要用于评估变电站的结构设计和性能参数,以及进行故障模拟和诊断。
2)动态建模:在变电站运行时,对其进行建模和监控,以实时反馈变电站的运行情况。这种方法能够实时反映变电站的动态特性,如负荷变化、设备状态等,为运行管理提供实时数据支持。
3.变电站建模技术
随着科技的不断发展,变电站建模技术也在不断创新和完善。目前,变电站建模技术主要包括几何实体建模、参数化建模和地面激光扫描建模等:
1)几何实体建模:以工程竣工图设计图纸和设备照片为依据,按照1:1的比例构建变电站三维模型。这种建模方式需要利用商业化三维软件,如MicroStation、3DMax、AutoCAD和SolidWorks等。几何实体建模主要应用于设计交底、施工组织设计、现场施工进度模拟以及物资管理等方面。
MicroStation介绍 

MicroStation是一款集二维绘图,三维建模和工程可视化于一体的计算机辅助设计 (CAD) 软件,专为公用事业系统、公路和铁路、桥梁、建筑、通讯网络、给排水管网、流程处理工厂、采矿等所有类型的基础设施建筑、工程、施工和运营而设计。 
软件详情:MicroStation建模、文档制作与可视化软件 | 适用于基础设施设计
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2)参数化建模:通过一组几何约束和参数来约束图形的几何元素之间的关系和尺寸,实现对不同尺寸和拓扑关系的几何图形的自动生成。参数化建模具有运行速度快、模型包含结构化数据信息以及实物为参照等优势,在变电站设计领域得到了广泛应用。常用的变电站三维设计软件有Substation和STD(R)软件平台等。
Substation介绍
Substation 是一款用于变电站智能电气和物理设计的集成软件应用程序,使项目团队能够加快变电站设计速度,同时最大限度减少错误和返工。
Substation可以快速完成二维原理设计、三维布置设计,并可实现二三维数据的同步,具有接地、防雷系统的设计功能,可以自动生成材料表和计算书,可以从三维布置设计快速得到二维的平断面施工图纸。
软件详情:OpenUtilities Substation 变电站设计软件 | 智能化变电站电气设计系统
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3)地面激光扫描建模:利用激光扫描设备对变电站设备设施建构筑物进行激光扫描,再利用三维实景建模软件构建三维模型。这种建模方式能够实现对变电站现场的真实还原,适用于展示效果和细节要求更高的场合。地面激光扫描建模方式主要包括点云数据表面模型制作和几何模型制作两种方法。其中,几何模型制作是通过分割点云数据来提取实体的几何轮廓,进而进行模型重建,是变电站三维建模主要采用的方法。
天宝X9激光扫描仪 
Trimble X9 是一款面向测量、建筑和工程专业人士的新型多功能现实捕捉高速三维激光扫描系统。它基于Trimble成熟的激光扫描技术,拥有 Trimble X-Drive 等创新技术进行自动校准、测量级自动调平和用于地理配准的激光指示器,旨在提高性能以适应更多严苛的工作环境。
扫描仪详情:新品发布 | Trimble X9 三维激光扫描系统

变电站建模的应用
变电站建模在电力行业具有广泛的应用前景。在设计阶段,建模技术可以帮助工程师更好地了解变电站的结构和性能,优化设计方案,提高建设效率和质量。在运行管理阶段,建模技术可以实现对变电站的实时监控和数据分析,及时发现和处理运行中的问题,提高运行效率和安全性。此外,建模技术还可以用于故障诊断、培训与教育等多个方面。
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具体来说,变电站建模可以应用于以下方面:
1.三维设计与规划:通过三维建模技术,可以对变电站进行精确的三维设计和规划,包括布局、设备配置、电气连接等各个方面。
2.实时监控与预警:构建数字孪生变电站,实现对实体变电站的实时监控和预警,包括设备状态监测、关键状态量监测等。3.三维可视化运维:利用三维模型直观生动地表达站内设备设施的三维空间位置和设备内部结构,为运维人员提供直观的视觉参考。
4.资产管理:通过三维模型更方便地对变电站的资产进行统计和管理,提高资产管理的效率和准确性。
5.改建与改造:在变电站改建和改造过程中,三维模型可以作为设计依据,帮助规划人员更准确地了解现有设施情况。
6.培训与教学:利用虚拟现实(VR)技术创建逼真的变电站环境,让学员在虚拟环境中进行学习和实践。
因此,变电站建模技术的兴起,不仅为电力行业带来了前所未有的发展机遇,也为变电站的智能化运维提供了有力保障。随着技术的不断进步和应用场景的不断拓展,变电站建模将在未来发挥更加重要的作用,为电力行业的可持续发展贡献力量。
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