具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

传统的继电保护设备检修一般按照固定的周期进行，无法有针对性的、准确的实现对继电保护设备的检修，而出现过检、漏检的状态。因此，需要提高继电保护设备状态监测的准确性。

在显示过程中，由于现有的监控地图以二维逻辑视图为主，存在遮挡、无法直观体现的问题，且检修过程中，需要对具体的设备进行定位，由于变电站设备密集、距离近，就设备外观来看，大部分设备外观接近甚至相同，存在由于定位偏差导致操作人员在执行检修时误操作的问题。

进一步，运行环境主要包括温度和湿度，温度过高或者过低，工作和环境过于潮湿均会对继电保护设备的运行造成严重损害，这会影响到监测继电保护设备状态的准确性。

为此，本发明提供了一种基于数字孪生的变电站继电保护设备状态监测方法，以解决上述问题，为了便于理解，请参阅图1，发明提供了一种基于数字孪生的变电站继电保护设备状态监测方法，包括以下步骤：

S1、基于变电站的三维点云地图利用数字孪生技术构建变电站的数字孪生场景地图，数字孪生场景地图包括变电站内的继电保护设备的仿真位置信息；

S2、获取变电站内的每个继电保护设备的运行环境数据，运行环境数据包括温度和湿度；

S3、将运行环境数据与预设安全环境阈值进行比较，从而判断运行环境数据是否正常，若不正常，则调用环境调控系统对相应的继电保护设备的运行环境进行调整，以使运行环境数据恢复正常；

S4、采集每个继电保护设备的影响因子参数，影响因子参数包括无故障时间参数、家族无故障时间参数、正确动作率参数、绝缘状况参数、数据采样参数、通讯参数、通道测试参数和差流参数；

S5、基于预设的状态评估规则对影响因子参数进行评估，根据评估结果判断继电保护设备的状态是否正常，若判断继电保护设备的状态不正常，则获取相应的继电保护设备在变电站中的实景位置信息；

S6、根据实景位置信息在数字孪生场景地图中匹配相应的仿真位置信息，根据匹配得到的仿真位置信息在数字孪生场景地图中进行标记，以确定故障状态下的继电保护设备的位置，实景位置信息和仿真位置信息呈映射关系。

本发明通过利用数字孪生技术构建变电站的数字孪生场景地图，能够在确定故障状态下的继电保护设备时，能够在数字孪生场景地图中直观地对相应的故障继电保护设备进行定位，避免了现有的二维逻辑视图存在遮挡、无法直观体现的问题，降低了定位偏差而导致操作人员在执行检修时的误操作的风险。同时，通过对继电保护设备的运行环境进行控制，以保证运行环境正常，降低了运行环境对继电保护设备的影响因子参数的不良影响，提高各影响因子的实际参考价值，从而提高了监测继电保护设备状态的准确性。

以下为本发明提供的一种基于数字孪生的变电站继电保护设备状态监测方法的实施例的具体描述。

S100、基于变电站的三维点云地图利用数字孪生技术构建变电站的数字孪生场景地图，数字孪生场景地图包括变电站内的继电保护设备的仿真位置信息；

需要说明的是，在步骤S100之前包括：

S01、基于搭载激光雷达的巡检机器人对变电站进行巡检，获得变电站的点云数据和每个继电保护设备在变电站中的点云数据；

S02、基于变电站的点云数据构建变电站的三维点云地图；

S03、基于每个继电保护设备在变电站中的点云数据在三维点云地图中进行匹配，以得到每个继电保护设备在三维点云地图的点云位置信息；

S04、获取变电站的全局实景图像，获得每个继电保护设备在全局实景图像中的实景位置信息；

需要说明的是，获取变电站的全局实景图像可以采用无人机进行采集图像，以获得整个变电站的布局以及每个继电保护设备在全局实景图像中的实景位置信息。

S05、将三维点云地图和全局实景图像进行比较，以得到每个继电保护设备的点云位置信息和实景位置信息之间的映射关系，向存在映射关系的点云位置信息和实景位置信息分配相同的ID。

可以说明的是，三维点云地图和全局实景图像均是基于同一变电站场景下获取，因此，将三维点云地图和全局实景图像进行正比例的比较，从而得到继电保护设备的点云位置信息和实景位置信息之间的映射关系，同时，向每对存在映射关系的点云位置信息和实景位置信息分配相同的ID，从而可以便于后续查找相应位置。同时，不同的继电保护设备是具有不同的ID的。

S200、获取变电站内的每个继电保护设备的运行环境数据，运行环境数据包括温度和湿度；

在本实施例中，步骤S200具体包括：获取变电站内的每个继电保护设备的内部温度、外部温度、内部湿度和外部湿度。

其中，内部温度和内部湿度为影响继电保护设备的影响因子参数的主要因素。

S300、将运行环境数据与预设安全环境阈值进行比较，从而判断运行环境数据是否正常，若不正常，则调用环境调控系统对相应的继电保护设备的运行环境进行调整，以使运行环境数据恢复正常；

步骤S3具体包括：

S301、若内部温度小于预设的最小安全温度时，判断外部温度是否为预设的最小安全温度以上或为预设第一温度阈值以上，预设第一温度阈值为内部温度与预设温差之和，若判断外部温度为预设的最小安全温度以上或为预设第一温度阈值以上时，则调用通风系统使内部温度与外部温度相等，当外部温度小于预设的最小安全温度时，则调用热源系统将内部温度加热至预设的安全温度范围；若外部温度不为预设的最小安全温度以上或为预设第一温度阈值以上时，则调用热源系统将内部温度加热至预设的安全温度范围内；

预设的安全温度范围为预设的最小安全温度和预设的最大安全温度之间的温度区间；

S302、若内部温度大于预设的最大安全温度时，则判定外部温度是否为预设的最大安全温度以下或为预设第二温度阈值以下，第二温度阈值为内部温度与预设温差之差，若判定外部温度为预设的最大安全温度以下或为预设第二温度阈值以下时，则调用通风系统使内部温度与外部温度相等，当外部温度大于预设的最大安全温度时，则调用热源系统将内部温度加热至预设的安全温度范围；若判定外部温度不为预设的最大安全温度以下或为预设第二温度阈值以下时，则调用冷源系统将内部温度降温至预设的安全温度范围内；

S303、若内部湿度大于预设的最大安全湿度时，判断外部湿度是否在预设的安全湿度范围，若外部湿度在预设的安全湿度范围内时，则判断外部湿度是否为预设的最大安全湿度以下或预设第一湿度阈值以下，预设第一湿度阈值为内部湿度与预设湿差之差，若外部湿度为预设的最大安全湿度以下或预设第一湿度阈值以下，则调用通风系统使内部湿度与外部湿度相等，当外部湿度大于预设的最大安全湿度，则调用干燥系统将内部湿度干燥至预设的安全湿度范围内；

预设的安全湿度范围为预设的最小安全湿度和预设的最大安全湿度之间的湿度区间；

S304、若内部湿度小于预设的最小安全湿度时，判断外部湿度是否在预设的安全湿度范围，若外部湿度是在预设的安全湿度范围，则判断外部湿度是否为预设的最小安全湿度以上或预设第二湿度阈值以上，预设第二湿度阈值为内部湿度与预设湿差之和，若外部湿度是为预设的最小安全湿度以上或预设第二湿度阈值以上，则调用通风系统使内部湿度与外部湿度相等，当外部湿度小于预设的最小安全湿度，则调用加湿系统将内部湿度加湿至预设的安全湿度范围内。

需要说明的是，步骤S301~S304之间是根据实际情况可调换顺序的。

在另一实施示例中，还设置继电保护设备的低温临界温度范围、高温临界温度范围和湿度临界范围，当温度或湿度位于低温临界温度范围、高温临界温度范围、湿度临界范围内并保持预设时间后，才执行步骤S301~S304。以配合安全范围，在保证降低运行环境影响的同时，对温湿度调节工序提供保护，提高设备整体的使用寿命。

S400、采集每个继电保护设备的影响因子参数，影响因子参数包括无故障时间参数、家族无故障时间参数、正确动作率参数、绝缘状况参数、数据采样参数、通讯参数、通道测试参数和差流参数；

需要说明的是，无故障时间参数包括继电保护设备的预计无故障时间和实际无故障时间；

家族无故障时间参数包括同型号的继电保护设备的无故障运行时间、同批次的继电保护设备的无故障运行时间；

正确动作率参数包括继电保护设备的正确动作率参数、同型号的继电保护设备的正确动作率参数、同批次的继电保护设备的正确动作率参数；

绝缘状况参数包括继电保护设备中的各插件的绝缘数据；

数据采样参数包括模拟量采样和开关量采样；

通讯参数包括通讯情况及其涉及的通讯参数；

通道测试参数包括高频通道测试参数和光纤通道测试数据；

差流参数包括主变差流参数、母线差流参数和光纤纵差差流参数。

S500、基于预设的状态评估规则对影响因子参数进行评估，根据评估结果判断继电保护设备的状态是否正常，若判断继电保护设备的状态不正常，则获取相应的继电保护设备在变电站中的实景位置信息；

可以理解的是，影响继电保护设备状态的因素有运行环境、无故障时间、家族性无故障时间、正确动作率、绝缘状况、数据采样、通讯情况、通道测试情况，而通过本实施例中的影响因子参数基于预定的评分方法与标准可以准确地评估出继电保护设备的状态是否正常，如果正常，则继续监测，如果不正常，则获取故障继电保护设备的实际位置。

S600、根据实景位置信息在数字孪生场景地图中匹配相应的仿真位置信息，根据匹配得到的仿真位置信息在数字孪生场景地图中进行标记，以确定故障状态下的继电保护设备的位置，实景位置信息和仿真位置信息呈映射关系。

可以理解的是，由于实景位置信息和仿真位置信息呈映射关系，当获取到继电保护设备在变电站中的实景位置信息后，根据其映射关系可以在在数字孪生场景地图中匹配相应的仿真位置信息，并在数字孪生场景地图中进行标记，以确定故障状态下的继电保护设备的位置，避免现有的二维逻辑视图存在遮挡、无法直观体现的问题，以及解决了定位偏差导致操作人员在执行检修时误操作的问题，提高了监测继电保护设备状态的准确性。

S700、根据故障状态下的继电保护设备的故障信息生成检修信息发送至变电站运维中心，故障信息包括继电保护设备的位置信息和影响因子参数的评估结果；

需要说明的是，当确定故障继电保护设备及其位置时，则根据其位置信息和影响因子参数的评估结果生成检修信息，通知相关运维人员进行及时维护。

S800、调用渲染接口在数字孪生场景地图中对故障状态下的继电保护设备进行颜色渲染。

需要说明的是，在一个具体实施例中，为了区分继电保护设备的不同状态，如正常、故障、停用和维护，通过渲染接口依据不同的颜色对继电保护设备的不同状态进行显示，处于同一种状态的继电保护设备用同一种颜色显示，而不同状态的继电保护设备用不同的颜色显示，以便于运维人员能够直观地查看。

以上为本发明提供的一种基于数字孪生的变电站继电保护设备状态监测方法的实施例的详细描述，以下为本发明提供的一种基于数字孪生的变电站继电保护设备状态监测系统的实施例的详细描述。

为了方便理解，请参阅图2，本发明提供的一种基于数字孪生的变电站继电保护设备状态监测系统，用于执行上述实施例的基于数字孪生的变电站继电保护设备状态监测方法，包括：数字孪生模块100、运行环境获取模块200、运行环境调整模块300、影响因子采集模块400、影响因子评估模块500和故障定位模块600；

数字孪生模块100，用于基于变电站的三维点云地图利用数字孪生技术构建变电站的数字孪生场景地图，数字孪生场景地图包括变电站内的继电保护设备的仿真位置信息；

运行环境获取模块200，用于获取变电站内的每个继电保护设备的运行环境数据，运行环境数据包括温度和湿度；

运行环境调整模块300，用于将运行环境数据与预设安全环境阈值进行比较，从而判断运行环境数据是否正常，还用于当判断运行环境数据不正常，则调用环境调控系统对相应的继电保护设备的运行环境进行调整，以使运行环境数据恢复正常；

影响因子采集模块400，用于采集每个继电保护设备的影响因子参数，影响因子参数包括无故障时间参数、家族无故障时间参数、正确动作率参数、绝缘状况参数、数据采样参数、通讯参数、通道测试参数和差流参数；

影响因子评估模块500，用于基于预设的状态评估规则对影响因子参数进行评估，还用于根据评估结果判断继电保护设备的状态是否正常，还用于若判断继电保护设备的状态不正常，则获取相应的继电保护设备在变电站中的实景位置信息；

故障定位模块600，用于根据实景位置信息在数字孪生场景地图中匹配相应的仿真位置信息，还用于根据匹配得到的仿真位置信息在数字孪生场景地图中进行标记，以确定故障状态下的继电保护设备的位置。

进一步地，请参阅图3，本系统还包括点云构建单元700；点云构建单元700包括巡检机器人701、点云地图构建模块702、点云匹配模块703、图像采集模块704和映射确定模块705；

巡检机器人701设有激光雷达，用于对变电站进行巡检，还用于获得变电站的点云数据和每个继电保护设备在变电站中的点云数据；

点云地图构建模块702用于基于变电站的点云数据构建变电站的三维点云地图；

点云匹配模块703用于基于每个继电保护设备在变电站中的点云数据在三维点云地图中进行匹配，以得到每个继电保护设备在三维点云地图的点云位置信息；

图像采集模块704用于获取变电站的全局实景图像，还用于获得每个继电保护设备在全局实景图像中的实景位置信息；

映射确定模块705用于将三维点云地图和全局实景图像进行比较，以得到每个继电保护设备的点云位置信息和实景位置信息之间的映射关系，还用于向存在映射关系的点云位置信息和实景位置信息分配相同的ID。

进一步地，运行环境获取模块具体用于获取变电站内的每个继电保护设备的内部温度、外部温度、内部湿度和外部湿度；

相应的，运行环境调整模块包括温度比较子模块、湿度比较子模块、通风子模块、热源子模块、冷源子模块、干燥子模块和加湿子模块；

温度比较子模块用于将内部温度分别与预设的最小安全温度和预设的最大安全温度进行温度数值比较；还用于将外部温度分别与预设的最小安全温度、预设的最大安全温度、预设第一温度阈值和预设第二温度阈值进行温度数值比较；还用于将内部温度和外部温度进行数值比较；预设第一温度阈值为内部温度与预设温差之和，第二温度阈值为内部温度与预设温差之差；

湿度比较子模块用于将内部湿度分别与预设的最小安全湿度和预设的最大安全湿度进行湿度数值比较；还用于将外部湿度分别与预设的最小安全湿度、预设的最大安全湿度、预设第一湿度阈值和预设第二湿度阈值进行湿度数值比较；还用于将内部湿度和外部湿度进行数值比较；预设第一湿度阈值为内部湿度与预设湿差之差，第二湿度阈值为内部湿度与预设湿差之和；

通风子模块用于将继电保护设备的内部和外部之间形成互通风，使内部温度与外部温度相等和/或内部湿度与外部湿度相等；

热源子模块用于对继电保护设备的内部进行加热，从而将内部温度加热至预设的安全温度范围内，预设的安全温度范围为预设的最小安全温度和预设的最大安全温度之间的温度区间；

冷源子模块用于对继电保护设备的内部进行降温，从而将内部温度降温至预设的安全温度范围内；

干燥子模块用于对继电保护设备的内部进行干燥，从而将内部湿度干燥至预设的安全湿度范围内，预设的安全湿度范围为预设的最小安全湿度和预设的最大安全湿度之间的湿度区间；

加湿子模块用于对继电保护设备的内部进行加湿，从而将内部湿度加湿至预设的安全湿度范围内。

需要说明的是，本实施例中的运行环境调整模块用于执行上述实施例中的步骤S301~S304，其工作过程一致，在此不再赘述。

请参阅图4~5，以下为本系统为实现温湿度调节工序的温湿度调节装置的具体实施示例。

在本实施示例中，在继电保护设备本体1的侧壁贯穿设有通风进口和通风出口，通风进口包括多个呈矩阵排列的前进风口10（前进风口10包括m排×n列，排沿水平方向设置，沿水平方向任意相邻两个前进风口10之间的距离相等），同时，继电保护设备本体1上设置温湿度调节装置，温湿度调节装置包括调节箱2、抽风箱3、第一伸缩电机4、导向罩5、干燥板7、第二伸缩电机8和风机30；

其中，调节箱2设于继电保护设备本体1内，调节箱2内设置热源、冷源、加湿器和控制器，控制器分别与热源、冷源和加湿器电连接，热源用于提供继电保护设备本体1内的热量，冷源用于对继电保护设备本体1内部进行降温，加湿器用于对继电保护设备本体1内部进行加湿，调节箱2顶端呈矩阵排列设置下调节孔20，下调节孔20包括k排×p列，排沿水平方向设置，且平行于前进风口10排的设置，沿下调节孔20排的方向任意相邻两个下调节孔20之间的具体相等，且等于沿水平方向任意相邻两个前进风口10之间的距离；

抽风箱3滑动设于调节箱2顶端，且抽风箱3靠近前进风口10的一侧，其与继电保护设备本体1设置的前进风口10的一侧间滑动连接，抽风箱3的底端与调节箱2的顶端间的距离、抽风箱3靠近前进风口10的一侧与继电保护设备设置前进风口10的一侧间的距离设置为不影响相对滑动的同时，使两者间的距离尽可能的小，具体可为0.2-0.3mm，抽风箱3远离前进风口10的一侧设置风机30，用于提供风向，其中，抽风箱3顶端呈矩阵排列设置与下调节孔20匹配的上调节孔31，抽风箱3靠近进风口的一侧贯穿具有与前进风口10匹配的后进风口，调节箱2位于抽风箱3滑动方向的两侧均贯穿具有多个通孔22；

第一伸缩电机4固接于对应的继电保护设备本体1的侧壁，且位于抽风箱3滑动方向的一侧，第一伸缩电机4的伸缩端固接于抽风箱3侧壁，以带动抽风箱3滑动至第一位置和第二位置，其中，当抽风箱3位于第一位置时，前进风口10与后进风口一一对应且贯通，以使抽风箱3与外界连通，上调节孔31在水平面的投影不与下调节孔20在水平面的投影相交，以使调节箱2与抽风箱3隔绝；当抽风箱3位于第二位置时，上调节孔31与下调节孔20一一对应连通，以使调节箱2与抽风箱3连通，而抽风箱3不通过后进风口与外界连通；

导向罩5设于抽风箱3远离其后进风口的一侧，且罩设于风机30周向，导向罩5沿远离抽风箱3方向口径缩小；

干燥板7包括固设于导向罩5开口端的壳体6，壳体6与导向罩5连通，连通处覆设过滤网，以对空气进行过滤，壳体6远离导向罩5的一端具有与继电保护设备连通的贯穿孔60，壳体6底端贯穿具有条状孔61，条状孔61内滑动设置有干燥板7，其中，干燥板7具体包括框体以及设于框体内的干燥材料，干燥材料可通过过滤网固定；

第二伸缩电机8用于带动干燥板7滑动，第二电机输出端伸长以带动干燥板7覆设于导向罩5开口端，具体的，干燥板7将壳体6分隔为两个空间，滤网与贯穿孔60分别位于两个空间内，第二电机输出端缩短使导向罩5开口端打开，此时通过滤网进入壳体6的空气不经过干燥板7直接通过贯穿孔60导出；具体的第二伸缩电机8通过设于抽风箱3的支撑板9固定。

可以理解的是，本实施例提供的温湿度调节装置可实现通风控温和内循环控温的一步替换，减少空间占用的同时，便于快速同步操作，提高温度的控制效果，通过导向罩配合干燥板7，在进风的同时选择性干燥，在湿度控制时，实现通风干燥和内循环干燥的一步替换。

进一步地，请参阅图6，本系统还包括：发送模块800和渲染模块900；

发送模块800用于根据故障状态下的继电保护设备的故障信息生成检修信息，还用于将检修信息发送至变电站运维中心，故障信息包括继电保护设备的位置信息和影响因子参数的评估结果；

渲染模块900用于调用渲染接口在数字孪生场景地图中对故障状态下的继电保护设备进行颜色渲染。

本实施例通过利用数字孪生技术构建变电站的数字孪生场景地图，能够在确定故障状态下的继电保护设备时，能够在数字孪生场景地图中直观地对相应的故障继电保护设备进行定位，避免了现有的二维逻辑视图存在遮挡、无法直观体现的问题，降低了定位偏差而导致操作人员在执行检修时的误操作的风险。同时，通过对继电保护设备的运行环境进行控制，以保证运行环境正常，降低了运行环境对继电保护设备的影响因子参数的不良影响，提高各影响因子的实际参考价值，从而提高了监测继电保护设备状态的准确性。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。