【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及断路器故障诊断，特别涉及一种基于数字孪生的断路器故障诊断方法及系统。
技术介绍
1、高压断路器作为电力系统中重要的高压设备，其运行和维护对于整个系统有着不可或缺的作用。若断路器发生机械故障，可能会引发不同类型的安全事故。例如断路器发生无法正常开关或关合故障时，可能会导致电流过大或过小；当断路器存在触头接触不良时，可能会导致触头过热甚至熔化；当断路器存在内部零件损坏时，可能会导致断路器性能下降或失败，进而引发设备故障或火灾。因此，对断路器工作过程中识别故障类型，针对性进行运维和检修可以减少进一步的危害。
2、现有技术中，针对断路器故障诊断的研究也比较多，其中支持向量机因具有较好的鲁棒性、较高的准确性及相对简单的计算特点，但是基于智能算法的支持向量机的算法比较复杂，步骤冗杂，花费时间久。也有利用深度学习模型对断路器进行故障诊断，但是算法存在收敛精度不高，收敛速度慢的缺点。使得存在故障诊断过程效率比较低的问题。
3、鉴于此，需要一种基于数字孪生的断路器故障诊断方法及系统。
技术实现思路
1、本申请实施例提供了一种基于数字孪生的断路器故障诊断方法及系统，用于解决的问题。
2、本申请实施例第一方面提供了一种基于数字孪生的断路器故障诊断方法，包括：
3、基于断路器的电气元件构建三维几何模型，所述电气元件包括发热功率大和影响开关柜整体温度场分布的元件；
4、根据所述三维几何模型设置初始条件和边界条件，并利用求解器进行计算，
5、对所述有限元样本参数进行降阶处理，得到降阶模型；
6、根据所述电气元件确定模型变量，并采用全析因实验设计方法对所述模型变量设置输入参数；
7、将所述输入参数输入至所述降阶模型，根据生成断路器的温度场分布情况对断路器进行故障诊断。
8、更进一步地，所述基于断路器的电气元件构建三维几何模型，包括：
9、设置断路器的电气元件的材料参数；
10、对所述电气元件的每个小的立方体单独进行网格划分，网格划分后构建三维几何模型。
11、更进一步地，所述三维几何模型的热传导方程表达式如下：
12、
13、式中：ρ为材料密度，c为x物体材料在t时刻的比热容，k为材料导热系数，q为物体内部的热源发热率，t为温度场的场变量。
14、更进一步地，根据所述三维几何模型设置初始条件和边界条件的表达式如下：
15、
16、式中：n为垂直边界的外法线单位向量，h为对流传热系数，text为外部温度。
17、更进一步地，所述对所述有限元样本参数进行降阶处理，包括：
18、根据所述有限元样本的位置关系和关联程度，对不同样本设置不同的权值；
19、根据设置权值后的样本设置区域范围，确定目标样本参数。
20、更进一步地，所述根据设置权值后的样本设置区域范围的表达式如下：
21、
22、式中：和σxi分别为中性点和随机变量x的标准差，h为常数，一般介于1-3，x为代码变量。
23、更进一步地，所述将所述输入参数输入至所述降阶模型，根据生成断路器的温度场分布情况对断路器进行故障诊断，包括：
24、将所述输入参数输入至所述降阶模型后利用rom控制方程对输出的温度场进行计算，生成断路器的温度场分布结果。
25、本申请实施例第二方面提供了一种基于数字孪生的断路器故障诊断系统，包括：
26、三维几何模型构建单元，用于基于断路器的电气元件构建三维几何模型，所述电气元件包括发热功率大和影响开关柜整体温度场分布的元件；
27、初始条件和边界条件设置单元，用于根据所述三维几何模型设置初始条件和边界条件，并利用求解器进行计算，得到有限元样本参数；
28、降阶处理单元，用于对所述有限元样本参数进行降阶处理，得到降阶模型；
29、模型变量确定单元，用于根据所述电气元件确定模型变量，并采用全析因实验设计方法对所述模型变量设置输入参数；
30、温度场分布生成单元，用于将所述输入参数输入至所述降阶模型，根据生成断路器的温度场分布情况对断路器进行故障诊断。
31、本申请实施例第三方面提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器并可在所述处理器上运行的计算机可读指令，所述处理器执行所述计算机可读指令时实现如上述任意一项所述基于数字孪生的断路器故障诊断方法的步骤。
32、本申请实施例第四方面提供了一种可读存储介质，所述可读存储介质存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令被处理器执行时实现如上述任意一项所述基于数字孪生的断路器故障诊断方法的步骤。
33、从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：
34、本申请首先基于影响开关柜整体温度场分布的元件和发热功率大的元件构建三维几何模型，在模型的基础上设置初始条件和边界条件，并利用求解器进行计算，得到有限元样本参数，然后对参数进行降阶处理，得到降阶模型，再根据电气元件确定输入参数，最后结合输入参数和降阶模型预测断路器温度场分布情况，以此对断路器进行故障诊断。通过对模型进行降阶处理可以减少模型计算的难度，在对样本参数进行实验设计处理基础上，使得样本误差比较小，有效提高故障诊断仿真的准确率。
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1.一种基于数字孪生的断路器故障诊断方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于数字孪生的断路器故障诊断方法，其特征在于，所述基于断路器的电气元件构建三维几何模型，包括：
3.根据权利要求2所述的基于数字孪生的断路器故障诊断方法，其特征在于，所述三维几何模型的热传导方程表达式如下：
4.根据权利要求3所述的基于数字孪生的断路器故障诊断方法，其特征在于，根据所述三维几何模型设置初始条件和边界条件的表达式如下：
5.根据权利要求1所述的基于数字孪生的断路器故障诊断方法，其特征在于，所述对所述有限元样本参数进行降阶处理，包括：
6.根据权利要求1所述的基于数字孪生的断路器故障诊断方法，其特征在于，所述根据设置权值后的样本设置区域范围的表达式如下：
7.根据权利要求1所述的基于数字孪生的断路器故障诊断方法，其特征在于，所述将所述输入参数输入至所述降阶模型，根据生成断路器的温度场分布情况对断路器进行故障诊断，包括：
8.一种基于数字孪生的断路器故障诊断系统，其特征在于，包括：
9.一种
10.一种可读存储介质，所述可读存储介质存储有计算机可读指令，其特征在于，所述计算机可读指令被处理器执行时实现如权利要求1至7任意一项所述基于数字孪生的断路器故障诊断方法的步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种基于数字孪生的断路器故障诊断方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于数字孪生的断路器故障诊断方法，其特征在于，所述基于断路器的电气元件构建三维几何模型，包括：
3.根据权利要求2所述的基于数字孪生的断路器故障诊断方法，其特征在于，所述三维几何模型的热传导方程表达式如下：
4.根据权利要求3所述的基于数字孪生的断路器故障诊断方法，其特征在于，根据所述三维几何模型设置初始条件和边界条件的表达式如下：
5.根据权利要求1所述的基于数字孪生的断路器故障诊断方法，其特征在于，所述对所述有限元样本参数进行降阶处理，包括：
6.根据权利要求1所述的基于数字孪生的断路器故障诊断方法，其特征在于，所述根据设置权值后的样本设置区...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈冲，罗传胜，周义雄，李宝锋，黄勉，徐兆丹，李路，夏小飞，苏毅，刘鹏飞，杨鹏程，周舟，覃智贤，何位经，张光资，桂路，姚峥，
申请(专利权)人：广西电网有限责任公司南宁供电局，
类型：发明
国别省市：
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