基于数字孪生的储能系统模型交互系统的制作方法

1.本技术涉及储能设备技术领域，特别是涉及一种基于数字孪生的储能系统模型交互系统。


背景技术：

2.数字孪生就是在一个设备或系统的基础上，创造一个数字版的
″
克隆体
″
。这个
″
克隆体
″
，也被称为
″
数字孪生体
″
，象征着在虚拟世界复现实物资产，将物理转为数字并且模拟其动态。数字孪生的最重要特点是可以模拟数字环境中的
″
物理
″
行为，模拟的目标是模仿物理世界，以便引入更改、评估性能或预测涉及此物理系统的场景。数字孪生技术打通了物理世界与数字世界的隔阂，实现了物理信息系统中的虚实融合。
3.目前数字孪生应用的范围主要集中在城市数字孪生、如交通、车辆、天气、建筑等较为宏大的场景(即地形级、城市级)，并且应用场景主要集中在监控即物理对象数据采集上行，并且集中在一个维度上进行数字化复现，不涉及从父集合进入到子集合的数字化复现，也不涉及数据下行控制指令。
4.储能技术作为打破能源时空限制，可以实现跨时段、跨季节的发电用电平衡，是支持绿色能源规模化发展的关键。因此，风电、光伏等绿色可再生能源都需要匹配一定比例的储能系统。在储能系统中，电化学储能(锂离子电池、铅酸电池、钠离子电池等)因为能够不受外部气候和地理因素影响，是最有发展价值的储能技术们能够灵活应用到各种需求配置，目前在储能系统中占比极高。因此，针对储能系统的数据监控或可视化呈现尤其重要。但是，目前储能系统的运维监测主要集中在了解电池的实际运作情况，通常是以图表、数据进行排列展示，展示不够直观且非常复杂、繁琐，例如单体电池的定位、电池数据的显示等，即便供专业人员查看也需要一定的技术门槛。同时，储能系统不只有电池，还有例如外部覆盖件等其它部件，这些部件都缺乏信息管理。如申请号为
″
cn202210435300.7
″
的申请名称为《一种模组数字孪生模型建立方法、系统、终端和介质》专利等文献的记载，传统的手段均只关注电池层级的数字孪生构建。
5.综上，可见传统的储能系统的数字孪生体构建还存在以上不足。


技术实现要素：

6.基于此，有必要针对传统的光伏储能系统在充放电管理中还存在的不足，提供一种光伏储能系统的电价配置管理方法及装置。
7.一种基于数字孪生的储能系统模型交互系统，包括：
8.信息采集分析单元，被配置为采集储能系统的设备信息，并将设备信息转换为特征信息；其中，设备信息包括储能系统各部件的外观信息；
9.数字孪生系统，被配置为根据特征信息构建数字孪生体；
10.数据交互单元，被配置为实现数字孪生体与外部数据体的数据交互；其中，外部数据体包括储能设备以及储能设备相关的物联网设备
11.上述的基于数字孪生的储能系统模型交互系统，包括信息采集分析单元、数字孪生系统和数据交互单元。信息采集分析单元被配置为采集储能系统的设备信息，并将设备信息转换为特征信息。数字孪生系统被配置为根据特征信息构建数字孪生体。数据交互单元被配置为实现数字孪生体与外部数据体的数据交互。其中，外部数据体包括储能设备以及储能设备相关的物联网设备。基于此，构建的数字孪生体除展示储能系统整体外，还可精细展示各部件。同时，为数字孪生体与外部数据体建立数据交互，提高储能系统的数字孪生体的展示水平和颗粒度。
12.在其中一个实施例中，信息采集分析单元包括：
13.信息采集设备，被配置为采集储能系统的设备信息；
14.信息分析单元，被配置为将设备信息转换为特征信息。
15.在其中一个实施例中，信息采集设备包括外观扫描设备、温度传感器、光照传感器和/或湿度传感器。
16.在其中一个实施例中，数字孪生系统包括：
17.数字孪生模型存储单元，连接信息采集分析单元，用于存储与数字孪生体相关的模型数据；
18.数字孪生交互体单元，连接数字孪生模型存储单元，用于承载数字孪生体；
19.数字孪生运算单元，分别连接数字孪生交互体单元和数据交互单元，用于根据数据交互调整数字孪生体；
20.数字孪生数据存储单元，连接数字孪生运算单元，用于存储与数据交互相关的数据。
21.在其中一个实施例中，数字孪生体包括储能系统的部件的渲染体以及虚拟按钮；其中，虚拟按钮用于对渲染体执行调控操作。
22.在其中一个实施例中，数字孪生体的数据交互调整优先于调控操作。
23.在其中一个实施例中，数字孪生数据存储单元以分布式非结构化存储方式存储数据交互单元的数据，以结构化存储方式存储数字孪生运算单元的数据。
24.在其中一个实施例中，数字孪生模型存储单元以结构化存储方式存储信息采集分析单元的数据。
25.在其中一个实施例中，还包括：
26.模型数据库，连接信息采集分析单元。
27.在其中一个实施例中，还包括：
28.通信模块，被配置为实现数字孪生体与外部数据体的通信，以实现数据交互。
附图说明
29.图1为一实施方式的基于数字孪生的储能系统模型交互系统模块结构图；
30.图2为另一实施方式的基于数字孪生的储能系统模型交互系统模块结构图；
31.图3为又一实施方式的基于数字孪生的储能系统模型交互系统模块结构图；
32.图4为数据存储结构示意图；
33.图5为一实施方式的基于数字孪生的储能系统模型交互系统的工作流程图。
具体实施方式
34.为了使得本公开的实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开的实施例的附图，对本公开的实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
35.除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的
″
第一
″
、
″
第二
″
以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。
″
包括
″
或者
″
包含
″
等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。
″
连接
″
或者
″
相连
″
等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。
″
上
″
、
″
下
″
、
″
左
″
、
″
右
″
等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
36.为了保持本公开的实施例的以下说明清楚且简明，本公开省略了部分已知功能和已知部件的详细说明。
37.本公开实施例提供了一种基于数字孪生的储能系统模型交互系统。
38.图1为一实施方式的基于数字孪生的储能系统模型交互系统模块结构图，如图1所示，一实施方式的基于数字孪生的储能系统模型交互系统包括：
39.信息采集分析单元100，被配置为采集储能系统的设备信息，并将设备信息转换为特征信息；其中，设备信息包括储能系统各部件的外观信息；
40.数字孪生系统101，被配置为根据特征信息构建数字孪生体；
41.数据交互单元102，被配置为实现数字孪生体与外部数据体的数据交互；其中，外部数据体包括储能设备以及储能设备相关的物联网设备。
42.其中，储能系统包括光伏储能设备或移动储能设备等。目前储能系统普遍通过远程通信，基于物联网设备、云端实现物联网分布式部署。储能系统可分解为多个部件，核心部件即电池组/电池包/电芯模组等，以核心部件为中心，其余部件包括电路控制组件、保护组件、固定组件、交互组件或外观组件等。
43.设备信息包括外观信息、光照信息、温度信息或湿度信息等。其中，设备信息以外观信息为主，光照信息、温度信息或湿度信息用于辅助数字孪生体的构建。
44.信息采集分析单元100采集储能系统的外观信息，包括系统整体的外观信息以及各部件的外观信息。将外观信息转换为数字化的特征信息。特征信息为数字化结果。
45.在其中一个实施例中，图2为另一实施方式的基于数字孪生的储能系统模型交互系统模块结构图，如图2所示，信息采集分析单元100包括：
46.信息采集设备200，被配置为采集储能系统的设备信息；
47.信息分析单元201，被配置为将设备信息转换为特征信息。
48.信息采集设备200对储能系统进行扫描，采集储能系统的设备信息。在其中一个实施例中，信息采集设备200包括外观扫描设备、温度传感器、光照传感器和/或湿度传感器。其中，外观扫描设备包括扫描器、摄像设备等。其中，扫描器包括超声波扫描器或红外扫描
器。优选采用超声波扫描器进行外观扫描设备的搭建。同时，除外观扫描设备外的其它信息采集设备200对应获取相关的传感信息，作为设备信息。其中，外观信息用于数字孪生体的三维外观建模模型搭建，除外观信息外的其它设备信息用于数字孪生体的数据交互基础搭建，例如虚拟按钮、展示界面的搭建。
49.信息分析单元201采用具备数字处理能力的处理设备。在其中一个实施例中，信息分析单元201采用设备信息控制电脑，对存储的设备信息进行转换处理。
50.其中，信息分析单元201的核心是处理外观信息——对外观信息进行分析处理，将外观信息对应的储能设备分解为各部件(零部件级别)，筛选部件数据生成各项特征信息。作为一个较优的实施方式，信息分析单元201运行预先训练的卷积神经网络模型，将外观信息作为卷积神经网络模型的输入，输出对应的特征信息。该特征信息对应相应的数字孪生体外观建模模型。
51.在其中一个实施例中，信息采集设备200对储能设备的外观信息采集实现过程如下：连接控制计算机通过现场拍照、深感摄像头、红外线扫描仪等扫描将包括颜色、纹理、材质、长度、宽度、厚度、直径、孔径等外观信息。
52.在其中一个实施例中，信息分析单元201的实现过程如下：对外观信息进行分析，包括将整体储能设备分解到部件，将部件分解到零件，从零件分解到元件，并且记录其组成关系；并且筛选过滤各个品类的关键外观信息，根据数字孪生体的风格可以滤去如材质、纹理、破损这些外观信息，得出各个品类的各项最终的特征信息，包括颜色、长度、宽度、厚度、直径、孔径。
53.在其中一个实施例中，如图2所示，另一实施方式的基于数字孪生的储能系统模型交互系统还包括：
54.模型数据库202，连接信息采集分析单元。
55.其中，模型数据库202存储有与特征信息数据格式相同的模型信息，该模型信息对应数字孪生体的外观建模模型。其中，信息分析单元201可根据采集的设备信息，从模型数据库中进行相应的模型信息调取，作为特征信息输出至数字孪生系统101。
56.在其中一个实施例中，模型数据库包括cad、maya、3dmax、unity3d等模型数据库。信息采集分析单元100从模型数据库中分析导入。
57.在其中一个实施例中，信息分析单元201处理的特征信息还包括各部件的外观建模模型与储能系统的装配关系、交互关系的数字形式记录，便于后续构建的数字孪生体的模型复现。
58.基于此，数字孪生系统101根据特征信息进行模型渲染，生成数字孪生体。同时，根据特征信息搭建数字孪生体的模型交互和展示。
59.在其中一个实施例中，模型数据库中预先存储有：各部件的各项特征信息，该特性信息用于以json格式建立模型，存储在mysql数据库中，用于下一步在3d引擎three.js中加载使用。通过3d引擎three.js加载json格式的数字孪生体模型，在显示平台如浏览器中进行显示和验证。
60.在其中一个实施例中，图3为又一实施方式的基于数字孪生的储能系统模型交互系统模块结构图，如图3所示，数字孪生系统101包括：
61.数字孪生模型存储单元300，连接信息采集分析单元100，用于存储与数字孪生体
相关的模型数据；
62.数字孪生交互体单元301，连接数字孪生模型存储单元300，用于承载数字孪生体；
63.数字孪生运算单元302，分别连接数字孪生交互体单元301和数据交互单元102，用于根据数据交互调整数字孪生体；
64.数字孪生数据存储单元303，连接数字孪生运算单元302，用于存储与数据交互相关的数据。
65.其中，模型数据包括上述的特征信息、模型数据库存储的数据等与数字孪生体三维外观建模模型相关的数据。模型数据被调取，经数字孪生运算单元302数据加工后进行模型渲染，输出在数字孪生交互体单元301中实现数字孪生体。
66.在其中一个实施例中，数字孪生运算单元302通过渲染器渲染储能设备的每个部件，并拼合各部件，模拟出整个储能设备的渲染体。
67.在其中一个实施例中，数字孪生交互体单元301通过渲染器，根据储能设备与部件、第三方设备的交互操作或可选操作，渲染出相应的虚拟按钮。其中，虚拟按钮用于对渲染体执行调控操作。例如，通过虚拟按钮对储能设备进行开关机操作，改变储能设备与部件的组装关系或工作关系。
68.其中，数字孪生运算单元302可根据数据交互单元102与外部数据体的通信，以实现数据交互，数据交互用于调整数字孪生体。在其中一个实施例中，数字孪生体根据数据交互执行相应的响应。
69.作为一个较优的实施方式，数字孪生体的数据交互调整优先于调控操作。数据交互与虚拟按钮均可调整数字孪生体，运用设计交互优先原则，数字孪生体的数据交互先响应后再执行虚拟按钮的调控操作，最大化保证数字孪生体的操作体验，同时避免多次重复操作。
70.其中，数据交互单元102还用于通过数据交互，实现对储能设备或相关的物联网设备的控制，以此将数字孪生体的虚拟操作映射到实际的物理环境中。例如，在数字孪生体中通过虚拟按钮实现储能设备的开机操作，可通过数据交互操作实际的储能设备或对应的物联网设备。
71.在其中一个实施例中，图4为数据存储结构示意图，如图4所示，数字孪生数据存储单元303以分布式非结构化存储方式存储数据交互单元102的数据，以结构化存储方式存储数字孪生运算单元302的数据。数字孪生模型存储单元300以结构化存储方式存储信息采集分析单元100的数据。采用分布式非结构化的存储方式，可应对数字孪生运算单元302中海量数据的存储，例如物联网设备数据。采用结构化存储方式存储信息采集分析单元100的数据，便于对该数据进行各种增删改查。
72.其中，数字孪生体被用户操作后生成的数据记录，存储在数字孪生数据存储单元303中，由数字孪生运算单元302进行计算与处理。数字孪生运算单元302的计算和处理结果，由数字孪生数据存储单元303记录存储。
73.在其中一个实施例中，如图3所示，又一实施方式的基于数字孪生的储能系统模型交互系统还包括：
74.通信模块304，被配置为实现数字孪生体与外部数据体的通信，以实现数据交互。
75.其中，通信模块304包括有线通信模块或无线通信模块，有线通信模块包括总线通
信或以太网通信，无线通信模块包括蓝牙通信模块、wifi通信模块或4g/5g通信模块。
76.在其中一个实施例中，数据交互单元102通过通信模块304将储能设备或物联网设备产生的全部设备数据，包括发电量、时间、故障值、设备状态、电池温度、电池soc、电池soh、电池单体电压、通过蓝牙、wifi、4g/5g等通讯方式，上传到非关系型数据库mongodb(数字孪生数据存储单元303)，mongodb是非关系型数据库的一种，具备非关系型数据的特点，适合用于物联网应用中存储设备信息、设备汇报的场景。
77.基于此，在数字孪生系统101中建立数字孪生体：从mongodb数据库读取的设备数据，匹配将json格式的模型从mysql数据库(数字孪生数据存储单元303)读取到内存中，通过3d引擎three.js渲染出每一个部件并且拼合显示出最大的储能设备，通过three.js渲染出进出部件/零件的交互按钮和对储能设备/部件/零件的虚拟按钮，虚拟按钮中的交互按钮以透明图层进行部件范围，虚拟按钮包括数据和状态等显示层直接附着在部件上，点击虚拟按钮可以在储能设备/部件/零件之间切换进出，调控操作在点击之后在数字孪生体中直接展示结果，数据处理异步执行。
78.在其中一个实施例中，数字孪生运算单元302将数字孪生体调控进入运算及存储：调控数据在计算机内存中通过java程序进行计算，获得运算结果，运算结果从计算机内存中保存到mysql数据库进行持久化保存。
79.在其中一个实施例中，数据交互单元102向储能设备或物联网设备下发调控数据完成调控：将产生的调控结果，通过蓝牙、wifi、4g/5g等通信方式下发到通过通信模块，通信模块与设备通过modbus协议修改设备中寄存器地址，完成设备调控。
80.基于此，图5为一实施方式的基于数字孪生的储能系统模型交互系统的工作流程图，如图5所示，一实施方式的工作流程包括步骤s1-s7：
81.s1，设备信息采集；
82.s2，设备信息分析；
83.s3，s2的分析结果存储在数字孪生模型存储单元300中，数字孪生模型存储单元300包括多类型的数据库；
84.s4，数字孪生运算单元302通过数据交互单元102从储能设备或物联网设备中获取数据并存储在数字孪生数据存储单元303，数字孪生数据存储单元303包括多类型的数据库；
85.s5，在数字孪生交互体单元301中建立数字孪生体；
86.s 6，将数字孪生体调控进入运算和存储；
87.s7，通过数据交互单元102向储能设备或物联网设备下发调控数据完成调控。
88.上述任一实施例的基于数字孪生的储能系统模型交互系统，包括信息采集分析单元100、数字孪生系统101和数据交互单元102。信息采集分析单元100被配置为采集储能系统的设备信息，并将设备信息转换为特征信息。数字孪生系统101被配置为根据特征信息构建数字孪生体。数据交互单元102被配置为实现数字孪生体与外部数据体的数据交互。其中，外部数据体包括储能设备以及储能设备相关的物联网设备。基于此，构建的数字孪生体除展示储能系统整体外，还可精细展示各部件。同时，为数字孪生体与外部数据体建立数据交互，提高储能系统的数字孪生体的展示水平和颗粒度。
89.对于本公开，还有以下几点需要说明：
90.(1)本公开的实施例附图只涉及到与本公开的实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计。
91.(2)为了清晰起见，在用于描述本发明的实施例的附图中，层或结构的厚度和尺寸被放大。可以理解，当诸如层、膜、区域或基板之类的元件被称作位于另一元件
″
上
″
或
″
下
″
时，该元件可以
″
直接
″
位于另一元件
″
上
″
或
″
下
″
，或者可以存在中间元件。
92.(3)在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。以上仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准
93.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
94.以上实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：
1.一种基于数字孪生的储能系统模型交互系统，其特征在于，包括：信息采集分析单元，被配置为采集储能系统的设备信息，并将所述设备信息转换为特征信息；其中，所述设备信息包括所述储能系统各部件的外观信息；数字孪生系统，被配置为根据所述特征信息构建数字孪生体；数据交互单元，被配置为实现所述数字孪生体与所述外部数据体的数据交互；其中，所述外部数据体包括储能设备以及所述储能设备相关的物联网设备。2.根据权利要求1所述的基于数字孪生的储能系统模型交互系统，其特征在于，所述信息采集分析单元包括：信息采集设备，被配置为采集储能系统的设备信息；信息分析单元，被配置为将所述设备信息转换为特征信息。3.根据权利要求2所述的基于数字孪生的储能系统模型交互系统，其特征在于，所述信息采集设备包括外观扫描设备、温度传感器、光照传感器和/或湿度传感器。4.根据权利要求1所述的基于数字孪生的储能系统模型交互系统，其特征在于，所述数字孪生系统包括：数字孪生模型存储单元，连接所述信息采集分析单元，用于存储与所述数字孪生体相关的模型数据；数字孪生交互体单元，连接所述数字孪生模型存储单元，用于承载所述数字孪生体；数字孪生运算单元，分别连接所述数字孪生交互体单元和所述数据交互单元，用于根据所述数据交互调整所述数字孪生体；数字孪生数据存储单元，连接所述数字孪生运算单元，用于存储与所述数据交互相关的数据。5.根据权利要求4所述的基于数字孪生的储能系统模型交互系统，其特征在于，所述数字孪生体包括储能系统的部件的渲染体以及虚拟按钮；其中，所述虚拟按钮用于对所述渲染体执行调控操作。6.根据权利要求5所述的基于数字孪生的储能系统模型交互系统，其特征在于，所述数字孪生体的数据交互调整优先于所述调控操作。7.根据权利要求4所述的基于数字孪生的储能系统模型交互系统，其特征在于，所述数字孪生数据存储单元以分布式非结构化存储方式存储所述数据交互单元的数据，以结构化存储方式存储所述数字孪生运算单元的数据。8.根据权利要求4所述的基于数字孪生的储能系统模型交互系统，其特征在于，所述数字孪生模型存储单元以结构化存储方式存储所述信息采集分析单元的数据。9.根据权利要求1所述的基于数字孪生的储能系统模型交互系统，其特征在于，还包括：模型数据库，连接所述信息采集分析单元。10.根据权利要求1所述的基于数字孪生的储能系统模型交互系统，其特征在于，还包括：通信模块，被配置为实现所述数字孪生体与所述外部数据体的通信，以实现所述数据交互。

技术总结
本申请涉及一种基于数字孪生的储能系统模型交互系统，包括信息采集分析单元、数字孪生系统和数据交互单元。信息采集分析单元被配置为采集储能系统的设备信息，并将设备信息转换为特征信息。数字孪生系统被配置为根据特征信息构建数字孪生体。数据交互单元被配置为实现数字孪生体与外部数据体的数据交互。其中，外部数据体包括储能设备以及储能设备相关的物联网设备。基于此，构建的数字孪生体除展示储能系统整体外，还可精细展示各部件。同时，为数字孪生体与外部数据体建立数据交互，提高储能系统的数字孪生体的展示水平和颗粒度。能系统的数字孪生体的展示水平和颗粒度。能系统的数字孪生体的展示水平和颗粒度。


技术研发人员：邓润强 卢雪明 欧阳家淦 罗剑洪 操鹏辉 杨旭杰
受保护的技术使用者：广州三晶电气股份有限公司
技术研发日：2023.05.24
技术公布日：2023/7/27