中國儲能網(wǎng)訊：有人說她是數(shù)字化電網(wǎng)的“全能醫(yī)生”，具有三維空間里“千里眼”“順風(fēng)耳”的獨特本領(lǐng)；有人說她是新型電力系統(tǒng)的“私人管家”，能夠輕松應(yīng)對源網(wǎng)荷儲一體化和多能互補的各種挑戰(zhàn)。當(dāng)新型電力系統(tǒng)邂逅數(shù)字孿生技術(shù)，將會擦出怎樣的火花？
“數(shù)字孿生技術(shù)在電網(wǎng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型中將發(fā)揮極其重要的關(guān)鍵支撐作用，應(yīng)用前景廣闊。先進數(shù)字技術(shù)將顯著增強電力系統(tǒng)的全面準確感知、規(guī)模計算分析和靈活快速調(diào)節(jié)能力，將傳統(tǒng)物理電網(wǎng)通過數(shù)字技術(shù)實現(xiàn)映射，實現(xiàn)電網(wǎng)、設(shè)備、用戶、交易、管理的全面可觀、可測、可控?！苯?，南方電網(wǎng)數(shù)字電網(wǎng)研究院有限公司總經(jīng)理李鵬接受《中國電力報》記者專訪時表示。
以新能源為主的新型電力系統(tǒng)源荷有著波動性強、復(fù)雜程度高、耦合度強等特點，電網(wǎng)的物理形態(tài)將發(fā)生變化，需要大量的信息采集、運行分析、校核計算等確保電網(wǎng)的安全穩(wěn)定和可靠供電，數(shù)字孿生技術(shù)將結(jié)合人工智能、云計算、5G等新一代技術(shù)，在發(fā)、輸、變、配、用、儲等各個環(huán)節(jié)實現(xiàn)全方位應(yīng)用，推動電網(wǎng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。
數(shù)字孿生對數(shù)字電網(wǎng)意義重大
“將數(shù)字孿生技術(shù)引入到電網(wǎng)，可以實現(xiàn)物理電網(wǎng)的同步映射，將徹底改變我們觀察、分析、控制電網(wǎng)的方式，數(shù)字孿生對于建設(shè)數(shù)字電網(wǎng)意義重大。”國網(wǎng)雄安新區(qū)供電公司副總經(jīng)理劉海峰告訴《中國電力報》記者說，數(shù)字孿生技術(shù)本身具有的高效決策、深度分析等特點，將在電網(wǎng)運行控制、工程設(shè)計施工、設(shè)備全壽命管理、客戶優(yōu)質(zhì)服務(wù)以及企業(yè)經(jīng)營管理等方面發(fā)揮重要作用。
舉個例子，數(shù)字孿生技術(shù)可用于設(shè)備維護與故障預(yù)測。數(shù)字孿生提供物理實體的實時虛擬化映射，設(shè)備傳感器將電流、電壓、溫度、振動等數(shù)據(jù)實時輸入數(shù)字孿生模型，并將設(shè)備使用環(huán)境數(shù)據(jù)輸入模型，通過數(shù)字孿生在設(shè)備出現(xiàn)故障前提早進行預(yù)測，實現(xiàn)復(fù)雜設(shè)備的故障診斷和壽命評估。
施耐德電氣高級副總裁、能源管理中壓業(yè)務(wù)中國區(qū)負責(zé)人徐韶峰接受《中國電力報》記者采訪時說：“數(shù)字孿生技術(shù)能夠通過大數(shù)據(jù)采集和數(shù)字化模型構(gòu)建，對物理世界進行精準映射，價值在于利用這些可視化的數(shù)據(jù)進行仿真和預(yù)測，從而為電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計、建設(shè)實施、運維服務(wù)等全生命周期內(nèi)的各環(huán)節(jié)帶來回饋價值?！?
作為全球能效管理領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者，施耐德電氣打造了以電網(wǎng)模型為基礎(chǔ)、基于EcoStruxureTM三層架構(gòu)的數(shù)字孿生平臺。在數(shù)字孿生應(yīng)用架構(gòu)的底層，可以通過智能設(shè)備、智能表計等手段廣泛采集物理世界的多源數(shù)據(jù)，形成全場景、跨系統(tǒng)空間的大數(shù)據(jù)集；在中間層，則以公有云、私有云或混合云為平臺，對不同來源、不同格式的數(shù)據(jù)進行融合和處理；最上層，則通過開放的API接口，讓數(shù)據(jù)可以二次開發(fā)和集成，服務(wù)于數(shù)字電網(wǎng)的各個具體場景，營造多平臺、跨終端的卓越用戶體驗。
數(shù)字孿生技術(shù)在電網(wǎng)嶄露頭角
“今年6月，國內(nèi)首個基于新一代設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)和數(shù)字孿生技術(shù)的集控站在雄安投運。今年10月，首個數(shù)字孿生綜合管廊電力艙在雄安投運。以數(shù)字孿生為代表的新技術(shù)應(yīng)用，實現(xiàn)電網(wǎng)透明化、在線化、自動化管控，大幅提高工作效率，顯著節(jié)約運維成本?！眲⒑７甯嬖V《中國電力報》記者說。
今年5月，施耐德電氣攜合作伙伴發(fā)布聯(lián)合創(chuàng)新計劃，雙方成功實施一個變電站智能化運維項目，改造前，該變電站采用的傳統(tǒng)2D運維平臺不夠直觀，設(shè)備種類、數(shù)量繁雜，無法統(tǒng)一管理，多種數(shù)據(jù)類型無法在統(tǒng)一平臺集成，運維人員無法預(yù)判可能出現(xiàn)的故障及事故。
改造后，數(shù)字孿生解決方案提供了配電站全場景三維建模還原、全站設(shè)備內(nèi)外結(jié)構(gòu)可視化展示、運維模擬數(shù)據(jù)實時獲取、設(shè)備臺賬實時查看及故障模擬預(yù)判等一系列功能，和改造前相比，節(jié)省了大量時間、財力成本，大幅提升了運維效率，此外還有效縮減了配電站的效能損耗。
“目前，數(shù)字孿生技術(shù)在電網(wǎng)應(yīng)用還總體處于起步階段，面向‘雙碳’目標和新型電力系統(tǒng)建設(shè)，需進一步通過對各類元件的全面感知、互聯(lián)和靈活調(diào)節(jié)，提升新能源、柔性負荷、儲能等大規(guī)模市場主體接入、控制、運營和區(qū)域自治能力，支持電網(wǎng)快速自愈、優(yōu)化運行和智能決策?！崩铢i接受《中國電力報》記者采訪時表示。
應(yīng)對構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的新需求，施耐德電氣發(fā)布了具有前瞻性的綠色能源管理理念?！盎跀?shù)字孿生技術(shù)的創(chuàng)新解決方案，勢必將作為綠色能源管理解決方案的重要組成部分，幫助用戶輕松應(yīng)對源網(wǎng)荷儲一體化和多能互補挑戰(zhàn)，助力以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。”徐韶峰說。
觀點
從夢想走進現(xiàn)實
隨著5G、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)廣泛應(yīng)用，城市建設(shè)、建筑、工業(yè)、能源、文游等各個行業(yè)掀起了一場數(shù)字化轉(zhuǎn)型浪潮，數(shù)字孿生以數(shù)字化的形式在虛擬空間中構(gòu)建與物理世界一致的高保真模型，通過信息交互反饋與數(shù)據(jù)融合，可以實現(xiàn)對現(xiàn)實物理世界進行評估、分析、診斷及預(yù)測等各項功能。
在電力行業(yè)中，數(shù)字孿生技術(shù)已經(jīng)在變電、配電領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了一定應(yīng)用。例如2019年新投運的烏鎮(zhèn)“互聯(lián)網(wǎng)之光”博覽會新展館10千伏配電房運用數(shù)字孿生技術(shù)；2019年6月，坐落于中新天津生態(tài)城旅游區(qū)的110千伏游樂港智能變電站全息模型建設(shè)完成；2020年11月，雄安新區(qū)王家寨數(shù)字孿生臺區(qū)完成部署；2020年12月24日，上海浦東供電公司應(yīng)用“共智”配電網(wǎng)數(shù)字孿生評價系統(tǒng)，開展配電網(wǎng)全生命周期運行、監(jiān)控與運維分析業(yè)務(wù)。
這是數(shù)字孿生技術(shù)首次在新一代配電網(wǎng)規(guī)劃、建設(shè)、維護和管理中應(yīng)用，能夠滿足電網(wǎng)運維和管理人員在日常以及應(yīng)急各種工作場景下的需求。初步構(gòu)建了云—管—邊—端各類應(yīng)用場景，特別在輸電巡視、配電房、臺區(qū)監(jiān)測方面有一定規(guī)模應(yīng)用，但總體上呈現(xiàn)碎片化、小規(guī)模試點應(yīng)用的特點。
面向“雙碳”目標和新型電力系統(tǒng)建設(shè)，需進一步通過對各類元件的全面感知、互聯(lián)和靈活調(diào)節(jié)，提升新能源、柔性負荷、儲能等大規(guī)模市場主體接入、控制、運營和區(qū)域自治能力，支持電網(wǎng)快速自愈、優(yōu)化運行和智能決策。
在應(yīng)用過程中，要考慮幾個方面的因素，一是在采集層，要考慮多種物理量采集的小型化、智能化、一體化采集終端，解決面向不同應(yīng)用場景的需要；二是在端側(cè)，要根據(jù)業(yè)務(wù)場景需要，考慮一定邊緣計算能力的裝置，通過邊緣計算終端和智能算法就地解決簡單重復(fù)類的數(shù)據(jù)采集和分析，提高效率；三是在云端要充分進行數(shù)據(jù)融合分析，推動各類數(shù)據(jù)驅(qū)動應(yīng)用。
