中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：將數(shù)字孿生技術(shù)引入到電網(wǎng)，可以實(shí)現(xiàn)物理電網(wǎng)的同步映射。隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)的日臻成熟，數(shù)字孿生將會(huì)在電網(wǎng)領(lǐng)域得到普遍應(yīng)用，并在電網(wǎng)規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)營等環(huán)節(jié)發(fā)揮強(qiáng)有力的支撐作用。本欄目闡述數(shù)字孿生電網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用情況，列舉數(shù)字孿生電網(wǎng)國內(nèi)工程應(yīng)用案例，概述數(shù)字孿生電網(wǎng)國外發(fā)展現(xiàn)狀，總結(jié)數(shù)字孿生電網(wǎng)面臨的挑戰(zhàn)和發(fā)展趨勢，可為相關(guān)技術(shù)研究和應(yīng)用實(shí)踐提供參考。
一
數(shù)字孿生電網(wǎng)技術(shù)典型應(yīng)用方向
>>電力設(shè)備智能運(yùn)維
（1）多維信息的可視化展示
采用三維建模和可視化技術(shù)，根據(jù)變電站設(shè)計(jì)CAD圖、鳥瞰圖、設(shè)備三維圖等資料進(jìn)行設(shè)備外觀建模，多維度呈現(xiàn)變電站運(yùn)維場景，實(shí)現(xiàn)變電站運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控。
（2）設(shè)備缺陷/故障的多參數(shù)智能診斷和定位
仿真模型、數(shù)據(jù)分析和人工智能融合驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障隱患辨識(shí)和定位。
構(gòu)建變壓器數(shù)字孿生模型，模擬變壓器在不同運(yùn)行斷面、不同故障條件下的匝間短路故障，選取繞組電流、環(huán)境溫度、流油溫度和油箱壁溫度等參數(shù)，建立基于電熱孿生數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的變壓器匝間短路智能辨識(shí)模型。
構(gòu)建GIL數(shù)字孿生體，依次在不同位置設(shè)置局放源，仿真得到GIL中任意位置發(fā)生同時(shí)成光信號(hào)的傳播分布狀態(tài)，結(jié)合人工智能算法建立多個(gè)傳感數(shù)據(jù)與局放位置的映射關(guān)系。實(shí)際應(yīng)用中，可以借助GIL局放源光學(xué)檢測來實(shí)現(xiàn)高精度定位。
（3）數(shù)字孿生模型實(shí)現(xiàn)設(shè)備關(guān)鍵狀態(tài)精準(zhǔn)監(jiān)測和評(píng)估
基于高保真的設(shè)備數(shù)字孿生仿真模型，對(duì)不同來源的狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬仿真反演計(jì)算或量化推演，獲得設(shè)備關(guān)鍵狀態(tài)的映射值以及內(nèi)部關(guān)鍵狀態(tài)參數(shù)的分布情況，精準(zhǔn)評(píng)估設(shè)備部件及整體狀態(tài)。
>>電網(wǎng)安全監(jiān)視與校核
數(shù)字孿生仿真結(jié)合D5000新一代調(diào)控平臺(tái)，能有效解決復(fù)雜電網(wǎng)模型與知識(shí)模型融合難問題，將全面釋放平臺(tái)批量分析、智能決策、預(yù)警預(yù)控等一系列功能優(yōu)勢，據(jù)此可開展立體、動(dòng)態(tài)、快速、精準(zhǔn)的電網(wǎng)運(yùn)行安全監(jiān)視與校核。
（1）日方式潮流切片安全校核
日方式靜態(tài)潮流安全校核是調(diào)度計(jì)劃、方式、運(yùn)行崗位的基礎(chǔ)業(yè)務(wù)，由于方式變化頻繁、點(diǎn)多面廣，一般只能針對(duì)極大、極小或典型方式開展校核，以指導(dǎo)方式安排或?qū)崟r(shí)調(diào)度，往往導(dǎo)致電網(wǎng)運(yùn)行安全而不經(jīng)濟(jì)、方式調(diào)整空間狹窄，而現(xiàn)貨交易、輔助服務(wù)、新能源波動(dòng)、嚴(yán)重故障等隨機(jī)因素加劇了上述矛盾。以安穩(wěn)規(guī)定電子化平臺(tái)為尺子，可對(duì)電網(wǎng)日方式潮流批量執(zhí)行切片安全校核，能夠精確分析越限時(shí)點(diǎn)、原因。
（2）斷面控制限額優(yōu)化匹配
針對(duì)某一潮流方式，安穩(wěn)規(guī)定電子化平臺(tái)可對(duì)所有聯(lián)動(dòng)斷面限額的搭配組合提供安全校核結(jié)果，供決策參考。在此基礎(chǔ)上，嵌入目標(biāo)指向?qū)?yōu)算法，可靈活、優(yōu)化匹配電網(wǎng)運(yùn)行安全邊界，實(shí)現(xiàn)跨區(qū)大電網(wǎng)安全域內(nèi)的優(yōu)化運(yùn)行自動(dòng)決策。
（3）調(diào)度操作安全校核
在安穩(wěn)規(guī)定電子化平臺(tái)預(yù)先錄入各檢修方式控制限額，將其嵌入操作票預(yù)演潮流校核，每一步操作模擬執(zhí)行后，自動(dòng)匹配方式限額、判斷越限情況，若存在越限則人工調(diào)整操作時(shí)機(jī)、順序或操作票執(zhí)行項(xiàng)目，形成安全的調(diào)度操作方案?；诖税踩：藱C(jī)制，還可開發(fā)以越限風(fēng)險(xiǎn)為約束的調(diào)度操作計(jì)劃批量自動(dòng)編排系統(tǒng)，作為未來智能調(diào)度平臺(tái)的重要支撐。
（4）故障預(yù)案安全校核
針對(duì)任意故障后方式，以安穩(wěn)規(guī)定電子化平臺(tái)作為已知方式的安全校核工具，對(duì)設(shè)備或斷面越限提供緊急控制輔助決策；以在線N－1掃描作為未知方式的補(bǔ)充校核工具，對(duì)進(jìn)一步N－1越限提供預(yù)防控制輔助決策，據(jù)此整合成為針對(duì)預(yù)想方式故障的處置預(yù)案。
（5）電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行輔助決策
安穩(wěn)規(guī)定電子化平臺(tái)對(duì)2000節(jié)點(diǎn)規(guī)模電網(wǎng)的分析耗時(shí)不超0.02s，在實(shí)時(shí)方式識(shí)別、快速限額匹配方面有獨(dú)特優(yōu)勢，可作為實(shí)時(shí)調(diào)度運(yùn)行輔助決策的核心監(jiān)視部件。
（6）多級(jí)安穩(wěn)規(guī)定風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)
以安穩(wěn)規(guī)則中的停電方式作為預(yù)想故障，導(dǎo)入在線安全分析進(jìn)行故障掃描，對(duì)比規(guī)則限額與在線靜穩(wěn)、暫穩(wěn)約束等是否合理、潮流轉(zhuǎn)移比關(guān)系是否準(zhǔn)確，若規(guī)則限額或轉(zhuǎn)移比異常偏大、偏小則說明可能錯(cuò)誤。
>>無人機(jī)電力巡檢
在構(gòu)建的電網(wǎng)網(wǎng)格空間內(nèi)，電網(wǎng)數(shù)字孿生北斗網(wǎng)格空間內(nèi)的網(wǎng)格態(tài)勢圖是反映巡檢無人機(jī)運(yùn)行空域的環(huán)境狀態(tài)和飛行器飛行狀態(tài)的動(dòng)態(tài)地圖。
基于空間網(wǎng)格態(tài)勢圖的主要作用：①可將管制空域中大量的位置報(bào)告點(diǎn)、設(shè)備站等設(shè)施組成的航路點(diǎn)，以及連接各個(gè)航路點(diǎn)的航路航線組成，管控系統(tǒng)中包括的相應(yīng)航路點(diǎn)的代碼、坐標(biāo)、航路航線代碼、航線途徑的航路點(diǎn)代碼等數(shù)據(jù)，通過簡單的網(wǎng)格編碼進(jìn)行表示。②還可將復(fù)雜的空域空間進(jìn)行規(guī)則離散化，通過網(wǎng)格空間下的巡檢無人機(jī)路徑規(guī)劃算法，如蟻群算法、遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、A*算法的網(wǎng)格化等，進(jìn)而應(yīng)用于巡檢無人機(jī)的航線規(guī)劃和編隊(duì)內(nèi)的多任務(wù)分配等。
>>電力項(xiàng)目成本核算
（1）利用數(shù)字孿生平臺(tái)統(tǒng)一業(yè)財(cái)標(biāo)準(zhǔn)
區(qū)別于獨(dú)立核算體系，數(shù)字孿生平臺(tái)能夠利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，在虛擬空間中對(duì)現(xiàn)實(shí)中的業(yè)務(wù)進(jìn)行映射，進(jìn)而反映相對(duì)應(yīng)的實(shí)體設(shè)備生命周期過程，并最終在系統(tǒng)中進(jìn)行數(shù)字投影，從而使得來源于不同部門的數(shù)據(jù)能夠統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，形成可視化圖形，及時(shí)傳遞到財(cái)務(wù)審核部門。
（2）數(shù)字孿生平臺(tái)在配網(wǎng)資產(chǎn)成本核算中的應(yīng)用場景
第一，實(shí)現(xiàn)成本精準(zhǔn)核算。由于電網(wǎng)基建工程自身的特點(diǎn)以及經(jīng)營管理上的特殊要求，配網(wǎng)資產(chǎn)成本核算存在一定特點(diǎn)。在原有的核算體系下一般以各單項(xiàng)工程批復(fù)概算為對(duì)象分別進(jìn)行成本核算，并通過批復(fù)概算的同口徑對(duì)比分析投資差異。但在該核算體系下無法對(duì)所有設(shè)備進(jìn)行精確化核算。通過數(shù)字孿生平臺(tái)設(shè)計(jì)不同的核算標(biāo)準(zhǔn)，使得電網(wǎng)企業(yè)能夠?qū)崟r(shí)測算配網(wǎng)項(xiàng)目不同階段的資產(chǎn)成本。
第二，實(shí)現(xiàn)差異分析及定位精細(xì)化。在配網(wǎng)項(xiàng)目成本核算數(shù)字化的推進(jìn)過程中，數(shù)字孿生平臺(tái)將設(shè)備相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，并融入標(biāo)準(zhǔn)化模型中，從而優(yōu)化配網(wǎng)資產(chǎn)的偏差精確對(duì)比。
第三，資產(chǎn)智能定制化分析。隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展及居民用電需求的提升，電網(wǎng)配網(wǎng)項(xiàng)目的建造多樣化趨勢凸顯，電網(wǎng)企業(yè)項(xiàng)目投入預(yù)測、核定電價(jià)因成本計(jì)量難度提升而變得愈發(fā)困難。通過數(shù)字孿生平臺(tái)，能夠精確測算各類細(xì)分資產(chǎn)的成本，從而有利于對(duì)配網(wǎng)資產(chǎn)進(jìn)行具體分析，其結(jié)果能為電網(wǎng)企業(yè)提供有效可靠的決策建議。
二
數(shù)字孿生電網(wǎng)國內(nèi)工程應(yīng)用案例
>>南網(wǎng)智瞰平臺(tái)數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用
目前南網(wǎng)智瞰平臺(tái)，累計(jì)接入地理要素超245萬，管理源網(wǎng)荷儲(chǔ)2000多種設(shè)備類型共1.2億臺(tái)設(shè)備設(shè)施、超10億設(shè)備臺(tái)賬，接入約570億條實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)186萬配電變壓器負(fù)荷精細(xì)化管理、分界點(diǎn)精益線損分析。上線配電網(wǎng)規(guī)劃、九防管理、線損異常分析等9個(gè)典型應(yīng)用場景，支撐配網(wǎng)規(guī)劃、電網(wǎng)管理平臺(tái)、智能臺(tái)區(qū)等13套業(yè)務(wù)系統(tǒng)圖形應(yīng)用。
>>南方電網(wǎng)輸電三維數(shù)字化通道
三維數(shù)字化通道，是數(shù)字輸電的典型應(yīng)用，以南網(wǎng)智瞰地圖服務(wù)為基礎(chǔ)，通過激光建模技術(shù)、模式矢量化技術(shù)開展架空線路信息建模，信息模型融合在線監(jiān)測、機(jī)巡等數(shù)據(jù)。三維數(shù)字化通道，是數(shù)字輸電的基礎(chǔ)與載體，支撐線路智能驗(yàn)收、強(qiáng)化數(shù)字賦能、開展無人機(jī)自動(dòng)駕駛、提升空間距離監(jiān)測。
目前南方電網(wǎng)已完成500kV及以上線路數(shù)字化通道建設(shè)5.7萬公里，500kV及以上線路外部隱患風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)安裝智能終端3700余套，輸電線路無人機(jī)巡視80.8萬公里，機(jī)巡業(yè)務(wù)占比首次超70%。
>>海南200kV大英山數(shù)字孿生變電站
海南220kV大英山數(shù)字孿生變電站，是基于統(tǒng)一數(shù)字電網(wǎng)模型開展的物理電網(wǎng)“孿生”數(shù)字電網(wǎng)實(shí)踐案例，全面融合海南數(shù)字電網(wǎng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)在線測量，物理設(shè)備、控制系統(tǒng)和信息系統(tǒng)的互聯(lián)互通。同時(shí)貫通主配網(wǎng)動(dòng)態(tài)拓?fù)?，支撐全電壓等?jí)全鏈路的電網(wǎng)拓?fù)浞治觥?
>>深圳供電局配電全鏈條數(shù)字化
深圳供電局依托南網(wǎng)智瞰平臺(tái)，打通配電網(wǎng)“全鏈條”業(yè)務(wù)視圖，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化電網(wǎng)全景、網(wǎng)格化智能規(guī)劃、智能化臺(tái)區(qū)監(jiān)控和透明化停電全過程管理，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)管理全鏈條數(shù)字化轉(zhuǎn)型。
深圳供電局配電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)狀態(tài)、運(yùn)行、資源等數(shù)據(jù)的全貫通。融合管理信息、自動(dòng)化、在線監(jiān)測和外部數(shù)據(jù)4大類數(shù)據(jù)，貫通500kV到300V的電網(wǎng)拓?fù)洹I(yè)務(wù)全鏈條，實(shí)現(xiàn)規(guī)劃、運(yùn)行運(yùn)維和客戶服務(wù)的橫向協(xié)同。
>>東莞松山湖數(shù)字用電示范區(qū)
松山湖數(shù)字用電示范區(qū)，利用數(shù)字孿生+物聯(lián)網(wǎng)+云邊融合技術(shù)，構(gòu)建了分層級(jí)多能協(xié)同優(yōu)化體系，實(shí)現(xiàn)多種能源形式并網(wǎng)運(yùn)行和高效消納。
松山湖數(shù)字用電示范區(qū)接入570個(gè)充電站、3013個(gè)充電樁，6326個(gè)光伏站點(diǎn)、1組冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)、12個(gè)儲(chǔ)能站、3個(gè)柔性負(fù)荷點(diǎn)、4個(gè)微網(wǎng)；3000+復(fù)雜并行計(jì)算模型，日處理數(shù)據(jù)超200TB；客戶年平均停電時(shí)間小于2分鐘，分布式清潔能源消納率大于97%，2021年度累計(jì)減少客戶用電經(jīng)濟(jì)損失大于600萬元。
>>中國電科院變電數(shù)字孿生平臺(tái)
2018年開始，中國電科院高壓所設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)中心團(tuán)隊(duì)結(jié)合變電運(yùn)維業(yè)務(wù)需求，開展數(shù)字孿生技術(shù)攻關(guān)，研發(fā)變電數(shù)字孿生平臺(tái)，推動(dòng)電力設(shè)備智能化管理。該平臺(tái)將實(shí)景三維模型和狀態(tài)數(shù)據(jù)在空間中融合，利用圖像和點(diǎn)云缺陷識(shí)別算法，結(jié)合實(shí)時(shí)變電設(shè)備狀態(tài)仿真，為設(shè)備管理提供智能化解決方案。
目前，團(tuán)隊(duì)的技術(shù)成果形成一系列變電數(shù)字孿生應(yīng)用和關(guān)鍵裝置，研發(fā)的變電數(shù)字孿生平臺(tái)已在5個(gè)省級(jí)電力公司管轄的多個(gè)換流站、變電站開展試點(diǎn)應(yīng)用，輔助運(yùn)維人員感知設(shè)備狀態(tài)，推動(dòng)電力設(shè)備智能化管理。
>>上海電網(wǎng)500kV五角場變電站數(shù)字孿生系統(tǒng)
2018年3月，變電站全景監(jiān)視平臺(tái)在500千伏五角場變電站投入使用。該平臺(tái)應(yīng)用數(shù)字孿生技術(shù)建立虛擬變電站三維模型，接入變電站內(nèi)主控、輔控、安防等設(shè)備的探測點(diǎn)，實(shí)時(shí)感知采集各類狀態(tài)信息。
該變電站站內(nèi)的4000多個(gè)采集點(diǎn)、19141個(gè)信息點(diǎn)通過監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)與三維數(shù)字模型的聯(lián)動(dòng)，實(shí)時(shí)反映實(shí)體變電站運(yùn)行狀態(tài)。不僅如此，數(shù)字孿生技術(shù)的二三維聯(lián)動(dòng)使該平臺(tái)具備地形瀏覽、設(shè)備查詢、設(shè)備告警等功能。運(yùn)檢人員不再需要去變電站現(xiàn)場，便可掌握站內(nèi)各要素的運(yùn)行狀態(tài)。同時(shí)，平臺(tái)也為變電站實(shí)現(xiàn)“不間斷設(shè)備巡視”提供了可靠的支持，通過對(duì)設(shè)備異常及時(shí)告警延長了設(shè)備使用壽命。
>>浙江嘉興特高壓嘉湖通道數(shù)字孿生輸電線路
浙江嘉興供電公司依托國家電網(wǎng)科技項(xiàng)目“智慧輸電線路全景感知能力提升關(guān)鍵技術(shù)研究”實(shí)施，開展特高壓嘉湖通道數(shù)字孿生輸電線路建設(shè)。
特高壓嘉湖通道作為國網(wǎng)重要輸電通道、華東地區(qū)密集輸電通道，走廊狹長、輸送容量大，承擔(dān)著跨區(qū)供電的重任?！笆奈濉逼陂g，隨著內(nèi)外部環(huán)境不斷變化，傳統(tǒng)運(yùn)檢模式難以適應(yīng)電網(wǎng)發(fā)展及體制變革要求，普通巡檢手段無法有效提升現(xiàn)場作業(yè)效率及巡視質(zhì)量，亟需提升輸電線路數(shù)智運(yùn)維水平，實(shí)現(xiàn)輸電線路本體狀態(tài)和通道環(huán)境全景感知能力的提升以及價(jià)值深度挖掘。
>>河北電科院數(shù)字孿生電網(wǎng)全場景仿真驗(yàn)證平臺(tái)
2022年2月，河北電科院數(shù)字孿生電網(wǎng)全場景仿真驗(yàn)證平臺(tái)軟件基礎(chǔ)設(shè)施完成首次測試運(yùn)行。
該平臺(tái)目前具備激光點(diǎn)云、傾斜攝影、可視化三維建模能力等空間數(shù)據(jù)采集與處理能力，搭建了虛擬與現(xiàn)實(shí)交互融合的數(shù)據(jù)底座。隨著平臺(tái)功能的不斷完善，在數(shù)字孿生模型庫構(gòu)建基礎(chǔ)上，將承載人工智能算法模塊、仿真推演模塊，逐步形成數(shù)字建模、算法驅(qū)動(dòng)、仿真推演、智能決策、執(zhí)行控制一體化的仿真驗(yàn)證能力，為上層應(yīng)用提供技術(shù)賦能與統(tǒng)一開發(fā)服務(wù)。
>>雄安新區(qū)數(shù)字孿生微電網(wǎng)
為提升微電網(wǎng)的運(yùn)維工作效率，以及探索數(shù)字孿生電網(wǎng)與數(shù)字孿生城市相融合的技術(shù)途徑，國網(wǎng)雄安新區(qū)供電公司基于GIS、BIM、傾斜攝影以及電力物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，在雄安新區(qū)王家寨構(gòu)建了數(shù)字孿生微電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)該微電網(wǎng)的全景監(jiān)測、狀態(tài)評(píng)價(jià)等功能。
后期，該數(shù)字孿生微電網(wǎng)還將增加新能源出力預(yù)測、儲(chǔ)能充放電策略優(yōu)化、柔性負(fù)荷控制策略優(yōu)化等功能，以加強(qiáng)微電網(wǎng)的源網(wǎng)荷儲(chǔ)互動(dòng)協(xié)同性，從而達(dá)到促進(jìn)清潔能源消納、減少碳排故的目的。
>>優(yōu)锘科技基于數(shù)字孿生體的能源運(yùn)行保障平臺(tái)
為滿足某大型活動(dòng)的能源運(yùn)行保障工作，優(yōu)锘科技為用戶構(gòu)建了數(shù)字化、智能化、可視化的能源運(yùn)行保障指揮平臺(tái)，全力確?；顒?dòng)穩(wěn)定、可靠、靈活的能源供應(yīng)。
平臺(tái)融合傳統(tǒng)能源調(diào)度、傳輸、營銷、城市運(yùn)行數(shù)據(jù)、重點(diǎn)用戶數(shù)據(jù)、新能源數(shù)據(jù)、保障指揮等數(shù)據(jù)，以能源供應(yīng)保障為核心，實(shí)現(xiàn)活動(dòng)保障相關(guān)內(nèi)外部數(shù)據(jù)全接入、全覆蓋、全融合?；趦?yōu)偌的數(shù)字孿生平臺(tái)和全棧可視化能力，重點(diǎn)完成了能源網(wǎng)架、保障指揮、節(jié)能環(huán)保、城市保障、重點(diǎn)用戶保障五大主題應(yīng)用場景。
三
數(shù)字孿生電網(wǎng)國外發(fā)展現(xiàn)狀
世界各國對(duì)數(shù)字孿生技術(shù)日益重視，并將其應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造、工程建設(shè)、城市管理等領(lǐng)域。與此同時(shí)，國外在電力系統(tǒng)方面也廣泛開展了數(shù)字孿生技術(shù)的應(yīng)用實(shí)踐。
>>新加坡通過數(shù)字孿生構(gòu)建新型電力系統(tǒng)
新加坡正在開發(fā)其電網(wǎng)資產(chǎn)的數(shù)字孿生系統(tǒng)，以提高電力供應(yīng)的可靠性并支持清潔能源的部署。該系統(tǒng)包含兩個(gè)關(guān)鍵模型，首先是用于評(píng)估電網(wǎng)資產(chǎn)健康狀況的模型，以及評(píng)估新能源和新型電力消費(fèi)對(duì)電網(wǎng)影響的模型。大規(guī)模的數(shù)字孿生建模將使新加坡政府更全面地了解該國的電網(wǎng)和資產(chǎn)狀況。
該數(shù)字孿生項(xiàng)目目前剛剛起步，預(yù)計(jì)研發(fā)工作將于2023年完成，實(shí)際部署將逐步進(jìn)行。該計(jì)劃全面部署后，通過建模和仿真工具，將使新加坡能源集團(tuán)能夠更好地規(guī)劃、運(yùn)營和維護(hù)國家電網(wǎng)，從而以更有效和高效的方式開展實(shí)際工作。
>>挪威配電網(wǎng)運(yùn)營商試用數(shù)字孿生電網(wǎng)模型
挪威配電系統(tǒng)運(yùn)營商Tensio將對(duì)新的Kognitwin Grid數(shù)字孿生模型進(jìn)行為期六個(gè)月的試驗(yàn)，試驗(yàn)?zāi)康氖菧y試數(shù)字孿生技術(shù)在配網(wǎng)接入大量間斷性新能源和諸如電動(dòng)汽車的間斷性用電負(fù)荷的表現(xiàn)。
為期六個(gè)月的試驗(yàn)對(duì)于Tensio來說非常重要，與所有挪威配網(wǎng)運(yùn)營商一樣，隨著配網(wǎng)容量需求的上升，Tensio希望能夠提高效率，迫切需要一種能夠精確報(bào)告需要多少能源，并在電網(wǎng)受到威脅時(shí)向運(yùn)營商發(fā)出警報(bào)的新工具。而數(shù)字孿生允許運(yùn)營商預(yù)測電網(wǎng)狀況、平衡電網(wǎng)負(fù)荷并防止停電，將幫助實(shí)現(xiàn)更智能、更環(huán)保和更高效的能源系統(tǒng)，其帶來的良好的感知能力有助于更好地作出決策、運(yùn)營電網(wǎng)和管理客戶。
>>英國建設(shè)全國能源數(shù)字孿生網(wǎng)絡(luò)以幫助脫碳
英國國家電網(wǎng)電力系統(tǒng)運(yùn)營商已啟動(dòng)一項(xiàng)計(jì)劃，旨在建立貫穿整個(gè)英國能源系統(tǒng)的數(shù)字孿生網(wǎng)絡(luò)，以幫助實(shí)現(xiàn)脫碳目標(biāo)。
英國國家電網(wǎng)在COP26行業(yè)活動(dòng)中宣布，“虛擬能源系統(tǒng)”（VES）將復(fù)制整個(gè)英國的能源系統(tǒng)。通過對(duì)能源系統(tǒng)進(jìn)行精確建模，VES將創(chuàng)建一個(gè)開放、統(tǒng)一的實(shí)時(shí)視圖。這種虛擬環(huán)境將促進(jìn)數(shù)據(jù)共享，從而加強(qiáng)系統(tǒng)內(nèi)的情景建模和預(yù)測。
>>日立ABB電網(wǎng)推出數(shù)字孿生解決方案
日立ABB電網(wǎng)日前推出應(yīng)用于高壓直流換流站、靜止同步補(bǔ)償器（STATCOM）和電能質(zhì)量領(lǐng)域的IdentiQ數(shù)字孿生解決方案。該方案通過高級(jí)電力駕駛艙視圖提供全面的資產(chǎn)信息、分析和運(yùn)行數(shù)據(jù)，同時(shí)用戶可以根據(jù)自身需求定制電力駕駛艙視圖的內(nèi)容。
IdentiQ包含一個(gè)涵蓋全部資產(chǎn)的3D交互式可視化系統(tǒng)，支持一鍵訪問相關(guān)場站和設(shè)備的信息，包括工程文檔、運(yùn)營與維護(hù)程序、安全培訓(xùn)和用于監(jiān)測分析的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)。IdentiQ將所有信息聚合到一個(gè)數(shù)字化站點(diǎn)，以便所有運(yùn)營職能部門進(jìn)行無縫訪問，從而幫助用戶提高對(duì)電網(wǎng)資產(chǎn)的管理。這也是日立ABB電網(wǎng)關(guān)于“數(shù)字孿生技術(shù)”愿景的核心，即在正確的時(shí)間將正確的資源和信息提供給正確的人員，優(yōu)化運(yùn)營并作出更明智的決策。
>>智利國家電力公司開發(fā)用于電網(wǎng)分析的數(shù)字孿生
2022年2月，智利國家電力公司（Coordinator）與兩家加拿大公司簽署合作協(xié)議，將開發(fā)用于高級(jí)電力研究的數(shù)字孿生，以分析電網(wǎng)的安全性和可靠性，評(píng)估大量可變可再生能源接入下系統(tǒng)的表現(xiàn)，優(yōu)化目前在可再生能源大量接入的情況下用于分析電力系統(tǒng)的工具和模型。
與開發(fā)和銷售EMTP模擬軟件的PGSTech公司簽署的協(xié)議主要包括：向Coordinator提供免費(fèi)的高級(jí)軟件許可證；支持開發(fā)國家電力系統(tǒng)的數(shù)字孿生在EMTP軟件中用于時(shí)域中的大規(guī)模系統(tǒng)分析；考慮可再生能源發(fā)電、FACTS系統(tǒng)、HVDC、存儲(chǔ)和其他技術(shù)的詳細(xì)模型；開發(fā)提高計(jì)算性能的解決方案。
與實(shí)時(shí)仿真環(huán)境軟件和硬件供應(yīng)商OPAL-RT公司簽署的協(xié)議包括提供HYPERSIM軟件許可和培訓(xùn)，以及在協(xié)議有效期內(nèi)無償為仿真實(shí)驗(yàn)室提供實(shí)時(shí)設(shè)備。
四
數(shù)字孿生電網(wǎng)面臨的挑戰(zhàn)
>>數(shù)字孿生技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)
總體而言，我國的數(shù)字孿生技術(shù)發(fā)展主要面臨四大方面的挑戰(zhàn)：
一是存在多個(gè)部門協(xié)調(diào)困難、數(shù)據(jù)采集門檻比較高、信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不均衡等基礎(chǔ)問題，在應(yīng)用層次上的深度不夠；
二是數(shù)字孿生城市涉及到5G、大連接物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、海量數(shù)據(jù)加載技術(shù)、云計(jì)算協(xié)同技術(shù)、模擬仿真技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)與信息安全技術(shù)等，目前技術(shù)成熟度不高，平臺(tái)模型標(biāo)準(zhǔn)化滯后；
三是目前數(shù)字孿生設(shè)計(jì)軟件大部分由國外企業(yè)主導(dǎo)，BIM軟件基本上都是國外的，CIM的軟件較少，GPU/FPGA芯片少有國產(chǎn)的，有也基本上市場占有率很低；三維渲染的時(shí)候都要用到GPU這些技術(shù)，操作系統(tǒng)基本上也是國外的，人工智能軟件框架等市場占比都比較低；國內(nèi)的傳感器從技術(shù)到成本，尚不能滿足全域感知部署需求；
四是數(shù)字孿生數(shù)據(jù)來源面廣，接入點(diǎn)多，數(shù)據(jù)集中度高，集中到這個(gè)大腦上，基礎(chǔ)設(shè)施高度依賴這些數(shù)據(jù)的運(yùn)行，一旦遭遇入侵，整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行會(huì)瞬間癱瘓。
>>數(shù)字孿生技術(shù)在電網(wǎng)應(yīng)用中面臨的挑戰(zhàn)
除了數(shù)字孿生技術(shù)自身發(fā)展面臨的瓶頸，數(shù)字孿生技術(shù)在電網(wǎng)中的應(yīng)用層面也存在諸多問題。
一方面需要突破建模仿真的理論方法和關(guān)鍵技術(shù)問題，為設(shè)備數(shù)字孿生提供核心技術(shù)支撐。另一方面，需要實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)全面、可靠感知，為數(shù)字孿生提供更全面、更完備的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：一是研究高可靠、高精度、低成本、低功耗、智能化的電力專用先進(jìn)傳感技術(shù)和傳感器（網(wǎng)絡(luò)）；二是解決目前絕大部分傳感系統(tǒng)實(shí)用性不強(qiáng)、運(yùn)維工作量大、性價(jià)比低等問題；三是研發(fā)傳感元件與本體一體化集成設(shè)計(jì)的智能電力設(shè)備；四是推動(dòng)智能感知裝置、智能設(shè)備和高效帶電檢測技術(shù)的廣泛應(yīng)用。
五
數(shù)字孿生電網(wǎng)發(fā)展趨勢
當(dāng)前，數(shù)字孿生在電網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用場景還主要為“碎片化”的單點(diǎn)示范工程，功能上以監(jiān)測為主，智能化水平較低。隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等技術(shù)的快速發(fā)展和深度融合，數(shù)字孿生電網(wǎng)的建設(shè)應(yīng)用必將取得質(zhì)的突破。未來數(shù)字孿生電網(wǎng)將呈現(xiàn)出精細(xì)化、系統(tǒng)化、智能化、普遍化、開放化等五個(gè)趨勢。
（1）精細(xì)化
隨著數(shù)字孿生電網(wǎng)的發(fā)展，未來電網(wǎng)內(nèi)每一臺(tái)設(shè)備，甚至是每一個(gè)部件都會(huì)有其對(duì)應(yīng)的數(shù)字李生，并且貫穿于全壽命周期，以滿足相關(guān)業(yè)務(wù)精細(xì)化管理的需求。
（2）系統(tǒng)化
未來數(shù)字孿生電網(wǎng)將打破原有的“碎片化”建設(shè)應(yīng)用方式，會(huì)把所有設(shè)備級(jí)數(shù)字孿生、部件級(jí)數(shù)字孿生有機(jī)整合到一起，形成整個(gè)電網(wǎng)的數(shù)字孿生，為精準(zhǔn)掌握整個(gè)電網(wǎng)的實(shí)時(shí)狀態(tài)和發(fā)展趨勢提供支撐。
（3）智能化
隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字孿生電網(wǎng)的智能化水平將大幅度提升，不但能夠準(zhǔn)確預(yù)測電網(wǎng)的發(fā)展趨勢，還能夠自動(dòng)做出合理的應(yīng)對(duì)措施，為電網(wǎng)的穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供決策支撐。
（4）普遍化
隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)的日臻成熟，構(gòu)建數(shù)字孿生的成本將會(huì)顯著降低，數(shù)字孿生將會(huì)在電網(wǎng)領(lǐng)域得到普遍應(yīng)用，并在電網(wǎng)的規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)營等環(huán)節(jié)發(fā)揮強(qiáng)有力的支撐作用。
（5）開放化
隨著數(shù)字孿生城市和數(shù)字孿生電網(wǎng)的建設(shè)與發(fā)展，兩者相互融合將成為必然趨勢。數(shù)字孿生電網(wǎng)會(huì)呈現(xiàn)出較強(qiáng)的開放性，其將與數(shù)字孿生交通、數(shù)字孿生建筑、數(shù)字孿生水務(wù)等交叉融合，共同為數(shù)字孿生城市提供支撐。
