數(shù)字孿生技術(shù)在電力系統(tǒng)的應(yīng)用分析摘要：在科技技術(shù)的的推動下各個行業(yè)迎來更高的發(fā)展，促使我國經(jīng)濟建設(shè)腳步更加迅猛，現(xiàn)階段數(shù)字化在電力事業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。數(shù)字孿生指由具有多種功能的物理終端產(chǎn)生的數(shù)字化“孿生雙胞胎”，它使用智能傳感器、大數(shù)據(jù)分析、實時通信及人工智能等互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在虛擬終端搭建一個與物理終端實時映射的“孿生”個體。數(shù)字孿生的關(guān)鍵技術(shù)涉及數(shù)值建模與仿真、機器學習以及將信息連接起來的物聯(lián)網(wǎng)、云平臺等領(lǐng)域。文章通過對數(shù)字電網(wǎng)概念及特征，數(shù)字孿生技術(shù)概念及應(yīng)用領(lǐng)域進行研究，構(gòu)建數(shù)字電網(wǎng)架構(gòu)圖。關(guān)鍵詞：數(shù)字孿生技術(shù)；電力系統(tǒng)；應(yīng)用引言目前，大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算等數(shù)字技術(shù)，已經(jīng)引領(lǐng)新的工業(yè)革命發(fā)展，數(shù)字孿生技術(shù)也將成為電力領(lǐng)域各項技術(shù)、業(yè)務(wù)和信息發(fā)展和升級的方向。1數(shù)字孿生定義與特征數(shù)字孿生（DigitalTwin）是利用模型模擬、傳感器更新、運行日志等數(shù)據(jù)從多角度多層次集成各學科、尺度、概率與物理量開展的數(shù)字化模擬進程，通過建立從客觀世界到虛擬空間的實體映射，以此反映對應(yīng)實體在目標環(huán)境下的整個生命周期。借助模擬、仿真與數(shù)據(jù)分析等過程能完成對物理實體對象狀態(tài)的全程感知、自我診斷與未來預(yù)測，并通過數(shù)字模型與實體模型間的相互參照推進模型的自我進化與自我學習，從而實現(xiàn)對實體對象相關(guān)行為的實施控制與全面優(yōu)化。數(shù)字孿生具有以下特點：（1）保真性：數(shù)字世界內(nèi)的虛擬映射在構(gòu)成元素、實體行為、運行機理、存儲規(guī)則等屬性上均與現(xiàn)實世界的對應(yīng)實體保持一致。（2）可擴展性：數(shù)字模型可根據(jù)數(shù)字世界內(nèi)的自我學習與物理世界的形態(tài)轉(zhuǎn)化等活動完成拆解、集成、復(fù)制、維護與管理等一系列行為。（3）可操作性：數(shù)字世界與現(xiàn)實世界之間存在標準接口與規(guī)范定義，不同模型之間、不同終端之間、模型與終端之間均可以進行數(shù)據(jù)交互，具有高度的可操作性。2數(shù)字孿生技術(shù)研究現(xiàn)狀我國較早將數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用到生產(chǎn)車間的模型中，并提出數(shù)字孿生車間模型。該模型的核心部分主要包括車間的虛擬化、真實車間、車間運行系統(tǒng)以及車間中的孿生信息4個部分，通過車間內(nèi)各種真實設(shè)備與孿生數(shù)據(jù)的交互，全面提升智能化車間的管理和生產(chǎn)水平。同樣，對基于數(shù)字孿生技術(shù)的制造領(lǐng)域的應(yīng)用，數(shù)字孿生技術(shù)依舊可以實現(xiàn)對制造業(yè)中各類設(shè)備層、生產(chǎn)流程的數(shù)字孿生式全流程管控?；跀?shù)字孿生技術(shù)，構(gòu)建面向電力的虛擬化與數(shù)字化模型，實驗結(jié)果進一步表明，數(shù)字孿生技術(shù)的運用顯著提升了電力設(shè)備故障判別時效性，極大減少了人工人力。通過將數(shù)字孿生實現(xiàn)虛擬映射，同時運用大數(shù)據(jù)結(jié)合深度學習技術(shù)提出了一種車間設(shè)備智能化管理方法，有效解決了傳統(tǒng)車架設(shè)備管理與設(shè)備運行中數(shù)據(jù)“孤島”問題。3數(shù)字孿生技術(shù)在智能電網(wǎng)的應(yīng)用方向3.1電網(wǎng)狀態(tài)環(huán)境可視化監(jiān)控應(yīng)用基于數(shù)字孿生技術(shù)對電網(wǎng)主要設(shè)備、廠站與環(huán)境精細三維全景仿真，實現(xiàn)與采集數(shù)據(jù)實時交互，能夠在仿真場景中動態(tài)融合展示設(shè)備與關(guān)鍵傳感數(shù)據(jù)。通過在廠站內(nèi)部署的視頻網(wǎng)絡(luò)和傳感器網(wǎng)絡(luò)，實時反饋環(huán)境變化并進行實時分析?；谏傻臄?shù)字化模型，可全面分析3D架構(gòu)的數(shù)據(jù)系統(tǒng)。在平臺后期維護期間，可通過數(shù)字孿生模型對輸變電項目進行全方位監(jiān)控，借此掌握各裝置工作狀態(tài)的數(shù)據(jù)資料，并能查看其整體的變化走向。通過虛擬空間，顯現(xiàn)出變電站的實際位置、裝置基本參數(shù)與相關(guān)設(shè)計資料等。這既能提升實際的管控效果與程度，還可有效規(guī)避異常情況的出現(xiàn)，為啟動事故應(yīng)急預(yù)案爭取了更多時間。3.2數(shù)字孿生技術(shù)在綜合能源系統(tǒng)中的應(yīng)用綜合能源系統(tǒng)的概念誕生于熱電協(xié)同優(yōu)化領(lǐng)域，通過熱能與電能的協(xié)同運作，提高能源的利用率。目前主要是指對特定區(qū)域多種能源從生產(chǎn)、存儲、傳輸、消費等多環(huán)節(jié)的整體規(guī)劃、建設(shè)和運行等，使多種能源協(xié)同優(yōu)化，達到節(jié)流的目的，以減少浪費、提高利用率。針對傳統(tǒng)方法僅對單一能源系統(tǒng)分析建模導(dǎo)致能源利用率低、無法達到預(yù)期效果等問題，提出了將數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用到綜合能源系統(tǒng)領(lǐng)域，通過使用高精度傳感器設(shè)備及先進的數(shù)據(jù)獲取方式，采集綜合能源系統(tǒng)多維度、多物理量的實時數(shù)據(jù)及其全生命周期數(shù)據(jù)，融合能源、電氣、熱力、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、計算機等多學科知識，基于數(shù)字孿生技術(shù)云平臺，完成綜合能源系統(tǒng)和虛擬綜合能源系統(tǒng)的實時映射和交互，幫助用戶解決綜合能源系統(tǒng)規(guī)劃問題。3.3變壓器設(shè)備綜合狀態(tài)評估數(shù)據(jù)孿生不僅是面向?qū)ο蟮?，也是面向過程的，設(shè)備數(shù)字孿生體在投資階段、運行階段、運行維護階段、故障階段以及退役階段的價值鏈條上，在保證合理規(guī)劃、優(yōu)質(zhì)工程、安全生產(chǎn)、可靠運行的前提條件下，追求全生命周期最優(yōu)目標。面向全生命周期內(nèi)的變壓器數(shù)字孿生體應(yīng)用模型。進行變壓器設(shè)備健康狀態(tài)評估,難點在于要求評估的對象能夠細化粒度到全網(wǎng)、廠站端、設(shè)備、部件和原子零件等不同層級，因此需要以面向變壓器設(shè)備運維與故障分析的設(shè)備全生命周期推演為例，設(shè)備從設(shè)計、采購、安裝、檢修、臺帳、故障記錄等所有過程性數(shù)據(jù)按時間線進行建模與存儲（設(shè)備數(shù)字孿生體），采用知識圖譜建模方法，對實體、事件的語義關(guān)系與關(guān)聯(lián)關(guān)系進行組織、模擬與存儲，當設(shè)備發(fā)生故障并觸發(fā)相應(yīng)事件后，運檢人員可根據(jù)警報內(nèi)容獲取當前設(shè)備及相關(guān)部件的生命周期進程數(shù)據(jù)，如什么時候進行過檢修，更換零部件情況，出現(xiàn)嚴重隱患與故障情況，每次搶修的過程與解決方案等。通過對設(shè)備的生命周期進行分析與推演，幫助運檢人員快速獲知設(shè)備的安全隱患與功能故障，從而高效快速地完成風險控制與故障維修工作。3.4電網(wǎng)安全生產(chǎn)業(yè)務(wù)管控應(yīng)用借助與3D坐標數(shù)據(jù)的搭配運用，以支持對工作者、裝置、汽車的移動軌跡、工作狀態(tài)，實現(xiàn)全程管控。利用業(yè)務(wù)中臺的安全區(qū)間服務(wù)事項，如兩票管控及安全狀態(tài)評估等，對工作者采取跟蹤式的風險管理，并預(yù)先識別出的工作風險。另外，根據(jù)實地安設(shè)的傳感裝置有效采集到設(shè)備的工作情況，對其狀態(tài)進行準確判斷，提高對工作方案及運行風險等方面的管控與識別準確度。采用桌面終端、移動終端等方式，為業(yè)務(wù)管理、日常管控、輔助決策提供統(tǒng)一的融合平臺。4數(shù)字電網(wǎng)的影響數(shù)字電網(wǎng)的發(fā)展將帶來以下影響：（1）給傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的理論技術(shù)體系與研究方法帶來基礎(chǔ)性變革；（2）給傳統(tǒng)電網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)與技術(shù)模式帶來顛覆性變化；（3）將全面構(gòu)筑基于先進信息化與數(shù)字化技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)體系；（4）在能源生產(chǎn)環(huán)節(jié)，將顯著提升新能源發(fā)電的可觀、可控能力和消納利用水平；（5）在能源供給環(huán)節(jié)，泛布全網(wǎng)的傳感終端將顯著提升電網(wǎng)透明化水平，全域覆蓋的信息通信網(wǎng)絡(luò)將支撐海量物聯(lián)終端形成廣泛連接，支撐實現(xiàn)系統(tǒng)層面電網(wǎng)狀態(tài)、設(shè)備狀態(tài)、管理狀態(tài)的全景透明；（6）在能源消費環(huán)節(jié)，數(shù)字電網(wǎng)將構(gòu)建起更加靈活和柔性的用戶能源配給平臺。結(jié)語數(shù)字孿生技術(shù)將廣泛運用于智慧能源行業(yè)的各個方面，為人類帶來安全、可靠、穩(wěn)定、清潔以及可持續(xù)的能源技術(shù)和能源管理制度。然而，目前國內(nèi)外對數(shù)字孿技術(shù)的研究和應(yīng)用還只處于初步的驗證探索階段，主要原因在于數(shù)字孿生技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)還未獲得完全突破，數(shù)據(jù)收集和處理不完備，多學科融合度不高，數(shù)字孿生的技術(shù)標準尚未成熟，學科也未形成體系。盡管如此，隨著相關(guān)企業(yè)、研究機構(gòu)在數(shù)字孿生領(lǐng)域的研究進一步深入，國家的支持力度也越來越大，數(shù)字孿生在智慧能源行業(yè)的應(yīng)用優(yōu)勢日益凸顯，數(shù)