2021年12月05日 | 数字孪生技术：轻松应对源网荷储一体化和多能互补

中国储能网讯：有人说她是数字化电网的“全能医生”，具有三维空间里“千里眼”“顺风耳”的独特本领；有人说她是新型电力系统的“私人管家”，能够轻松应对源网荷储一体化和多能互补的各种挑战。当新型电力系统邂逅数字孪生技术，将会擦出怎样的火花？

“数字孪生技术在电网数字化转型中将发挥极其重要的关键支撑作用，应用前景广阔。先进数字技术将显著增强电力系统的全面准确感知、规模计算分析和灵活快速调节能力，将传统物理电网通过数字技术实现映射，实现电网、设备、用户、交易、管理的全面可观、可测、可控。”近日，南方电网数字电网研究院有限公司总经理李鹏接受《中国电力报》记者专访时表示。

以新能源为主的新型电力系统源荷有着波动性强、复杂程度高、耦合度强等特点，电网的物理形态将发生变化，需要大量的信息采集、运行分析、校核计算等确保电网的安全稳定和可靠供电，数字孪生技术将结合人工智能、云计算、5G等新一代技术，在发、输、变、配、用、储等各个环节实现全方位应用，推动电网数字化转型。

数字孪生对数字电网意义重大

“将数字孪生技术引入到电网，可以实现物理电网的同步映射，将彻底改变我们观察、分析、控制电网的方式，数字孪生对于建设数字电网意义重大。”国网雄安新区供电公司副总经理刘海峰告诉《中国电力报》记者说，数字孪生技术本身具有的高效决策、深度分析等特点，将在电网运行控制、工程设计施工、设备全寿命管理、客户优质服务以及企业经营管理等方面发挥重要作用。

举个例子，数字孪生技术可用于设备维护与故障预测。数字孪生提供物理实体的实时虚拟化映射，设备传感器将电流、电压、温度、振动等数据实时输入数字孪生模型，并将设备使用环境数据输入模型，通过数字孪生在设备出现故障前提早进行预测，实现复杂设备的故障诊断和寿命评估。

施耐德电气高级副总裁、能源管理中压业务中国区负责人徐韶峰接受《中国电力报》记者采访时说：“数字孪生技术能够通过大数据采集和数字化模型构建，对物理世界进行精准映射，价值在于利用这些可视化的数据进行仿真和预测，从而为电网规划设计、建设实施、运维服务等全生命周期内的各环节带来回馈价值。”

作为全球能效管理领域的领导者，施耐德电气打造了以电网模型为基础、基于EcoStruxureTM三层架构的数字孪生平台。在数字孪生应用架构的底层，可以通过智能设备、智能表计等手段广泛采集物理世界的多源数据，形成全场景、跨系统空间的大数据集；在中间层，则以公有云、私有云或混合云为平台，对不同来源、不同格式的数据进行融合和处理；最上层，则通过开放的API接口，让数据可以二次开发和集成，服务于数字电网的各个具体场景，营造多平台、跨终端的卓越用户体验。

数字孪生技术在电网崭露头角

“今年6月，国内首个基于新一代设备监控系统和数字孪生技术的集控站在雄安投运。今年10月，首个数字孪生综合管廊电力舱在雄安投运。以数字孪生为代表的新技术应用，实现电网透明化、在线化、自动化管控，大幅提高工作效率，显著节约运维成本。”刘海峰告诉《中国电力报》记者说。

今年5月，施耐德电气携合作伙伴发布联合创新计划，双方成功实施一个变电站智能化运维项目，改造前，该变电站采用的传统2D运维平台不够直观，设备种类、数量繁杂，无法统一管理，多种数据类型无法在统一平台集成，运维人员无法预判可能出现的故障及事故。

改造后，数字孪生解决方案提供了配电站全场景三维建模还原、全站设备内外结构可视化展示、运维模拟数据实时获取、设备台账实时查看及故障模拟预判等一系列功能，和改造前相比，节省了大量时间、财力成本，大幅提升了运维效率，此外还有效缩减了配电站的效能损耗。

“目前，数字孪生技术在电网应用还总体处于起步阶段，面向‘双碳’目标和新型电力系统建设，需进一步通过对各类元件的全面感知、互联和灵活调节，提升新能源、柔性负荷、储能等大规模市场主体接入、控制、运营和区域自治能力，支持电网快速自愈、优化运行和智能决策。”李鹏接受《中国电力报》记者采访时表示。

应对构建新型电力系统的新需求，施耐德电气发布了具有前瞻性的绿色能源管理理念。“基于数字孪生技术的创新解决方案，势必将作为绿色能源管理解决方案的重要组成部分，帮助用户轻松应对源网荷储一体化和多能互补挑战，助力以新能源为主体的新型电力系统的数字化转型。”徐韶峰说。

观点

从梦想走进现实

随着5G、云计算、物联网、大数据、人工智能等技术广泛应用，城市建设、建筑、工业、能源、文游等各个行业掀起了一场数字化转型浪潮，数字孪生以数字化的形式在虚拟空间中构建与物理世界一致的高保真模型，通过信息交互反馈与数据融合，可以实现对现实物理世界进行评估、分析、诊断及预测等各项功能。

在电力行业中，数字孪生技术已经在变电、配电领域实现了一定应用。例如2019年新投运的乌镇“互联网之光”博览会新展馆10千伏配电房运用数字孪生技术；2019年6月，坐落于中新天津生态城旅游区的110千伏游乐港智能变电站全息模型建设完成；2020年11月，雄安新区王家寨数字孪生台区完成部署；2020年12月24日，上海浦东供电公司应用“共智”配电网数字孪生评价系统，开展配电网全生命周期运行、监控与运维分析业务。

这是数字孪生技术首次在新一代配电网规划、建设、维护和管理中应用，能够满足电网运维和管理人员在日常以及应急各种工作场景下的需求。初步构建了云—管—边—端各类应用场景，特别在输电巡视、配电房、台区监测方面有一定规模应用，但总体上呈现碎片化、小规模试点应用的特点。

面向“双碳”目标和新型电力系统建设，需进一步通过对各类元件的全面感知、互联和灵活调节，提升新能源、柔性负荷、储能等大规模市场主体接入、控制、运营和区域自治能力，支持电网快速自愈、优化运行和智能决策。

在应用过程中，要考虑几个方面的因素，一是在采集层，要考虑多种物理量采集的小型化、智能化、一体化采集终端，解决面向不同应用场景的需要；二是在端侧，要根据业务场景需要，考虑一定边缘计算能力的装置，通过边缘计算终端和智能算法就地解决简单重复类的数据采集和分析，提高效率；三是在云端要充分进行数据融合分析，推动各类数据驱动应用。