数字孪生技术让电网更智慧

12月2日，在上海电网500千伏五角场变电站内，上海电力检修公司运检人员应用变电站数字孪生系统巡检设备。突然，系统报警界面提示出现PF1-3风机故障，运检人员迅速点击“故障定位”按钮，系统以三维图像显示出该风机的具体位置，并提供相关的回路信息。收到检修人员上报信息后，上海电力检修公司迅速开展抢修。

变电站数字孪生技术以数字化方式为物理对象创建虚拟模型，模拟变电站在不同运行环境下的状态。“孪生”的两个变电站，一个是存在于现实中的实体变电站，负责实际供配电；另一个则存在于虚拟世界中，实时监测实体变电站的运行情况，并通过各类智能技术实现对设备的评估和诊断。上海电力经研院落实国家电网有限公司科技强企工程要求，推进实施数字化转型工程，探索构建数字孪生系统，助推电网基础设施管理体系和管理能力现代化发展。

多维聚合提供运维检修新体验

2017年12月，500千伏五角场地下变电站投运。站内有一万多个主控、辅控信息点。运检人员陈佳说：“想要定位辅助设备并找到关联回路只能通过翻阅竣工图查询，要是监控系统能展示变电站所有信息该多好。”过去，变电站监控系统只能以图表和文字形式展现遥信、遥测、遥控等信息。通过远程系统直观掌握变电站设备、环境、消防、技防等相关信息，是变电站运检人员长久以来的愿望。

为了给变电站运维工作提供更强大的支撑，2018年3月，数字孪生系统的雏形——变电站全景监视平台在500千伏五角场变电站率先应用。该平台应用数字孪生技术建立虚拟变电站三维模型，接入变电站内主控、辅控、安防等设备的探测点，实时感知采集各类状态信息。该变电站站内的4000多个采集点、19141个信息点通过监控数据与三维数字模型的联动，实时反映实体变电站运行状态。不仅如此，数字孪生技术的二三维联动使该平台具备地形浏览、设备查询、设备告警等功能。运检人员不再需要去变电站现场，便可掌握站内各要素的运行状态。同时，平台也为变电站实现“不间断设备巡视”提供了可靠的支持，通过对设备异常及时告警延长了设备使用寿命。

上海电力经研院数字化团队创新思维，通过建立标准化代码规则，完成模型、信息、图形的一体化自动关联方案，提高数据关联匹配的效率和质量。目前，500千伏五角场变电站全景监视平台已被列为上海市建筑信息模型技术应用试点项目。

智慧大脑构建电网管理新模式

经过不断优化升级，数字孪生系统的功能越来越完善，但仅能“看到”变电站的实时信息对运维管理水平的提升还十分有限。为此，上海电力经研院依托状态感知、智能决策分析等技术，在数字孪生系统中构建变电站运维辅助“大脑”——专家知识库和状态判别模块，实现了对设备状态的快速分析、诊断判别和风险预测，进一步提升输变电工程的可视化、精细化管理水平和智能决策能力。

11月27日，110千伏博艺变电站数字孪生系统在10千伏馈203线合闸时发出“控制回路断线”异常的告警，而后又立马复归，线路恢复正常。数字孪生系统判断其原因为“控制回路断线发生误报”，建议“增加位置继电器判断延时”。

面对这样的异常误报，数字孪生系统是如何判断出来的呢？

原来，开关在合闸过程中，位置继电器的触点切换不同步，中间会有几十毫秒跳闸与合闸位置继电器都闭合的情况，系统会误报控制回路断线。这种异常情况经常表现为分合闸时提示“控制回路断线”异常后又立马复归。“像这样的误报在变电站运行中十分常见，如果每个误报都要人员去现场勘查确认，将耗费大量的人力、物力和财力，成本太高。”上海电力经研院数字化团队成员刘鑫解释道，“数字孪生系统已将这一系列状态数据储存于专家知识库中，遇到告警便能及时调用和判断，向运检人员提供判断结果并给出建议。”

变电站规划、设计、设备生产、施工、运维、检修等各阶段对系统信息数据的需求不尽相同，这也对数字孪生系统数据的统一性提出要求。针对这一问题，上海电力经研院数字化团队开展了输变电工程全寿命周期多源异构数据的统一性研究，编制了上海电网“电网工程数字化交付标准”等相关标准，为打通全过程的多元信息模型提供标准化模式及技术支撑。

“新基建”开拓数字孪生新空间

通过几年的试点、推广和技术演变，目前上海电网已部署了20多个孪生子站系统，并将在2021年正式上线数字孪生变电主站系统，实现子站数据的再聚合，为智能决策提供大数据支撑。

今年5月份，上海市政府发布“上海市推进新型基础设施建设行动方案（2020-2022年）”通知，要求将数字孪生等新技术全面融入城市生产生活，新型基础设施成为上海经济高质量发展和城市高效治理的重要支撑。目前数字孪生系统可以为变电站的规划、设计、施工、运检提供辅助信息参考，进一步扩大应用面是当前数字孪生技术的发展方向。

上海电力经研院在大数据、人工智能、工业互联网等“新基建”领域全面攻坚核心技术，采用“云-网-端”架构推动数字孪生系统升级，使数字孪生系统应用在个人电脑、移动设备、可穿戴设备等多种前端设备中，实现现实世界与数字世界之间的“动态链接”和“双向传输”。

未来，运检人员通过佩戴“数字孪生眼镜”即可实时查看变电站各类设备状态，并通过5G网络接入专家知识库接收规范作业指导，完成变电站巡检工作。

上海电力经研院将进一步寻求合作、开发机会，结合变电站数字孪生技术发展，将数字孪生理念、系统关键技术及设备向供水、供气、供热等公共事业及其他行业推广，提供数据增值服务。