数字孪生技术助力电网数字化转型

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。

能源革命与数字革命正深度融合。国家电网有限公司加速向数字化转型，推动电网向智慧化方向发展，引领能源互联网建设，打造优势互补、资源共享、互利共赢的能源生态圈。国网信息通信产业集团有限公司开展了数字孪生技术在电网输电、变电和配电领域的研究与应用。未来，数字孪生技术将结合人工智能、云计算、5G等新一代技术，在电网发、输、变、配、用、调各个环节实现应用，推动电网数字化转型。

虚拟走进现实 技术不断创新发展

数字孪生，可理解为现实世界的每一个物体，都在虚拟世界有一个映射或代理。人类可以在虚拟世界中模拟现实社会的运行，从而对现实世界的未来做出预判和必要干预。

1992年，知名计算机和人工智能思想家、耶鲁大学教授大卫·格伦特描述了一个用软件定义的虚拟世界，它和现实世界一一对应。这和数字孪生的概念内涵基本一致。

数字孪生正成为全球信息技术发展的新焦点。2017年，IT研究与顾问咨询公司高德纳（Gartner）对数字孪生的解释是：实物或系统的动态软件模型，在三到五年内，数十亿计的实物将通过数字孪生来表达。2020年4月11日，国家发展改革委、中央网信办印发《关于推进“上云用数赋智”行动 培育新经济发展实施方案》。方案提出，鼓励研究机构、产业联盟举办形式多样的创新活动，围绕解决企业数字化转型所面临的数字基础设施、通用软件和应用场景等难题，聚焦数字孪生体专业化分工中的难点和痛点，引导各方参与提出数字孪生的解决方案。

数字孪生技术具有全景可视化、智能诊断、深度分析和高效决策等优势，将有力推动数字产业化和产品数字化进程。数字孪生正成为国家数字化转型的新抓手。

在电力行业，数字孪生技术已在变电、配电等领域实现了应用。2019年，在第六届世界互联网大会上，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，构建了与真实场景无缝匹配的虚拟场景。2020年11月，雄安新区王家寨数字孪生台区完成部署，公司经营区首个配网数字孪生台区全景展示平台上线试运行。

幕后到前台 助力电网智能管控

“十三五”期间，我国大力建设特高压输变电工程。特高压交直流电网运行特性日趋复杂，线路容量大、距离远、影响范围广，易受复杂多变的自然环境影响。同时，电网业务涵盖发、输、变、配、用各个环节，故障形态日益多样化。

如何通过数字化手段实现电网一张图，有效利用海量电网运行数据、设备监测数据，同时融合外界环境数据、灾害数据，为大电网安全运行提供强有力的支撑，助力电网数字化转型，成为当前公司研究的重点方向之一。

国网信通产业集团所属国网信通股份公司继远软件以国家电网公司电力系统人工智能联合实验室为基础，利用大数据、物联网、云计算等新技术，围绕电网调度和运检应用需求研发了基于数字孪生的电网智能管控平台。

平台于2019年12月上线，以大电网孪生体视角出发，通过装置全息互联、内外部数据深度融合实现一张数字化“透明大电网”，实现事前电网运行全息感知、风险智能预警，事中电网及外部资源快速协同，事后故障智能分析、辅助决策。平台涵盖了发送端电厂通过输电线路到变电站的全景孪生模型。输电方面，平台量化外部灾害电网安全运行风险，将大电网调控运行从传统电网被动响应故障向主动事前预判转变，加强调控运行人员对电网的控制，降低电网潜在风险；变电方面，平台构建各类变电站的三维模型，接入变电站一、二次设备监测和辅控数据，深度集成视频监控和机器人监测，实现了变电站数字孪生，将以人工为主的变电站现场巡检模式转变为主要依托自动化、信息化、智能化技术的远程巡检模式，提升变电运检效率。

“平台可实现通道线路和变电站设备内外部信息全景展示、风险智能预警、故障在线预判及推演分析、历史故障重现追演、远程虚拟巡检等功能。”国网信通股份公司继远软件可视化运营事业部总经理孙飞说，平台可以推进运维资源规范化配置、密集通道智能化运检，全面提升密集通道智能化管控能力。

11月11日17时06分，安徽某地出现强对流天气。国网安徽省电力有限公司调度工作人员立即通过电网智能管控平台开展风险排查，并发出预警通知：“受强对流天气影响，区域两条500千伏线路运行存在风险，影响供电安全。请设备部组织对线路设备开展特巡，请安监部督促相关部门、单位做好应急处置措施，请调控中心组织好相关事故处理预案。”调度工作人员通过电网智能管控平台辨识出薄弱断面，给出预控措施，通过仿真计算掌握风险的演变，并发出预警通知单，辅助协同各部门开展预警故障应急处置，保障大电网安全稳定运行。

安徽境内有6处特高压密集输电通道，总长463千米，承载的电力流大，一旦发生故障就会产生较大影响。“运维人员可随时通过平台调阅通道现场视频、微拍，辅助通道缺陷与隐患处理，尤其是出现强对流、降雨、山洪等极端天气时，可实时掌握通道外部环境及周边情况。”安徽送变电运检分公司专责张晓川说，平台辅助运维检修人员巡线并反馈，提高应急响应速度300%。

截至目前，电网智能管控平台已在±1100千伏、1000千伏、±800千伏等6类电压等级的1000余条输电线路，以及342座换流站和变电站应用，可以预测雷电、山火、汛情等6类电网灾害风险，并实现故障处置时间缩短50%，有效避免大面积停电事故，减轻电网停电影响。平台已获专利4项，包括两项发明专利、两项实用新型专利；发表论文两篇；登记软件著作权1项。

深化应用 促进电网智慧互联

随着建模、物联网、大数据及人工智能技术日趋成熟，数字孪生技术将助力打造智能电网的数字孪生体，为电网辅助规划设计、常态管理、调度指挥、应急处置、智能干预等提供数字化支撑。这项技术对电力系统结构、运行逻辑、交易方式、商业模式、技术体系与管理机制都将带来重要影响。比如，在电力物联网建设的具体场景中，数字孪生技术可应用于支撑虚拟现实下电网的智能规划及优化设计、精准电网故障模拟云测仿真、虚拟电厂、智能设备监控、电力机房调控、变电站设备监控等业务。

“如智慧变电站数字孪生系统，可基于无人机、机器人和传感器等多种监测手段，汇聚变电站一次、二次设备运行监测数据和辅控信息，以人工智能为核心，利用深度学习、知识图谱等能力，结合5G、大数据、边缘计算等技术开展智能诊断、预测性维护。”国网信通股份继远软件技术专家汪春燕介绍，数字孪生技术不仅可以实现变电站设备的精益管理、精益检测和精益管控，还能提升设备全状态量感知力与管控力。

在“新基建”浪潮中，国网信通股份继远软件依托人工智能、物联网等技术优势，将数字孪生与电网运检、调度等业务深度结合，持续优化电网智能管控平台，并打造应用于基建、安监等业务的专业数字孪生应用，助力智慧互联、协同共享的智能电网建设。（孔伟伟 何安明 叶枫）