基于數字孿生體的現代電網設備管理體系研究與建設路徑

國網泰州供電公司 姚建光 王 健 孫泰龍 潘煜斌 蔣中軍

1 必要性

1.1 支撐電網企業新時代發展戰略

江蘇公司緊扣能源轉型大勢和公司發展戰略，深刻把握設備管理在新型電力系統中的戰略定位，持續建設堅強智能電網，推動電網和企業轉型升級，共建能源服務生態圈。電網設備作為最基礎、最重要的資產，利用現代前沿技術，推進電網設備管理逐漸向數字化、透明化轉型，不斷提升電網的資源配置能力、安全保障能力和智能互動能力已經勢在必行。

1.2 提升泰州電網設備管理質效

近年來，泰州公司大力推進智能運檢體系的深化建設以及“大云物移智鏈”與設備管理的融合應用，在設備狀態深度感知、數據融合分析等智能化應用實踐方面已取得了一定成果，但仍存在設備全量數據融合應用不足、設備管理策略與投資成本需要進一步優化等問題。因此，迫切需要充分利用人工智能、數字孿生等前沿技術，構建基于數字孿生體的現代電網設備管理體系，推進設備管理變革和技術創新，強化運行管理與資產管理，提升設備管理標準化、精益化、智能化水平，高效服務地方經濟社會發展，有力支撐國網公司戰略目標落地[1]。

2 研究思路

泰州公司緊扣國網公司新時代發展戰略與江蘇公司發展目標，充分借鑒國網大連公司《供電企業基于數據融合的智能化電網安全運行管理》管理創新成果的創建思路，創新推動數字孿生技術應用，融合現代設備管理理論與泰州公司設備管理實際，聚焦設備實物運動與價值運動，打通物聯網數據、業務系統數據貫通路徑，打造電網設備數字孿生體，強化數字融合驅動與業務場景驅動，推動原管理創新成果建設思路在泰州公司設備管理的推廣應用與迭代發展。通過數字孿生、“大云物移智”等先進技術與電網設備管理的融合應用，構建基于數字孿生體的現代電網設備管理體系，實現物理電網在高維數字空間全壽命周期的動態復制，推動“自決策式”設備狀態管理，深化電網設備價值管理，運用數字化、智能化手段，為設備管理賦能賦智，推進設備管理逐漸向數字化、透明化轉型，提升設備綜合管理質效，促進電網裝備高質量發展[2]。

圖1 基于數字孿生體的現代電網設備管理思路

3 建設路徑

本文結合現代設備管理理論和電網企業自身的管理現狀，從優化設備管理目標和組織機制、推進電網設備管理數字化轉型、強化“自決策式”設備狀態管理、推動電網設備價值形態管理、助力打造合作共贏新生態五個方面提出關鍵建設路徑和措施建議[3]。

3.1 優化設備管理目標和組織機制

3.1.1 強化使命驅動，明確設備管理目標

泰州公司堅持安全發展理念，落實“設備主人制”，層層壓實責任、層層傳導責任，始終把安全生產擺在各項工作突出位置，突出源頭防范和綜合治理，注重基礎保障和狀態管控，通過開展基于數字孿生體的現代電網設備管理體系研究，全面提升設備狀態全息感知能力、泛在連接能力、開放共享能力和融合創新能力，不斷提升電網安全、質量、效率和優質服務水平，進一步夯實安全管理基礎，切實做到守土有責、勇于擔當，確保設備安全管理“三杜絕、三防范”，牢牢守住安全生產“生命線”。

3.1.2 加強組織領導，壓緊壓實管理責任

著眼項目推廣與創新實踐有序進行，按照“統一指揮，高度集中”工作思路，建立工作組織架構。成立由分管領導為組長，運檢部、財務部、發展部負責人為成員的領導組，對項目各階段進行總體部署，決策項目推進過程中的重大問題，統籌安排相關資源。設置輸、變、配三個專業工作組，負責關鍵技術研發等負責項目建設、實施以及推廣等具體工作。

3.1.3 健全工作機制，實施閉環管控

著力健全管理決策、協調監督、綜合評估、風險管控等四大工作機制，高效推進管理創新各項工作。一是建立科學的管理決策機制，定期開展數字孿生等先進技術在系統內外部設備管理應用實踐的專題調研，輔助領導小組決策重大事項。二是建立協調監督機制，定期召開項目推進會，協調解決項目推廣實施過程中的重點、難點問題，精準管控項目進度，不斷優化項目內容及計劃。三是建立綜合評估機制，建立項目推廣考核評價體系，對相關部門及基層單位在重點任務開展、推廣應用實踐、員工廣泛參與等方面進行監督考評。四是建立風險管控機制，通過指標、數據研判等方式查找項目推進過程中存在的薄弱環節及風險隱患，提前落實風控措施[4]。

3.2 推進電網設備管理數字化轉型

3.2.1 深化理念轉型，構建電力系統高維數字空間

立足電力設備物聯網建設基礎，基于系統工程思想，依托數字孿生、物聯網和人工智能等先進技術，創新提出電力系統數字孿生體理念，將電力系統數字孿生體理念與電網設備管理充分結合，廣泛利用“大云物移智鏈”、數字孿生等先進技術，從孿生數據、數字模型、共享接口三個構成要素，搭建電網設備管理的數字孿生體，打造設備管理跨時空全局視圖。

3.2.2 實時動態孿生，打造電網跨時空全局視圖

一是分解孿生對象，確保孿生“零死角”。將電力系統構成要素按照不同性質進行充分解耦，確定數字孿生對象包括物理實體、業務流程、服務系統三大類。二是確定孿生維度，賦予物質“多屬性”。電網設備管理數字孿生體需要從時間和空間兩個維度進行孿生，并根據實際確定孿生精細度，自主布設感知裝置的位置、數量以及采集頻率，確保感知信息類型全覆蓋且不會造成數據冗余。

3.2.3 強化數據驅動，激發電力系統內生發展動力

電力系統數字孿生體以數據和模型為核心驅動力，實現動態描述、仿真服務、孿生共智三大功能。依托電力系統數字孿生體，實現設備狀態的動態描述、設備運行以及各項業務場景的仿真模擬與態勢預測、數據資源的全局共享，推動電力系統逐步自我優化、自我決策與內生發展，促進能源供需對接、資源要素重組、產業融通創新，進一步凸顯電力系統在保障能源安全、促進能源生產和消費革命、引領能源行業轉型發展方面的價值作用。

3.3 強化“自決策式”設備狀態管理

3.3.1 加強要素自主感知，實現設備全域“虛實可視”

通過編制輸變電、配用電物聯網通用標準協議，實現各類感知終端互聯互通互操作。研發標準化輸變電智能無線感知裝備以及邊緣物聯代理裝備，綜合分析設備關鍵指標與缺陷歷史運行數據，實現智慧物聯標準研發和物聯網建設、設備狀態精準實時感知、設備智能化升級、全要素狀態立體感知，部署多元智能感知手段，推進全要素自動感知。同時成立智能運檢中心，運用數字孿生技術建設“運檢全專業、設備全壽命、縣域全覆蓋”的智能運檢新體系，構建基于視覺技術的“電力天眼”智能識別系統，運用數字孿生技術深度挖掘設備大數據價值，支撐電網的全景智能化建設與運營構建三維可視監測模型，繪制設備動態畫像。

3.3.2 挖掘風險內在機理，促進管理策略“自主優化”

一是開展狀態評估與預測，構建變壓器健康狀態綜合評價模型，綜合評估主變健康狀態，并預測設備剩余運行時長、負載能力等健康軌跡，自主生成檢修及維護建議。二是強化故障預警與預判，對設備缺陷/故障特征參數進行深層提取，建立設備缺陷/故障自動研判與預測模型，利用三維全局視圖以及設備運行虛擬數據，推動設備管理從“被動搶修”向“主動防范”轉變。建開展區域停電風險模擬預測。綜合分析搶修類型、故障點分布等信息，自動對比并生成最佳搶修方案及資源調配策略，推動精準主動搶修，提高搶修效率。三是加強新能源并網分析，輔助性支撐“規劃建設”。基于基礎數據模擬預測并生成設備負載調整、供配電設備新增規劃等方案，輔助電網規劃、設備投資及調度運行等。

3.3.3 推進云邊協同應用，確保安全管控“智能高效”

一是開展邊緣智能分析，依托邊緣物聯代理裝置，搭建面向基層設備管理業務的去中心化數據處理架構及標準邊緣計算框架，實現設備簡單缺陷/故障的就地智能識別與原因初判，和對設備異常狀態的及時發現，提高現場安全運行水平。二是推動智能聯動運維，借助邊緣物聯代理，接入多光譜視頻攝像頭等火災監測報警裝置告警信息，將視頻、圖像等信息進行初步解析并上傳，實現主輔設備智能聯動交互以及全方位立體安全防護，提高現場立體防護水平。三是強化虛擬現實交互，基于設備實物“ID”編碼，輔助現場作業，并支持專家現場實景遠程會商，強化智能移動終端等技術融合應用，依托數字孿生全景智慧平臺，建立熱穩定限額預測應用模型，精準預測和安全評估動態增容能力，提高現場作業管控水平。

3.4 推動電網設備價值形態管理

3.4.1 筑牢實物“ID”基礎，提升數據貫通能力

按照整站整線方式，梳理輸變配、保護通信、信息設備賦碼擴展實際需求，拓展設備實物“ID”賦碼范圍，實現應賦盡賦。以實物“ID”為紐帶，關聯物資移動收發貨、財務智能盤點、運檢移動巡檢和設備盤點功能應用，賦予設備獨一無二的“數字身份證”，確?！皬臉I務流程中產生數據、數據錄入入口唯一”，提升設備全壽命周期數據貫通共享價值。

3.4.2 搭建成本核算模型，促進成本精益配置

針對每一類設備，梳理全壽命周期內設備管理各項業務內容，按標準工藝過程拆解標準事項清單。基于數字孿生體海量歷史數據，按照標準事項清單，分項提取工程量、人工工日與成本科目及投入，結合國網運維檢修成本管理要求，制定定額基準標準，實現基于最小費用控制對象的項目量、價關系匹配。搭建成本核算與預測模型，根據設備所處狀態，自動核算設備運維檢修所需費用，推進設備運檢成本合理配置[5]。

3.4.3 強化投資價值預測，確保電網高質量發展

一是基于電網設備數字孿生體，貫通財務數據，明確初始投資成本、運維檢修成本等在單體設備的成本分攤及歸集規則，搭建每一類設備及總資產的全壽命周期資產墻管理模型，結合資產平均使用壽命，進行技改規模預測，結合設備浴盆曲線，進行資產檢修規模預測，平衡設備運行可靠性與經濟最優原則，輔助制定主、配網改造投資比例與策略。二是整合區域新增用電需求、電網整體運行情況等多源數據，通過對各種規劃方案及結果進行模擬仿真及可視化展示，在數字孿生空間實現多規合并疊加，精準定位融合空間，并依托三維全局視圖布設區域電網建設“一張藍圖”，搭建區域電網整體投資效益評價模型，促進電網可靠經濟均衡發展。

3.5 助力打造合作共贏新生態

3.5.1 建立數據共享機制，延伸數據服務價值

依托電網設備的數字孿生體建設與應用，通過建立數據共享機制，強化數據資源價值深層挖掘，面向各專業、各基層單位和用戶提供開放共享數據服務，支撐企業經營、電網建設、營商環境、綜合能源、新興業務等優化建設，提高企業整體競爭力。

3.5.2 發揮資源平臺優勢，促進各方互利共贏

以電網設備數字孿生體為載體，為能源產業鏈相關方為上下游企業提供信息與資源集合的共享平臺，加強與設備制造商、終端用戶及政府部門等的交流互動，促進全環節、全要素供需對接和資源優化配置，促進能源整體利用效率提升，助力能源產業協同發展，促進產業鏈上下游、各利益相關方形成共生、互生和再生的利益共同體。

4 實施效果

4.1 推動設備管理模式轉型和質效提升

通過“大云物移智鏈”、數字孿生等前沿技術與設備管理業務的集成創新，統籌兼顧設備物質運動形態、價值運動形態管理績效綜合最優。效率提升方面，借助新型傳感器、數字化表計等智能裝備，有效減少運檢人員站線巡視、表計抄錄等機械化工作，擴展了電網設備管理的廣度和深度，促進設備管理逐步自我優化、自我決策與內生發展。作業模式方面，泰州無人機巡檢模式得到省公司認可并于今年在全省推廣泰州模式。電網安全方面，構建設備缺陷特征庫，依托深度學習等人工智能算法，實現缺陷、故障的精準識別、精確定位。

4.2 提升電網實物資產保值增值能力

通過電網設備數字孿生體建設，進一步優化設備管理策略，電網生產效率明顯提升，運維檢修成本大幅降低，因故障停電帶來的經濟損失明顯減少，間接增加了售電收入。并通過加強跨專業間的規劃與計劃銜接，實施項目精準投資，大力推進提質增效工作，提升了設備綜合效益，實現公司價值最大化，持續提升公司競爭力。

4.3 助推區域經濟社會特色發展

通過開展基于數字孿生體的現代電網設備管理體系與建設路徑研究，為產業鏈相關方提供了資源平等共享、高效配置平臺，形成了政府及社會、用戶、能源電力及上下游企業普遍受益的價值體系，促進了開放、競爭、有序的產業生態建設。同時，進一步發揮供電企業的平臺和資源優勢，以能源數據持續服務民生發展，助力泰州打造江蘇高質量發展中部支點城市。

緊密圍繞國網公司戰略目標和設備管理專業要求，研究基于數字孿生體的現代電網設備管理體系與建設路徑，推動狀態動態監測、場景預測與仿真分析、資源共享與生態建設，為產業鏈相關方提供資源平等共享、高效配置平臺，圍繞設備全壽命周期發展，剖析設備管理的物質、價值層次，推進設備管理逐漸向數字化、透明化轉型。