基于數字孿生的數字電網建設探究

梁卓識

（廣東電網有限責任公司陽江供電局，廣東 陽江 529600）

數字配電網是傳統配電網向智能電網轉型的重要步驟，是實現可再生能源和分布式能源高效利用的重要手段。數字配電網的建設面臨著諸多的挑戰，如系統規模大、復雜度高、運行成本高等。數字孿生作為一種新興的虛擬仿真技術，能夠通過對現實世界中的物理系統進行建模、分析和優化，為數字配電網的建設提供了新的思路和方法。本文旨在探究數字孿生在數字配電網建設中的應用。

1 數字配電網分析

數字配電網是指利用信息通信技術和物聯網技術，對傳統配電網進行升級改造，使其具備智能化、互聯互通、安全可靠和高效節能等特點的電力系統。數字配電網的建設旨在提高電力系統的可靠性、可用性和可持續性，實現對分布式能源和電動汽車等新興負載的接入和管理，促進電力系統的清潔能源化、低碳化和智能化。

數字配電網的建設可以分為3 個階段。第一階段是傳統配電網的基礎建設階段，主要包括電力設備的安裝和配套設施的建設。第二階段是數字化改造階段，主要利用信息通信技術和物聯網技術對傳統配電網進行數字化改造。第三階段是智能化升級階段，主要利用人工智能、大數據分析和云計算等新興技術對數字化配電網進行智能化升級，實現數字配電網的智能化管理和優化運行。

2 數字孿生在數字配電網中的作用和優勢

2.1 減少建設和運維成本

數字孿生技術能夠在虛擬環境下進行數字配電網的建模和仿真，節省了現場建設和運維的成本，同時也減少了對人員的依賴。通過數字孿生技術，可以在虛擬環境中進行電力系統的故障排除和運行優化，減少了現場維護和調試的時間和成本。

2.2 提高電力系統的可靠性和安全性

數字孿生技術能夠對電力系統進行全面的建模和仿真，模擬各種運行場景下的電力系統行為和響應，為電力系統的可靠性和安全性提供了保障。通過數字孿生技術，可以預測電力系統的故障和異常，提前采取措施，保障電力系統的穩定運行。

2.3 提高電力系統的效率和可持續性

數字孿生技術能夠對電力系統進行智能化管理和優化運行，提高電力系統的效率和可持續性。通過數字孿生技術，可以實現電力系統的動態優化和調整，最大限度地利用分布式能源和電動汽車等新興負載，促進電力系統的清潔能源化和低碳化。

2.4 提高電力系統的可視化和透明度

數字孿生技術能夠將電力系統以可視化的形式呈現出來，方便用戶對電力系統進行實時監測和管理。通過數字孿生技術，可以實現電力系統的全面監測和數據分析，為電力系統的決策和規劃提供數據支持和決策依據。

3 基于數字孿生的數字配電網建設關鍵技術

3.1 建立物理模型和數學模型

數字孿生模型的建立需要充分考慮電力系統的物理結構和運行特點，同時需要充分考慮數字孿生模型的準確性和實時性。建立電力系統的物理模型和數學模型可以通過CAD 技術進行建模，也可以通過現場數據采集等手段獲取。

3.2 實時數據采集和處理技術

數字孿生模型需要保證實時性和準確性，能夠及時反映電力系統的運行狀態和變化[1]。實時數據采集和處理技術可以通過傳感器和物聯網等技術實現。

3.3 高性能計算和存儲技術

數字孿生模型的計算能力和存儲空間是數字孿生技術在數字配電網建設中的關鍵技術之一，需要采用高性能計算和存儲技術，以保證數字孿生模型的計算能力和存儲空間。

3.4 人工智能和機器學習技術

人工智能和機器學習技術可以對數字孿生模型進行優化和改進，提高數字孿生模型的精度和可靠性，進一步促進數字配電網的智能化、可持續化和高效化發展。

4 基于數字孿生的數字配電網建設路徑

4.1 加強數字孿生技術的研究和開發

隨著數字化和智能化技術的快速發展，數字孿生技術在電力系統中的應用越來越廣泛。數字孿生技術可以通過虛擬仿真技術，將電力系統的物理結構和運行特點數字化，形成數字孿生模型，實現對電力系統的實時監測和管理，提高數字配電網的可靠性和安全性。因此，加強數字孿生技術的研究和開發，促進數字配電網的智能化和自主化運行，是數字配電網建設的重要舉措。首先，建立數字孿生模型的理論框架和技術體系，對數字孿生技術的概念、模型、算法等方面進行深入研究。同時，需要加強數字孿生技術在電力系統中的應用研究，通過實踐探索和經驗總結，完善數字孿生技術在數字配電網建設中的應用方法和路徑。其次，加強數字孿生模型的數據支撐和算法優化。數據支撐方面，需要完善數字孿生模型的數據采集和處理技術，加強實時數據采集和處理，以提高數字孿生模型的實時性和準確性。算法優化方面，需要采用人工智能和機器學習等技術，對數字孿生模型進行優化和改進。最后，加強數字孿生技術與其他技術的融合和創新。數字孿生技術與物聯網、人工智能、大數據等技術的融合，實現數字配電網的智能化和自主化運行，以提高數字配電網的效率和可持續性。

4.2 完善數字配電網的物聯網架構

完善數字配電網的物聯網架構（圖1），可以實現對電力系統的實時監測和管理，提高數字配電網的可靠性和安全性。

具體措施包括：①傳感器網絡的建設。數字配電網需要建立傳感器網絡，實現對電力系統各個節點的實時監測和數據采集。通過傳感器網絡，可以實現對電力系統中電壓、電流、功率等參數的實時監測和數據采集，為數字配電網的智能化運維和故障處理提供數據支持。②數據采集和處理平臺的建設。數字配電網需要建立數據采集和處理平臺，實現對電力系統數據的實時采集、處理和存儲。數據采集和處理平臺需要具備高效的數據采集、處理和存儲能力，以實現對電力系統的實時監測和管理，提高數字配電網的可靠性和安全性。③云計算和大數據技術的應用。數字配電網需要應用云計算和大數據技術，實現對電力系統數據的實時分析和優化。通過云計算和大數據技術，可以對電力系統的數據進行深度挖掘和分析，實現對電力系統的優化運行和故障預測，提高數字配電網的效率和可持續性。④物聯網平臺的建設。數字配電網需要建立物聯網平臺，實現對電力系統的遠程監控和管理。物聯網平臺需要具備高效的數據采集、處理和存儲能力，以實現對電力系統的遠程監控和管理，提高數字配電網的可靠性和安全性。

4.3 建立數字孿生模型的數據平臺

數字孿生模型需要依靠大量的數據支持，才能實現對電力系統的精準建模和仿真分析。數字孿生模型的數據平臺需要實現對電力系統數據的實時采集、處理和存儲，以為數字孿生模型的建立和優化提供支持[2]。如圖2所示。

圖2 基于數字孿生模型的數據平臺

首先，建立數字孿生模型的數據平臺需要采用現代化的數據采集和處理技術，實現對電力系統的數據實時采集和處理。數據采集方面，可以采用傳感器網絡、物聯網等技術，實現對電力系統各個節點的實時數據采集。數據處理方面，需要建立高效的數據處理平臺，實現對電力系統數據的實時處理和存儲，為數字孿生模型的建立和優化提供數據支持。其次，建立數字孿生模型的數據平臺需要實現對電力系統數據的智能化分析和優化。通過應用人工智能、大數據等技術，可以對電力系統數據進行深度分析和優化，實現對電力系統的智能化運行和優化。數字孿生模型的數據平臺需要建立相應的數據分析和優化模型，提高數字孿生模型的精度和可靠性。最后，建立數字孿生模型的數據平臺需要建立完善的數據安全和隱私保護機制，實現對電力系統數據的安全管理和控制[3]。數字孿生模型的數據平臺需要加強對敏感數據的保護，避免敏感數據的泄露和濫用，保障數字孿生模型的安全和可靠性。

4.4 加強數字配電網的智能化運維

在數字配電網智能化運維中，基于數字孿生的措施可以提高系統的可靠性和效率。如圖3 所示。

圖3 數字配電網智能化運維流程

具體措施如下：①建立智能化運維平臺，基于實際配電系統的數據和參數，建立智能化運維平臺，內容包括系統結構、設備特性、電能質量等，實現對配電系統的實時監控[4]。②實時數據采集，利用傳感器和監測設備，實時采集配電系統的數據和狀態信息，并將其傳輸到運維平臺中，實現實時反饋和監控。③數據處理和分析，利用數據挖掘和人工智能技術，對采集到的數據進行處理和分析，提取關鍵信息，診斷故障，預測設備壽命和故障率等，為決策提供支持[5]。④智能化決策，基于數據分析結果實現對配電系統的智能化決策，包括設備的優化調度、運行控制、設備維護等。⑤智能化維護，基于數據分析結果實現對配電系統設備的智能化維護，包括定期維護、在線診斷、預防性維修等，提高設備壽命和運行效率。⑥虛擬仿真和實驗，利用數字孿生技術，進行虛擬仿真和實驗，驗證設備的設計和運行方案，評估系統的運行風險和可靠性。⑦可視化展示和交互，利用虛擬現實技術，將智能化平臺運行可視化展示出來，并提供用戶交互功能，實現對配電系統的遠程監控和操作[6]。

4.5 加強數字配電網的管理和協同

數字孿生技術可以實現數字配電網內各設備和系統之間的協同和管理[7]，進一步提升數字配電網的效率和可靠性，協同管理架構如圖4 所示。

圖4 數字配電網協同管理架構

具體措施包括：①建立數字孿生模型。數字孿生模型是數字化轉型的核心內容之一，可以實現對電力系統的實時監測和管理。數字孿生模型通過虛擬仿真技術，將電力系統的物理結構和運行特點數字化，形成數字孿生模型，實現對電力系統的實時監測和管理[8]。②實現數字化運營。數字化運營是數字化轉型的關鍵內容之一，可以實現數字配電網內各設備和系統之間的協同和管理，提高數字配電網的效率和可靠性。數字化運營需要通過數字孿生技術和物聯網技術實現對數字配電網的實時監測和管理，實現數字配電網內各設備和系統之間的協同和管理，提高數字配電網的效率和可靠性。③優化協同機制。數字配電網需要優化協同機制，實現數字配電網內各設備和系統之間的協同和管理，提高數字配電網的效率和可靠性。

5 結束語

數字孿生技術是數字化轉型的重要支撐，數字配電網的建設需要結合數字孿生技術和智能化技術，實現對電力系統的實時監測和管理，提高數字配電網的效率和可靠性。數字配電網的建設還需要注重數據安全和隱私保護，加強數字孿生技術和智能化技術的研究和開發，提高數字化轉型的水平和效率，促進數字配電網的可持續發展。