數(shù)字孿生變電站在電網(wǎng)企業(yè)數(shù)智化轉(zhuǎn)型的運(yùn)用研究

摘" 要：20世紀(jì)初，耶魯大學(xué)提出數(shù)字孿生概念，經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)變得更加成熟，開(kāi)始在各領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。將數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用到變電站之中，依托其物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，以站內(nèi)數(shù)字化綜合管理、電網(wǎng)三維設(shè)計(jì)共享為需求點(diǎn)，采用通信技術(shù)采集變電站內(nèi)全景監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，構(gòu)建模型，能夠更直接、動(dòng)態(tài)地反饋?zhàn)冸娬救芷诘倪\(yùn)行。將數(shù)字孿生變電站運(yùn)用到電網(wǎng)企業(yè)數(shù)智化轉(zhuǎn)型之中，將會(huì)利用技術(shù)有效推動(dòng)轉(zhuǎn)型發(fā)展，幫助電網(wǎng)企業(yè)更好地適應(yīng)日益增長(zhǎng)用電需求，會(huì)對(duì)今后電網(wǎng)企業(yè)整體發(fā)展產(chǎn)生積極影響。將通過(guò)對(duì)數(shù)字孿生基本情況的介紹，對(duì)數(shù)字孿生變電站展開(kāi)分析，進(jìn)而就數(shù)字孿生變電站在電網(wǎng)數(shù)智化轉(zhuǎn)型中的應(yīng)用展開(kāi)深度探討，僅供參考。

關(guān)鍵詞：數(shù)字孿生技術(shù)" 數(shù)字孿生變電站" 數(shù)據(jù)資產(chǎn)" 生產(chǎn)作業(yè)" 電網(wǎng)企業(yè)

中圖分類(lèi)號(hào)：TM73

Research on the Application of Digital Twin Substations in the Digital Transformation of Power Grid Enterprises

XU Min

Sanming Yiyuan Electric Power Survey and Design Co.， Ltd.， Sanming， Fujian Province， 365000 China

Abstract： In the early 20th century， Yale University proposed the concept of digital twins， after years of development， the technology has become more mature， and has begunbegan to be widely used in various fields. The application of digital twin technology to the substation， relying on the construction of the Internet of Things （IOT）， takes with the digital comprehensiveintegrated management in the station and the three-dimensional designand sharing of the power grid 3D design as the demand point， it adopts the communication technology to collect the panoramic monitoring data in the substation and build the model， which can feedback the operation of the whole life cycle of the substation more directly and dynamically. The application of digital twin substations to in the digital intelligent transformation of power grid enterprises will use technology to effectively promote transformation and development through technology， help power grid enterprises better adapt to the growing demand for electricity， and will have a positive impact on the overall development of power grid enterprises in the future. This article will introduceThrough the introduction of the basic situation of digital twins， the digital twin substation is analyzed， and then the application of digital twin substation in the digital intelligent transformation of power grid is further discussed exploredin depth， for reference only.

Key Wwords： Digital twin technology; Digital twin substation; Data assets; Production operations; Power grid enterprises

數(shù)字孿生是物理對(duì)象數(shù)字模型，會(huì)通過(guò)進(jìn)行模型構(gòu)建的方式完成物理對(duì)象相關(guān)數(shù)據(jù)接收和分析，進(jìn)而展開(kāi)相關(guān)演化操作，為相關(guān)決策和管理工作開(kāi)展提供依據(jù)。會(huì)通過(guò)對(duì)物理對(duì)象全生命周期進(jìn)行診斷和分析的方式，做好相關(guān)預(yù)測(cè)，按照仿真結(jié)果，對(duì)相關(guān)決策進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，能夠?yàn)楣芾砉ぷ鏖_(kāi)展提供有力支撐。

1 ""數(shù)字孿生技術(shù)在變電站應(yīng)用的背景介紹

隨著工業(yè)化進(jìn)程的加快和能源消耗的增加，以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)“雙高”“雙峰”特征凸顯。數(shù)字孿生技術(shù)的成熟發(fā)展，能夠推進(jìn)數(shù)字電網(wǎng)的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)智能運(yùn)維、遠(yuǎn)程作業(yè)，促使電力系統(tǒng)平衡、安全和穩(wěn)定，更好地服務(wù)于“雙碳”目標(biāo)。

"基于變電站已有的輔助設(shè)備智能監(jiān)控系統(tǒng)和三維模型設(shè)計(jì)，融合數(shù)字孿生技術(shù)，提出變電站數(shù)字交互系統(tǒng)架構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。數(shù)字孿生技術(shù)能夠利用各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息內(nèi)容，完成虛擬空間映射，進(jìn)而對(duì)實(shí)體裝備全生命周期過(guò)程進(jìn)行有效分析和研究。

2 "數(shù)字孿生變電站[A1]

現(xiàn)階段變電站安全分區(qū)分為生產(chǎn)控制大區(qū)和管理信息大區(qū)。生產(chǎn)控制大區(qū)可分為控制區(qū)（又稱(chēng)安全Ⅰ區(qū)）和非控制區(qū)（又稱(chēng)安全Ⅱ區(qū)），管理信息大區(qū)分為安全Ⅲ區(qū)和安全Ⅳ區(qū)。輔助設(shè)備智能監(jiān)控系統(tǒng)位于安全Ⅱ區(qū)，電力數(shù)據(jù)采集、自動(dòng)化系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、能量管理等位于安全Ⅰ區(qū)，通過(guò)61850協(xié)議，可以將上述系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的信息送往站內(nèi)綜合應(yīng)用服務(wù)器。具體分區(qū)如圖1。

將變電站數(shù)字孿生系統(tǒng)置于安全Ⅳ區(qū)，利用綜合應(yīng)用服務(wù)器接收的站內(nèi)全景監(jiān)視數(shù)據(jù)和變電站三維設(shè)計(jì)模型，以電力標(biāo)準(zhǔn)化的E文本格式文件傳輸，搭建實(shí)時(shí)交互的變電站數(shù)字孿生可視化平臺(tái)。

數(shù)字孿生智慧變電站設(shè)計(jì)，與傳統(tǒng)變電站相比會(huì)更加智能，在視頻孿生平臺(tái)的支持之下，達(dá)到對(duì)變電站所有要素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行有效整合和分析的目標(biāo)。能夠在AI以及大數(shù)據(jù)等技術(shù)的支持之下，完成對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)的綜合分析，構(gòu)建數(shù)字孿生變電站駕駛艙，進(jìn)而對(duì)變電站運(yùn)行安全以及設(shè)備運(yùn)行情況等各項(xiàng)信息進(jìn)行精準(zhǔn)掌控，保證變電站運(yùn)行決策精準(zhǔn)度，確保變電站整體運(yùn)行能夠達(dá)到最佳狀態(tài)。數(shù)字孿生變電站不僅能夠?qū)ΜF(xiàn)場(chǎng)實(shí)景態(tài)勢(shì)進(jìn)行實(shí)時(shí)掌控，同時(shí)還能夠做好現(xiàn)場(chǎng)安全態(tài)勢(shì)監(jiān)控、環(huán)境態(tài)勢(shì)監(jiān)控、設(shè)備運(yùn)維管理等各項(xiàng)工作。可以通過(guò)構(gòu)建數(shù)字孿生變電站系統(tǒng)的方式，利用數(shù)字孿生監(jiān)控平臺(tái)，對(duì)監(jiān)控防控區(qū)域整體情況進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測(cè)，在發(fā)現(xiàn)異常狀況時(shí)，直接由三維場(chǎng)景進(jìn)行報(bào)警，確保能夠在短時(shí)間內(nèi)確定故障發(fā)生位置以及發(fā)生情況，掌握現(xiàn)場(chǎng)實(shí)景態(tài)勢(shì)，能夠精準(zhǔn)完成報(bào)警事件處理，在短時(shí)間內(nèi)解決各項(xiàng)問(wèn)題，保證變電站運(yùn)行安全。可以對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，自動(dòng)發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常狀況并報(bào)警，保證技術(shù)人員能夠在短時(shí)間內(nèi)快速完成設(shè)備故障處理，做好設(shè)備運(yùn)維管控。能夠在三維場(chǎng)景中實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站工作人員行為的有效識(shí)別和管控，做到精準(zhǔn)定位、及時(shí)報(bào)警等各項(xiàng)處理，保證在風(fēng)險(xiǎn)事件發(fā)生時(shí)可以快速定位，并展開(kāi)科學(xué)處置，做好全流程管控工作，為變電站高質(zhì)量運(yùn)行保駕護(hù)航。

3" 電網(wǎng)企業(yè)數(shù)智化轉(zhuǎn)型必要性分析[A2]

因?yàn)槭艿降貐^(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、能源改革等各方面因素影響，在電價(jià)下調(diào)等政策推出之后，傳統(tǒng)電量增長(zhǎng)拉動(dòng)營(yíng)收盈利的經(jīng)營(yíng)模式已經(jīng)不適應(yīng)現(xiàn)代發(fā)展需求，電網(wǎng)企業(yè)需要按照整體市場(chǎng)實(shí)際情況，對(duì)自身經(jīng)營(yíng)策略進(jìn)行優(yōu)化，以便達(dá)到有效提高經(jīng)營(yíng)效益的目標(biāo)。為解決傳統(tǒng)生產(chǎn)作業(yè)模式人力、物力等投入過(guò)大的問(wèn)題，企業(yè)需要做好轉(zhuǎn)型工作，以保證整體電網(wǎng)企業(yè)運(yùn)行不會(huì)受到干擾，可以更好地適應(yīng)市場(chǎng)發(fā)展需求，獲得長(zhǎng)久發(fā)展。就現(xiàn)階段而言，企業(yè)轉(zhuǎn)型必要性主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。（1）數(shù)智化轉(zhuǎn)型有利于合理使用數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理和應(yīng)用，存在數(shù)據(jù)資料過(guò)于龐雜以及數(shù)據(jù)量過(guò)大等方面問(wèn)題，在進(jìn)行數(shù)據(jù)使用過(guò)程中，會(huì)按照單一任務(wù)完成單站以及單次等各項(xiàng)數(shù)據(jù)的獲取，并沒(méi)有將海量數(shù)據(jù)具有的價(jià)值充分發(fā)揮出來(lái)，多數(shù)數(shù)據(jù)并沒(méi)有得到合理使用。（2）數(shù)智化轉(zhuǎn)型有利于加快生產(chǎn)模式智能化進(jìn)程。生產(chǎn)作業(yè)存在一定問(wèn)題，雖然已經(jīng)開(kāi)始推行無(wú)人值班模式，但帶電檢測(cè)以及倒閘操作等，均需要人工操作才能夠完成，專(zhuān)家系統(tǒng)支持力度相對(duì)有限，整體生產(chǎn)作業(yè)模式，工作效率相對(duì)較低，智能化水平有待提高。（3）數(shù)智化轉(zhuǎn)型有利于快速發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障。設(shè)備運(yùn)維成本控制是保證企業(yè)效益獲取的重要渠道之一，如果在進(jìn)行設(shè)備運(yùn)維過(guò)程中，需要投入大量人力和物力，很難實(shí)現(xiàn)對(duì)成本的有效管控，無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行故障，導(dǎo)致出現(xiàn)修復(fù)成本增加以及電量損失等問(wèn)題，需要妥善處理。

4 "數(shù)智化轉(zhuǎn)型方式方法

鑒于數(shù)字孿生變電站所具有的優(yōu)勢(shì)和價(jià)值，需要根據(jù)電網(wǎng)企業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展存在的實(shí)際問(wèn)題，制定出具體數(shù)智化轉(zhuǎn)型方式方法，將數(shù)字孿生變電站應(yīng)用價(jià)值發(fā)揮到最大，確保能夠?yàn)檎w電網(wǎng)智能化運(yùn)行貢獻(xiàn)出更大的力量。

在具體進(jìn)行操作過(guò)程中，需要按照變電站現(xiàn)有情況以及設(shè)備運(yùn)行各項(xiàng)條件，展開(kāi)前端狀態(tài)感知網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，利用前端裝置做好數(shù)據(jù)化采集，科學(xué)完成標(biāo)準(zhǔn)化接口設(shè)置，做好統(tǒng)一接入站端輔控系統(tǒng)建設(shè)。通過(guò)構(gòu)建數(shù)字孿生評(píng)價(jià)系統(tǒng)平臺(tái)的方法，做好評(píng)價(jià)系統(tǒng)平臺(tái)以及前端感知裝置和站端輔控系統(tǒng)之間的軟硬件聯(lián)調(diào)處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站內(nèi)外各項(xiàng)情況的有效監(jiān)測(cè)，掌握環(huán)境運(yùn)維狀態(tài)以及一、二次設(shè)備運(yùn)行情況等各項(xiàng)信息，保證能夠在數(shù)字孿生以及其他技術(shù)的支持之下，達(dá)到對(duì)變電站實(shí)景各項(xiàng)態(tài)勢(shì)進(jìn)行精準(zhǔn)掌控的目標(biāo)。做好前端實(shí)時(shí)感知數(shù)據(jù)以及二次遙測(cè)遙信等各項(xiàng)數(shù)據(jù)的融合，通過(guò)對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行有效分析和總結(jié)的方式，結(jié)合對(duì)歷史數(shù)據(jù)的研究，利用數(shù)據(jù)展開(kāi)數(shù)字孿生評(píng)價(jià)系統(tǒng)運(yùn)行，保證整體狀態(tài)感知的全面性和及時(shí)性，確保可以利用數(shù)據(jù)對(duì)各項(xiàng)設(shè)備運(yùn)行以及環(huán)境運(yùn)維等情況做出精準(zhǔn)判斷。

通過(guò)不斷對(duì)運(yùn)維檢修方式進(jìn)行創(chuàng)新和調(diào)整的方法，利用數(shù)字孿生系統(tǒng)完成電力物聯(lián)網(wǎng)裝置的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)智能化運(yùn)維模式，減少人力方面投入。對(duì)數(shù)據(jù)以及軟件等方面開(kāi)發(fā)需求進(jìn)行全方面研究，做好數(shù)字化創(chuàng)新產(chǎn)品的研發(fā)和使用，保證能夠?yàn)閿?shù)字孿生變電站建設(shè)以及數(shù)據(jù)資產(chǎn)變現(xiàn)等工作開(kāi)展提供不斷支持。通過(guò)構(gòu)建設(shè)備虛擬空間數(shù)字鏡像映射模型的方式，利用數(shù)字孿生技術(shù)以及其他先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)的精準(zhǔn)把控，保證能夠根據(jù)狀態(tài)變化情況，為相關(guān)決策工作開(kāi)展提供支撐，確保變電站整體運(yùn)行可以達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)。

5" 結(jié)語(yǔ)

電網(wǎng)企業(yè)需要明確認(rèn)識(shí)到電網(wǎng)數(shù)智化轉(zhuǎn)型的重要性以及必要性，需要通過(guò)對(duì)數(shù)字孿生技術(shù)的深度分析，合理通過(guò)對(duì)數(shù)字孿生變電站的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，達(dá)到對(duì)電網(wǎng)數(shù)智化轉(zhuǎn)型的有效推動(dòng)，保證企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力能夠得到不斷提升，在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中始終處于不敗之地。強(qiáng)調(diào)在進(jìn)行數(shù)字孿生變電站建設(shè)過(guò)程中，需要做好數(shù)據(jù)和算法決策的使用，通過(guò)對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行深度研究和分析的方式，掌握變電站整體運(yùn)行動(dòng)態(tài)，按照綜合態(tài)勢(shì)做出最佳決策，進(jìn)而切實(shí)提升公司數(shù)智化水平的目標(biāo)，確保整體公司管理和運(yùn)營(yíng)均能夠達(dá)到理想狀態(tài)，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字化、智能化有效轉(zhuǎn)型。

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建議恢復(fù)刪掉的圖片，圖表輔助說(shuō)明比較形象、直觀、生動(dòng)，否則文章偏于理論性敘述，缺乏技術(shù)性、實(shí)踐性，比較空泛。

詞部分偏于理論論述，且涉及較多管理內(nèi)容，建議進(jìn)行精簡(jiǎn)