數字孿生技術讓電網更智慧

　　12月2日，在上海電網500千伏五角場變電站內，上海電力檢修公司運檢人員應用變電站數字孿生系統巡檢設備。突然，系統報警界面提示出現PF1-3風機故障，運檢人員迅速點擊“故障定位”按鈕，系統以三維圖像顯示出該風機的具體位置，并提供相關的回路信息。收到檢修人員上報信息后，上海電力檢修公司迅速開展搶修。

　　變電站數字孿生技術以數字化方式為物理對象創建虛擬模型，模擬變電站在不同運行環境下的狀態。“孿生”的兩個變電站，一個是存在于現實中的實體變電站，負責實際供配電;另一個則存在于虛擬世界中，實時監測實體變電站的運行情況，并通過各類智能技術實現對設備的評估和診斷。上海電力經研院落實國家電網有限公司科技強企工程要求，推進實施數字化轉型工程，探索構建數字孿生系統，助推電網基礎設施管理體系和管理能力現代化發展。

　　多維聚合提供運維檢修新體驗

　　2017年12月，500千伏五角場地下變電站投運。站內有一萬多個主控、輔控信息點。運檢人員陳佳說：“想要定位輔助設備并找到關聯回路只能通過翻閱竣工圖查詢，要是監控系統能展示變電站所有信息該多好。”過去，變電站監控系統只能以圖表和文字形式展現遙信、遙測、遙控等信息。通過遠程系統直觀掌握變電站設備、環境、消防、技防等相關信息，是變電站運檢人員長久以來的愿望。

　　為了給變電站運維工作提供更強大的支撐，2018年3月，數字孿生系統的雛形——變電站全景監視平臺在500千伏五角場變電站率先應用。該平臺應用數字孿生技術建立虛擬變電站三維模型，接入變電站內主控、輔控、安防等設備的探測點，實時感知采集各類狀態信息。該變電站站內的4000多個采集點、19141個信息點通過監控數據與三維數字模型的聯動，實時反映實體變電站運行狀態。不僅如此，數字孿生技術的二三維聯動使該平臺具備地形瀏覽、設備查詢、設備告警等功能。運檢人員不再需要去變電站現場，便可掌握站內各要素的運行狀態。同時，平臺也為變電站實現“不間斷設備巡視”提供了可靠的支持，通過對設備異常及時告警延長了設備使用壽命。

　　上海電力經研院數字化團隊創新思維，通過建立標準化代碼規則，完成模型、信息、圖形的一體化自動關聯方案，提高數據關聯匹配的效率和質量。目前，500千伏五角場變電站全景監視平臺已被列為上海市建筑信息模型技術應用試點項目。

　　智慧大腦構建電網管理新模式

　　經過不斷優化升級，數字孿生系統的功能越來越完善，但僅能“看到”變電站的實時信息對運維管理水平的提升還十分有限。為此，上海電力經研院依托狀態感知、智能決策分析等技術，在數字孿生系統中構建變電站運維輔助“大腦”——專家知識庫和狀態判別模塊，實現了對設備狀態的快速分析、診斷判別和風險預測，進一步提升輸變電工程的可視化、精細化管理水平和智能決策能力。

　　11月27日，110千伏博藝變電站數字孿生系統在10千伏饋203線合閘時發出“控制回路斷線”異常的告警，而后又立馬復歸，線路恢復正常。數字孿生系統判斷其原因為“控制回路斷線發生誤報”，建議“增加位置繼電器判斷延時”。

　　面對這樣的異常誤報，數字孿生系統是如何判斷出來的呢?

　　原來，開關在合閘過程中，位置繼電器的觸點切換不同步，中間會有幾十毫秒跳閘與合閘位置繼電器都閉合的情況，系統會誤報控制回路斷線。這種異常情況經常表現為分合閘時提示“控制回路斷線”異常后又立馬復歸。“像這樣的誤報在變電站運行中十分常見，如果每個誤報都要人員去現場勘查確認，將耗費大量的人力、物力和財力，成本太高。”上海電力經研院數字化團隊成員劉鑫解釋道，“數字孿生系統已將這一系列狀態數據儲存于專家知識庫中，遇到告警便能及時調用和判斷，向運檢人員提供判斷結果并給出建議。”

　　變電站規劃、設計、設備生產、施工、運維、檢修等各階段對系統信息數據的需求不盡相同，這也對數字孿生系統數據的統一性提出要求。針對這一問題，上海電力經研院數字化團隊開展了輸變電工程全壽命周期多源異構數據的統一性研究，編制了上海電網“電網工程數字化交付標準”等相關標準，為打通全過程的多元信息模型提供標準化模式及技術支撐。

　　“新基建”開拓數字孿生新空間

　　通過幾年的試點、推廣和技術演變，目前上海電網已部署了20多個孿生子站系統，并將在2021年正式上線數字孿生變電主站系統，實現子站數據的再聚合，為智能決策提供大數據支撐。

　　今年5月份，上海市政府發布“上海市推進新型基礎設施建設行動方案(2020-2022年)”通知，要求將數字孿生等新技術全面融入城市生產生活，新型基礎設施成為上海經濟高質量發展和城市高效治理的重要支撐。目前數字孿生系統可以為變電站的規劃、設計、施工、運檢提供輔助信息參考，進一步擴大應用面是當前數字孿生技術的發展方向。

　　上海電力經研院在大數據、人工智能、工業互聯網等“新基建”領域全面攻堅核心技術，采用“云-網-端”架構推動數字孿生系統升級，使數字孿生系統應用在個人電腦、移動設備、可穿戴設備等多種前端設備中，實現現實世界與數字世界之間的“動態鏈接”和“雙向傳輸”。

　　未來，運檢人員通過佩戴“數字孿生眼鏡”即可實時查看變電站各類設備狀態，并通過5G網絡接入專家知識庫接收規范作業指導，完成變電站巡檢工作。

　　上海電力經研院將進一步尋求合作、開發機會，結合變電站數字孿生技術發展，將數字孿生理念、系統關鍵技術及設備向供水、供氣、供熱等公共事業及其他行業推廣，提供數據增值服務。