數(shù)字孿生電網(wǎng)建設(shè)發(fā)展路徑

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數(shù)字孿生電網(wǎng)技術(shù)體系架構(gòu)

目前電網(wǎng)企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型遇到諸多困難，這其中包括：終端采集監(jiān)控覆蓋不足，缺乏統(tǒng)一規(guī)劃設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)，未實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一物聯(lián)管理；專業(yè)壁壘凸顯，數(shù)據(jù)未有效貫通，數(shù)據(jù)質(zhì)量不高；跨專業(yè)流程不貫通，目標(biāo)不協(xié)同，操作不規(guī)范；電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)不貫通，共享實(shí)時(shí)性不強(qiáng)，數(shù)據(jù)在提高電網(wǎng)安全運(yùn)行水平、效率效益和工作質(zhì)量等方面價(jià)值發(fā)揮不充分；大范圍、大規(guī)模能源優(yōu)化配置資源能力未充分體現(xiàn)；缺乏靈活的清潔能源省間消納交易機(jī)制，新能源消納壓力大；未形成規(guī)模化、體系化發(fā)展態(tài)勢(shì)，缺乏市場(chǎng)化管理模式和互聯(lián)網(wǎng)思維等一系列問(wèn)題。電網(wǎng)企業(yè)通過(guò)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，有望構(gòu)建起覆蓋電網(wǎng)全過(guò)程與生產(chǎn)全環(huán)節(jié)的“數(shù)字孿生電網(wǎng)”，提升復(fù)雜電網(wǎng)駕馭能力；以數(shù)據(jù)作為提升生產(chǎn)力的核心要素，釋放數(shù)據(jù)資產(chǎn)價(jià)值，推動(dòng)生產(chǎn)與運(yùn)營(yíng)模式轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)管理與業(yè)務(wù)變革。可以預(yù)見的是，用數(shù)字化技術(shù)賦能物理電網(wǎng)及設(shè)備，必將成為數(shù)字化轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略落地的成功保障。結(jié)合數(shù)字孿生的定義和物理電網(wǎng)的特點(diǎn)，數(shù)字孿生電網(wǎng)可定義為：充分利用電力系統(tǒng)物理模型、先進(jìn)計(jì)量基礎(chǔ)設(shè)施的在線量測(cè)數(shù)據(jù)、電力系統(tǒng)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，并集成電氣、計(jì)算機(jī)、通信、氣候、經(jīng)濟(jì)等多學(xué)科知識(shí)，在虛擬空間中完成對(duì)電網(wǎng)及設(shè)備的映射和鏡像，通過(guò)數(shù)據(jù)交互實(shí)現(xiàn)基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的物理電網(wǎng)全生命周期仿真、監(jiān)測(cè)、優(yōu)化與驗(yàn)證。基于數(shù)字孿生電網(wǎng)思想，可以深層次開展電網(wǎng)實(shí)際狀態(tài)模擬、電網(wǎng)運(yùn)行故障預(yù)測(cè)與預(yù)警、電網(wǎng)可靠性評(píng)估、關(guān)鍵裝備運(yùn)行狀態(tài)模擬等多方面電網(wǎng)運(yùn)行核心業(yè)務(wù)。數(shù)字孿生電網(wǎng)技術(shù)體系架構(gòu)見圖1。數(shù)字孿生電網(wǎng)是基于“智能電網(wǎng)+數(shù)字化轉(zhuǎn)型”的新思考。數(shù)字孿生電網(wǎng)以能源轉(zhuǎn)型為核心動(dòng)力，以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)作為生產(chǎn)要素，強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)價(jià)值的發(fā)現(xiàn)、創(chuàng)造與展現(xiàn)，是對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)附加綠色消納、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)、開放共享等新概念的升級(jí)與演變，是數(shù)字經(jīng)濟(jì)快速崛起的時(shí)代產(chǎn)物。加快數(shù)字孿生電網(wǎng)框架建設(shè)與戰(zhàn)略布局，相較于已有數(shù)字電網(wǎng)建設(shè)思路具有后發(fā)優(yōu)勢(shì)。數(shù)字孿生電網(wǎng)是智能電網(wǎng)數(shù)字化內(nèi)涵與特征的新體現(xiàn)。打造覆蓋電網(wǎng)全過(guò)程與生產(chǎn)全環(huán)節(jié)的數(shù)字孿生電網(wǎng)，在物理屬性層面上將賦能電網(wǎng)與設(shè)備“狀態(tài)可知、健康可信、風(fēng)險(xiǎn)可控”的安全運(yùn)行保障，將實(shí)現(xiàn)對(duì)新能源出力及負(fù)荷預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確把握；在技術(shù)層面上，將實(shí)現(xiàn)全業(yè)務(wù)數(shù)字化、可視化、場(chǎng)景化新需求，促進(jìn)業(yè)務(wù)流程優(yōu)化再造；在價(jià)值挖掘?qū)用嫔希赏ㄟ^(guò)仿真優(yōu)化與驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)用戶差異化服務(wù)、政府決策支撐，挖掘數(shù)據(jù)價(jià)值潛力，共享電力數(shù)據(jù)資產(chǎn)價(jià)值。數(shù)字孿生電網(wǎng)是驅(qū)動(dòng)能源革命向縱深發(fā)展的新途徑。推進(jìn)數(shù)字孿生電網(wǎng)與能源行業(yè)深度融合，有助于數(shù)字化、清潔化、個(gè)性化、便捷化、開放化用能需求得到滿足，提升人民用能獲得感和滿意度；有助于提高能源利用效率與新能源滲透率，降低能耗和對(duì)傳統(tǒng)化石能源的依賴，實(shí)現(xiàn)更大范圍的協(xié)作與共享，帶動(dòng)能源產(chǎn)業(yè)升級(jí)發(fā)展。

數(shù)字孿生電網(wǎng)建設(shè)實(shí)施路徑

以創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享的新發(fā)展理念為指引，以數(shù)字化技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)的理念與實(shí)體業(yè)務(wù)深度融合為契機(jī)，緊抓國(guó)家和國(guó)網(wǎng)新型數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)機(jī)遇，開展數(shù)字孿生平臺(tái)的研究與應(yīng)用，打造從感知接入層、數(shù)據(jù)資產(chǎn)層、模型賦能層與應(yīng)用賦能層的平臺(tái)型共性技術(shù)體系。圍繞國(guó)網(wǎng)建設(shè)具有中國(guó)特色國(guó)際領(lǐng)先的能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)，以數(shù)字孿生為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵能力垂直擴(kuò)展，向上探索數(shù)字孿生在電網(wǎng)生產(chǎn)運(yùn)行中應(yīng)用實(shí)踐，向下深化數(shù)字孿生可視化與電網(wǎng)業(yè)務(wù)融合力度，全面助力國(guó)網(wǎng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。數(shù)字孿生電網(wǎng)建設(shè)的基礎(chǔ)是構(gòu)建整體框架。數(shù)字孿生具有三個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)環(huán)節(jié)，即：對(duì)實(shí)物系統(tǒng)的量測(cè)感知、數(shù)字空間建模、仿真分析決策。首先，智能感知是對(duì)電網(wǎng)物理實(shí)體進(jìn)行分析控制的前提，需要在實(shí)體系統(tǒng)和設(shè)備上布置眾多小微智能傳感器形成前端感知網(wǎng)絡(luò)；其次，物理電網(wǎng)模型的形式并不僅局限于描述實(shí)體對(duì)象物理規(guī)律的數(shù)學(xué)方程，也可以包括諸如系統(tǒng)可靠性、設(shè)備可靠性等統(tǒng)計(jì)學(xué)模型，然而現(xiàn)有技術(shù)對(duì)相關(guān)評(píng)價(jià)指標(biāo)的研究分析并不深入；再次，數(shù)字孿生電網(wǎng)需要電網(wǎng)數(shù)據(jù)模型統(tǒng)一或者數(shù)據(jù)系統(tǒng)接口統(tǒng)一，才有可能實(shí)現(xiàn)多業(yè)務(wù)資源整合和多業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)擴(kuò)展，構(gòu)建起全業(yè)務(wù)、全時(shí)態(tài)的數(shù)字孿生電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)物理設(shè)備、控制系統(tǒng)和信息系統(tǒng)的互聯(lián)互通。數(shù)字孿生電網(wǎng)建設(shè)的關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)物理電網(wǎng)的數(shù)字鏡像。數(shù)字孿生電網(wǎng)將是公司戰(zhàn)略在智能電網(wǎng)領(lǐng)域的落地實(shí)踐。結(jié)合國(guó)網(wǎng)遼寧電力實(shí)際，以業(yè)務(wù)應(yīng)用為導(dǎo)向，遵循“頂層設(shè)計(jì)、由易漸難、統(tǒng)籌協(xié)調(diào)、開放共享、自上而下”的原則，本著“以業(yè)務(wù)應(yīng)用為導(dǎo)向”、“以全面感知為基礎(chǔ)”、“以數(shù)據(jù)融通為驅(qū)動(dòng)”、“以平臺(tái)共享為核心”的建設(shè)思路，運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)思維、市場(chǎng)化理念和數(shù)字化手段，強(qiáng)化數(shù)據(jù)資源管理和綜合應(yīng)用，解決實(shí)際問(wèn)題，豐富應(yīng)用場(chǎng)景，建立“橫向協(xié)同，縱向貫通”和“全環(huán)節(jié)、全貫通、全覆蓋、全生態(tài)、全場(chǎng)景”的數(shù)字孿生電網(wǎng)，倒逼專業(yè)管理精益化與管理模式轉(zhuǎn)變，確保電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、經(jīng)營(yíng)績(jī)效提升、服務(wù)質(zhì)量改善、業(yè)務(wù)創(chuàng)新發(fā)展。發(fā)展目標(biāo)：以數(shù)字孿生技術(shù)作為推動(dòng)實(shí)現(xiàn)企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型為抓手，在基礎(chǔ)能力提升方面，建立健全科研創(chuàng)新體系，打造一支高素質(zhì)的科研人才隊(duì)伍，突破一批支撐數(shù)字孿生發(fā)展的重大關(guān)鍵技術(shù)，形成系列國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的重要科技成果，在產(chǎn)品及服務(wù)打造方面，形成運(yùn)檢、調(diào)度等電網(wǎng)生成運(yùn)行業(yè)務(wù)和企業(yè)經(jīng)營(yíng)管理領(lǐng)域的重點(diǎn)產(chǎn)品和服務(wù)。發(fā)展策略：牢牢把握新型數(shù)字基礎(chǔ)建設(shè)契機(jī)，以專業(yè)需求為導(dǎo)向，以電網(wǎng)運(yùn)行管理數(shù)字化、智能化為主線，以設(shè)備可靠性和系統(tǒng)可靠性提升為落腳點(diǎn)，在平臺(tái)建設(shè)、裝置升級(jí)、數(shù)據(jù)共享等方面全面發(fā)展，助推具有中國(guó)特色國(guó)際領(lǐng)先的能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)建設(shè)。

結(jié)論與展望

本文在電網(wǎng)企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型研究基礎(chǔ)上，提出了數(shù)字孿生電網(wǎng)電網(wǎng)的實(shí)施途徑。未來(lái)數(shù)字孿生電網(wǎng)將具有非常好的應(yīng)用前景，能夠?yàn)槠髽I(yè)帶來(lái)實(shí)際價(jià)值，幫助企業(yè)解決重要戰(zhàn)略問(wèn)題，創(chuàng)造更為安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)的電網(wǎng)運(yùn)行環(huán)境。隨著新技術(shù)的發(fā)展和提升，企業(yè)能夠以更加有效的資源整合，在更短的時(shí)間內(nèi)對(duì)數(shù)字孿生挖掘出更大的應(yīng)用價(jià)值。國(guó)網(wǎng)遼寧電力將認(rèn)真貫徹落實(shí)建設(shè)具有中國(guó)特色國(guó)際領(lǐng)先的能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)戰(zhàn)略，加快數(shù)字孿生電網(wǎng)頂層設(shè)計(jì)和建設(shè)步伐，在“十四五”期間基本建成具有遼寧地域特色的數(shù)字孿生電網(wǎng)，支撐清潔能源消納水平提升，服務(wù)碳排放國(guó)際承諾目標(biāo)實(shí)現(xiàn)，助推國(guó)家能源清潔轉(zhuǎn)型，保障遼寧電網(wǎng)安全穩(wěn)定高效運(yùn)行。

作者：劉一濤 劉佳鑫 單位：國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院