數字孿生電網建設發展路徑

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數字孿生電網技術體系架構

目前電網企業數字化轉型遇到諸多困難，這其中包括：終端采集監控覆蓋不足，缺乏統一規劃設計和標準，未實現統一物聯管理；專業壁壘凸顯，數據未有效貫通，數據質量不高；跨專業流程不貫通，目標不協同，操作不規范；電網運行數據不貫通，共享實時性不強，數據在提高電網安全運行水平、效率效益和工作質量等方面價值發揮不充分；大范圍、大規模能源優化配置資源能力未充分體現；缺乏靈活的清潔能源省間消納交易機制，新能源消納壓力大；未形成規?；?、體系化發展態勢，缺乏市場化管理模式和互聯網思維等一系列問題。電網企業通過數字化轉型，有望構建起覆蓋電網全過程與生產全環節的“數字孿生電網”，提升復雜電網駕馭能力；以數據作為提升生產力的核心要素，釋放數據資產價值，推動生產與運營模式轉變，實現管理與業務變革。可以預見的是，用數字化技術賦能物理電網及設備，必將成為數字化轉型戰略落地的成功保障。結合數字孿生的定義和物理電網的特點，數字孿生電網可定義為：充分利用電力系統物理模型、先進計量基礎設施的在線量測數據、電力系統歷史運行數據，并集成電氣、計算機、通信、氣候、經濟等多學科知識，在虛擬空間中完成對電網及設備的映射和鏡像，通過數據交互實現基于數據驅動的物理電網全生命周期仿真、監測、優化與驗證。基于數字孿生電網思想，可以深層次開展電網實際狀態模擬、電網運行故障預測與預警、電網可靠性評估、關鍵裝備運行狀態模擬等多方面電網運行核心業務。數字孿生電網技術體系架構見圖1。數字孿生電網是基于“智能電網+數字化轉型”的新思考。數字孿生電網以能源轉型為核心動力，以數據驅動作為生產要素，強調數據價值的發現、創造與展現，是對能源互聯網附加綠色消納、數據驅動、開放共享等新概念的升級與演變，是數字經濟快速崛起的時代產物。加快數字孿生電網框架建設與戰略布局，相較于已有數字電網建設思路具有后發優勢。數字孿生電網是智能電網數字化內涵與特征的新體現。打造覆蓋電網全過程與生產全環節的數字孿生電網，在物理屬性層面上將賦能電網與設備“狀態可知、健康可信、風險可控”的安全運行保障，將實現對新能源出力及負荷預測的準確把握；在技術層面上，將實現全業務數字化、可視化、場景化新需求，促進業務流程優化再造；在價值挖掘層面上，可通過仿真優化與驗證，實現用戶差異化服務、政府決策支撐，挖掘數據價值潛力，共享電力數據資產價值。數字孿生電網是驅動能源革命向縱深發展的新途徑。推進數字孿生電網與能源行業深度融合，有助于數字化、清潔化、個性化、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，降低能耗和對傳統化石能源的依賴，實現更大范圍的協作與共享，帶動能源產業升級發展。

數字孿生電網建設實施路徑

以創新、協調、綠色、開放、共享的新發展理念為指引，以數字化技術和互聯網的理念與實體業務深度融合為契機，緊抓國家和國網新型數字基礎設施建設機遇，開展數字孿生平臺的研究與應用，打造從感知接入層、數據資產層、模型賦能層與應用賦能層的平臺型共性技術體系。圍繞國網建設具有中國特色國際領先的能源互聯網企業長遠發展的戰略目標，以數字孿生為基礎實現關鍵能力垂直擴展，向上探索數字孿生在電網生產運行中應用實踐，向下深化數字孿生可視化與電網業務融合力度，全面助力國網數字化轉型。數字孿生電網建設的基礎是構建整體框架。數字孿生具有三個關鍵的技術環節，即：對實物系統的量測感知、數字空間建模、仿真分析決策。首先，智能感知是對電網物理實體進行分析控制的前提，需要在實體系統和設備上布置眾多小微智能傳感器形成前端感知網絡；其次，物理電網模型的形式并不僅局限于描述實體對象物理規律的數學方程，也可以包括諸如系統可靠性、設備可靠性等統計學模型，然而現有技術對相關評價指標的研究分析并不深入；再次，數字孿生電網需要電網數據模型統一或者數據系統接口統一，才有可能實現多業務資源整合和多業務環節擴展，構建起全業務、全時態的數字孿生電網，實現物理設備、控制系統和信息系統的互聯互通。數字孿生電網建設的關鍵是實現物理電網的數字鏡像。數字孿生電網將是公司戰略在智能電網領域的落地實踐。結合國網遼寧電力實際，以業務應用為導向，遵循“頂層設計、由易漸難、統籌協調、開放共享、自上而下”的原則，本著“以業務應用為導向”、“以全面感知為基礎”、“以數據融通為驅動”、“以平臺共享為核心”的建設思路，運用互聯網思維、市場化理念和數字化手段，強化數據資源管理和綜合應用，解決實際問題，豐富應用場景，建立“橫向協同，縱向貫通”和“全環節、全貫通、全覆蓋、全生態、全場景”的數字孿生電網，倒逼專業管理精益化與管理模式轉變，確保電網安全經濟運行、經營績效提升、服務質量改善、業務創新發展。發展目標：以數字孿生技術作為推動實現企業數字化轉型為抓手，在基礎能力提升方面，建立健全科研創新體系，打造一支高素質的科研人才隊伍，突破一批支撐數字孿生發展的重大關鍵技術，形成系列國內領先的重要科技成果，在產品及服務打造方面，形成運檢、調度等電網生成運行業務和企業經營管理領域的重點產品和服務。發展策略：牢牢把握新型數字基礎建設契機，以專業需求為導向，以電網運行管理數字化、智能化為主線，以設備可靠性和系統可靠性提升為落腳點，在平臺建設、裝置升級、數據共享等方面全面發展，助推具有中國特色國際領先的能源互聯網企業建設。

結論與展望

本文在電網企業數字化轉型研究基礎上，提出了數字孿生電網電網的實施途徑。未來數字孿生電網將具有非常好的應用前景，能夠為企業帶來實際價值，幫助企業解決重要戰略問題，創造更為安全穩定經濟的電網運行環境。隨著新技術的發展和提升，企業能夠以更加有效的資源整合，在更短的時間內對數字孿生挖掘出更大的應用價值。國網遼寧電力將認真貫徹落實建設具有中國特色國際領先的能源互聯網企業戰略，加快數字孿生電網頂層設計和建設步伐，在“十四五”期間基本建成具有遼寧地域特色的數字孿生電網，支撐清潔能源消納水平提升，服務碳排放國際承諾目標實現，助推國家能源清潔轉型，保障遼寧電網安全穩定高效運行。

作者：劉一濤 劉佳鑫 單位：國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院