以数字孪生技术赋能新型城镇电力系统

　　近年来，随着云计算、区块链与人工智能等信息技术的发展与应用，以网络化、信息化与智能化深度融合为核心的第四次工业革命驱动全球加速进入以万物互联为显著特征的数字化时代，电力行业紧跟时代潮流，全力推进数字化转型和数字电网建设。
　　（文龙玉江）
　　2020年8月，国资委发布《关于加快推进国有企业数字化转型工作的通知》，指出需通过推进产品创新数字化、推进生产运营智能化，推进用户服务敏捷化，推进产业体系生态化加快推进产业数字化创新，进一步夯实国有企业数字化转型基础，推动国有企业实现高质量发展。为此，贵州电网有限责任公司积极响应，通过引入数字孪生等新一代数字技术，初步形成了数字孪生电网研究方向，计划开展以数字孪生技术赋能新型城镇电力系统研究，以数字孪生为纽带，依托电网数据流引领和优化能量流、业务流，实现物理电网向数字电网的升级，支撑构建以新能源为主体的新型电力系统，助力碳达峰、碳中和战略目标实现。
　　以数字孪生技术赋能新型城镇电力系统
　　研究势在必行
　　南方电网将先进数字技术与业务深度融合，实施数字化转型，建设数字电网，推动公司向智能电网运营商、能源产业价值链整合商、能源生态系统服务商转型。
　　数字孪生技术融合了新型传感、大数据、云计算、人工智能、5G、物联网众多前沿信息技术，通过全息复制、孪生仿真、虚实交互，实现了物理实体全空间尺度、全寿命周期状态的虚拟映射与实时跟踪，能够加强对物理实体的理解与认知，并支撑开展其他辅助服务。
　　开展变电站典型设备数字孪生建模分析。王杰峰摄
　　电力系统数字孪生是电网数据量呈井喷式增长、设备模型日益复杂以及信息技术发展完善等多种背景共同作用下的新产物，通过数字孪生技术将物理电网全要素进行数字化，有利于透过数据关系发现电网运行规律和潜在风险，辅助发电侧实现全面可观、精确可测、高度可控，电网侧形成云边协同的调控体系，用电侧有效聚合海量可调节资源支撑实时动态响应，提升电网的灵活性、开放性、交互性、经济性，是实现电网数字化的重要解决方案之一。
　　2020年，我国能源消费产生的二氧化碳排放占总排放量的88左右，电力行业占能源行业二氧化碳排放总量的42。5左右，电力作为我国碳排放占比最大的单一行业，减排效果对实现双碳目标至关重要。截止2021年底，南方电网公司总装机容量达3。7亿千瓦，非化石能源装机占比超过53，风电、光伏装机占比达15。4，预计到2030年，新能源装机将增加到2。5亿千瓦，服务实现碳达峰目标。
　　然而，在未来的高比例新能源电力系统场景下，作为构建新一代新能源电力系统的重要载体，新型城镇中新能源出力的随机性、波动性和难以预测性被显著放大，可控性与抗干扰能力不足，大幅度增加了电力系统运行控制难度和安全稳定风险，给电网的安全稳定可靠运行带来了巨大挑战。
　　传统电力系统安全稳定的判据和分析方法发生根本性变化，通过数字孪生技术增强对新能源的可观、可测、可控水平，能够支撑新型电力系统运行机理与发展形态、基于数据驱动的新型电力系统分析与控制基础理论和方法等基础研究，给新能源建设与消纳按下快捷键。
　　变电站主变压器数字孪生外观模型
　　以数字孪生技术赋能新型城镇电力系统研究，助力贵州电网实现配电网全要素、全时空的数字化管控。
　　作为符合国家战略部署和南方电网公司重大战略需求的科技前沿课题，此次研究主要解决未来高比例新能源接入的新型城镇配电网优化运行难、灵活性评估及提升缺乏理论与实践基础、现有数字孪生技术无法满足复杂电网运行策略的在线仿真要求等问题。
　　通过研究新型城镇配电网优化运行与灵活性提升方法、研发基于数字孪生的新型城镇电力系统信息云平台，能够在线集成各类电力系统资源，使电网具备超强感知能力、智慧决策能力和快速执行能力，实现电力系统安全稳定运行和资源大范围优化配置，推动电网规划、建设、运维、调度、营销等多专业高效协同，在含高比例新能源接入和需要减碳的电力系统台区具有广阔应用前景。
　　以数字孪生技术赋能新型城镇
　　电力系统研究的展望
　　数字孪生技术在新型城镇电力系统中的核心应用场景是电网调度与电力装备。
　　在电网调度领域，一方面，传统的以物理机理为驱动的分析模式不能满足复杂电网的分析需求，随着高级量测技术的发展应用，汇聚了电网海量运行数据形成高维数据集，基于数字孪生技术可以充分利用运行数据建立电力系统数据模型，辅助电网公司分析系统稳定性和运行裕度等；另一方面，由于新型城镇电力系统中具有新能源、储能、可控负荷等多种耦合不确定性因素，能量协调控制是一个复杂的优化决策问题，基于数字孪生技术进行建模仿真、评估预测和时空推演，制定优化调度运行方案。
　　开展变电站典型设备数字孪生建模分析。王杰峰摄
　　在电力装备领域，一方面，在电力系统规划阶段，基于数字孪生技术通过方案迭代可以实现建设材料的优化选择，并在投运前进行虚拟测试，降低初始成本；另一方面，在装备运维检修阶段，由于电力设备点多面广、运行特征各异，传统的运维检修方法难以对设备状态进行精准评价与精细化管理，基于数字孪生技术对电力装备运行状态进行监测，能够支撑利用新一代人工智能技术对历史故障进行诊断，辅助对薄弱环节进行分析，实现预测性维护。
　　（作者系贵州电网有限责任公司信息中心运行维护部总经理）
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　　见习编辑李泽民
　　责编丨闫志强