数字孪生电网建设发展路径

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数字孪生电网技术体系架构

目前电网企业数字化转型遇到诸多困难，这其中包括：终端采集监控覆盖不足，缺乏统一规划设计和标准，未实现统一物联管理；专业壁垒凸显，数据未有效贯通，数据质量不高；跨专业流程不贯通，目标不协同，操作不规范；电网运行数据不贯通，共享实时性不强，数据在提高电网安全运行水平、效率效益和工作质量等方面价值发挥不充分；大范围、大规模能源优化配置资源能力未充分体现；缺乏灵活的清洁能源省间消纳交易机制，新能源消纳压力大；未形成规模化、体系化发展态势，缺乏市场化管理模式和互联网思维等一系列问题。电网企业通过数字化转型，有望构建起覆盖电网全过程与生产全环节的“数字孪生电网”，提升复杂电网驾驭能力；以数据作为提升生产力的核心要素，释放数据资产价值，推动生产与运营模式转变，实现管理与业务变革。可以预见的是，用数字化技术赋能物理电网及设备，必将成为数字化转型战略落地的成功保障。结合数字孪生的定义和物理电网的特点，数字孪生电网可定义为：充分利用电力系统物理模型、先进计量基础设施的在线量测数据、电力系统历史运行数据，并集成电气、计算机、通信、气候、经济等多学科知识，在虚拟空间中完成对电网及设备的映射和镜像，通过数据交互实现基于数据驱动的物理电网全生命周期仿真、监测、优化与验证。基于数字孪生电网思想，可以深层次开展电网实际状态模拟、电网运行故障预测与预警、电网可靠性评估、关键装备运行状态模拟等多方面电网运行核心业务。数字孪生电网技术体系架构见图1。数字孪生电网是基于“智能电网+数字化转型”的新思考。数字孪生电网以能源转型为核心动力，以数据驱动作为生产要素，强调数据价值的发现、创造与展现，是对能源互联网附加绿色消纳、数据驱动、开放共享等新概念的升级与演变，是数字经济快速崛起的时代产物。加快数字孪生电网框架建设与战略布局，相较于已有数字电网建设思路具有后发优势。数字孪生电网是智能电网数字化内涵与特征的新体现。打造覆盖电网全过程与生产全环节的数字孪生电网，在物理属性层面上将赋能电网与设备“状态可知、健康可信、风险可控”的安全运行保障，将实现对新能源出力及负荷预测的准确把握；在技术层面上，将实现全业务数字化、可视化、场景化新需求，促进业务流程优化再造；在价值挖掘层面上，可通过仿真优化与验证，实现用户差异化服务、政府决策支撑，挖掘数据价值潜力，共享电力数据资产价值。数字孪生电网是驱动能源革命向纵深发展的新途径。推进数字孪生电网与能源行业深度融合，有助于数字化、清洁化、个性化、便捷化、开放化用能需求得到满足，提升人民用能获得感和满意度；有助于提高能源利用效率与新能源渗透率，降低能耗和对传统化石能源的依赖，实现更大范围的协作与共享，带动能源产业升级发展。

数字孪生电网建设实施路径

以创新、协调、绿色、开放、共享的新发展理念为指引，以数字化技术和互联网的理念与实体业务深度融合为契机，紧抓国家和国网新型数字基础设施建设机遇，开展数字孪生平台的研究与应用，打造从感知接入层、数据资产层、模型赋能层与应用赋能层的平台型共性技术体系。围绕国网建设具有中国特色国际领先的能源互联网企业长远发展的战略目标，以数字孪生为基础实现关键能力垂直扩展，向上探索数字孪生在电网生产运行中应用实践，向下深化数字孪生可视化与电网业务融合力度，全面助力国网数字化转型。数字孪生电网建设的基础是构建整体框架。数字孪生具有三个关键的技术环节，即：对实物系统的量测感知、数字空间建模、仿真分析决策。首先，智能感知是对电网物理实体进行分析控制的前提，需要在实体系统和设备上布置众多小微智能传感器形成前端感知网络；其次，物理电网模型的形式并不仅局限于描述实体对象物理规律的数学方程，也可以包括诸如系统可靠性、设备可靠性等统计学模型，然而现有技术对相关评价指标的研究分析并不深入；再次，数字孪生电网需要电网数据模型统一或者数据系统接口统一，才有可能实现多业务资源整合和多业务环节扩展，构建起全业务、全时态的数字孪生电网，实现物理设备、控制系统和信息系统的互联互通。数字孪生电网建设的关键是实现物理电网的数字镜像。数字孪生电网将是公司战略在智能电网领域的落地实践。结合国网辽宁电力实际，以业务应用为导向，遵循“顶层设计、由易渐难、统筹协调、开放共享、自上而下”的原则，本着“以业务应用为导向”、“以全面感知为基础”、“以数据融通为驱动”、“以平台共享为核心”的建设思路，运用互联网思维、市场化理念和数字化手段，强化数据资源管理和综合应用，解决实际问题，丰富应用场景，建立“横向协同，纵向贯通”和“全环节、全贯通、全覆盖、全生态、全场景”的数字孪生电网，倒逼专业管理精益化与管理模式转变，确保电网安全经济运行、经营绩效提升、服务质量改善、业务创新发展。发展目标：以数字孪生技术作为推动实现企业数字化转型为抓手，在基础能力提升方面，建立健全科研创新体系，打造一支高素质的科研人才队伍，突破一批支撑数字孪生发展的重大关键技术，形成系列国内领先的重要科技成果，在产品及服务打造方面，形成运检、调度等电网生成运行业务和企业经营管理领域的重点产品和服务。发展策略：牢牢把握新型数字基础建设契机，以专业需求为导向，以电网运行管理数字化、智能化为主线，以设备可靠性和系统可靠性提升为落脚点，在平台建设、装置升级、数据共享等方面全面发展，助推具有中国特色国际领先的能源互联网企业建设。

结论与展望

本文在电网企业数字化转型研究基础上，提出了数字孪生电网电网的实施途径。未来数字孪生电网将具有非常好的应用前景，能够为企业带来实际价值，帮助企业解决重要战略问题，创造更为安全稳定经济的电网运行环境。随着新技术的发展和提升，企业能够以更加有效的资源整合，在更短的时间内对数字孪生挖掘出更大的应用价值。国网辽宁电力将认真贯彻落实建设具有中国特色国际领先的能源互联网企业战略，加快数字孪生电网顶层设计和建设步伐，在“十四五”期间基本建成具有辽宁地域特色的数字孪生电网，支撑清洁能源消纳水平提升，服务碳排放国际承诺目标实现，助推国家能源清洁转型，保障辽宁电网安全稳定高效运行。

作者：刘一涛 刘佳鑫 单位：国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院