近年來，南方電網(wǎng)正在加速推進(jìn)數(shù)字電網(wǎng)建設(shè)。“十四五”期間，南網(wǎng)將投資6700億元，推進(jìn)數(shù)字電網(wǎng)建設(shè)和現(xiàn)代化電網(wǎng)進(jìn)程，推動(dòng)新型電力系統(tǒng)構(gòu)建。
數(shù)字孿生，是數(shù)字電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)。電網(wǎng)數(shù)字化，是物理電網(wǎng)在數(shù)字世界的完整映射，建立數(shù)字孿生模型，通過數(shù)字世界的操作作用于物理世界，實(shí)現(xiàn)數(shù)字世界與物理世界的雙向互動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)狀態(tài)感知、在線監(jiān)測(cè)、行為跟蹤、趨勢(shì)分析、科學(xué)決策等。
利用數(shù)字技術(shù)手段，連接、創(chuàng)造與現(xiàn)實(shí)世界映射交互的虛擬世界，這不就是“元宇宙”嗎？
此前能源電力說發(fā)布了《南方電網(wǎng)：發(fā)、輸、變、配、用數(shù)字化落地案例》。本篇一起來看南方電網(wǎng)如何將數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用在電網(wǎng)？電網(wǎng)“元宇宙”是怎樣的呢？
01
什么是數(shù)字孿生？
隨著“雙碳”、構(gòu)建新型電力系統(tǒng)等目標(biāo)的提出，具有隨機(jī)性、間歇性、波動(dòng)性特征的分布式能源比例將快速增長(zhǎng)，儲(chǔ)能裝置、V2G 等交互式能源設(shè)施以及其他多種能源基礎(chǔ)設(shè)施接入，使得電力系統(tǒng)呈現(xiàn)出結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜、設(shè)備更加繁多、技術(shù)更加龐雜的趨勢(shì)。
數(shù)字孿生電網(wǎng)應(yīng)運(yùn)而生，通過虛擬現(xiàn)實(shí)交互激活電網(wǎng)、設(shè)備的多源數(shù)據(jù)，特別是運(yùn)行時(shí)空大數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)挖掘，提供高維、量化、多層次的視角輔助運(yùn)營(yíng)調(diào)控相關(guān)決策。虛實(shí)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)虛擬、現(xiàn)實(shí)空間的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)映射。
簡(jiǎn)單而言，數(shù)字孿生電網(wǎng)，就是針對(duì)復(fù)雜的電網(wǎng)場(chǎng)景，通過創(chuàng)造虛擬空間來運(yùn)行生產(chǎn)過程的模擬，識(shí)別和分析出如何更高效、更安全地完成工作。
從電力行業(yè)的特征來看，發(fā)、輸、變、配、用全流程都有較大應(yīng)用潛力。
02
南方電網(wǎng)數(shù)字孿生應(yīng)用實(shí)踐
南方電網(wǎng)數(shù)字孿生技術(shù)的應(yīng)用，主要體現(xiàn)在“南網(wǎng)智瞰”。
南網(wǎng)智瞰，是實(shí)現(xiàn)“全網(wǎng)一張圖”的門戶及應(yīng)用，基于南網(wǎng)公司數(shù)字化技術(shù)基礎(chǔ)平臺(tái)和數(shù)字孿生技術(shù)，融合地理、物理、管理和業(yè)務(wù)信息，建立動(dòng)態(tài)鮮活電網(wǎng)，提供靈活組合共享服務(wù)模式，快速響應(yīng)上層業(yè)務(wù)應(yīng)用的平臺(tái)。融合了關(guān)系、圖、三維的電力領(lǐng)域數(shù)據(jù)建模技術(shù)，構(gòu)建了覆蓋設(shè)備全要素、全時(shí)空的數(shù)字化模型，覆蓋源網(wǎng)荷儲(chǔ)，支撐全域物聯(lián)的透明管理。
目前南網(wǎng)智瞰平臺(tái)，累計(jì)接入地理要素超245萬，管理源網(wǎng)荷儲(chǔ)2000多種設(shè)備類型共1.2億臺(tái)設(shè)備設(shè)施、超10億設(shè)備臺(tái)賬，接入約570億條實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)186萬配電變壓器負(fù)荷精細(xì)化管理、分界點(diǎn)精益線損分析。上線配電網(wǎng)規(guī)劃、九防管理、線損異常分析等9個(gè)典型應(yīng)用場(chǎng)景，支撐配網(wǎng)規(guī)劃、電網(wǎng)管理平臺(tái)、智能臺(tái)區(qū)等13套業(yè)務(wù)系統(tǒng)圖形應(yīng)用。
主網(wǎng)數(shù)字孿生基礎(chǔ)設(shè)施
電網(wǎng)三維數(shù)字化，是南方電網(wǎng)“十四五”期間電網(wǎng)的數(shù)字化基礎(chǔ)設(shè)施，目前已建成南方電網(wǎng)110kV及以上主網(wǎng)數(shù)字孿生，形成新型電力系統(tǒng)數(shù)字主網(wǎng)架示范。
南方電網(wǎng)目前已完成110kV及以上架空輸電線路與變電站圖形、臺(tái)賬、拓?fù)涞刃畔⒅卫恚?6萬基桿塔、4794座變電站坐標(biāo)準(zhǔn)確率達(dá)99%；西電東送“八交十一直”直流線路約1.5萬公里，佛山供電局、汕頭供電局全局35kV及以上架空輸電線路約7000公里，從±800kV換流站到35kV變電站19座試點(diǎn)變電站的三維數(shù)字孿生建設(shè)。
發(fā)電
案例：南網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻公司
南網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻公司基于“南網(wǎng)智瞰”，通過將發(fā)電生產(chǎn)領(lǐng)域帳卡物一致性管理、缺陷管理、發(fā)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)等應(yīng)用的數(shù)據(jù)進(jìn)行集成，探索涵蓋機(jī)組啟停狀態(tài)、可靠性指標(biāo)、電量統(tǒng)計(jì)、缺陷統(tǒng)計(jì)等業(yè)務(wù)場(chǎng)景的數(shù)據(jù)多維立體融合分析展示。
基于領(lǐng)域信息模型，形成調(diào)峰調(diào)頻公司生產(chǎn)業(yè)務(wù)數(shù)字化轉(zhuǎn)型建設(shè)的方法模式，按照業(yè)務(wù)框架，策劃構(gòu)建業(yè)務(wù)模型，精準(zhǔn)表達(dá)業(yè)務(wù)需求，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)規(guī)范與IT系統(tǒng)建設(shè)的無縫對(duì)接。此外，還構(gòu)建了業(yè)務(wù)領(lǐng)域信息模型建模工具，標(biāo)準(zhǔn)化了業(yè)務(wù)領(lǐng)域信息模型的構(gòu)建方法。
以清遠(yuǎn)抽水蓄能電站為試點(diǎn)，開展抽水蓄能電站三維建模與可視化的研究及應(yīng)用，為進(jìn)一步的數(shù)據(jù)分析和管理及相關(guān)決策優(yōu)化等應(yīng)用系統(tǒng)，提供三維可視化平臺(tái)支持。以設(shè)備為中心，串聯(lián)生產(chǎn)管理主要業(yè)務(wù)活動(dòng)，徹底消除數(shù)據(jù)孤島。
輸電
“十四五”期間，南方電網(wǎng)在智能輸電建設(shè)方面，將加快提升輸電智能化水平，推進(jìn)輸電線路智能巡視和智能變電站建設(shè)。到2025年，35千伏及以上線路實(shí)現(xiàn)無人機(jī)智能巡檢全覆蓋。
案例：輸電三維數(shù)字化通道
三維數(shù)字化通道，是數(shù)字輸電的典型應(yīng)用，以南網(wǎng)智瞰地圖服務(wù)為基礎(chǔ)，通過激光建模技術(shù)、模式矢量化技術(shù)開展架空線路信息建模，信息模型融合在線監(jiān)測(cè)、機(jī)巡等數(shù)據(jù)。三維數(shù)字化通道，是數(shù)字輸電的基礎(chǔ)與載體，支撐線路智能驗(yàn)收、強(qiáng)化數(shù)字賦能、開展無人機(jī)自動(dòng)駕駛、提升空間距離監(jiān)測(cè)。
目前全網(wǎng)已完成500kV及以上線路數(shù)字化通道建設(shè)5.7萬公里，500kV及以上線路外部隱患風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)安裝智能終端3700余套，輸電線路無人機(jī)巡視80.8萬公里，機(jī)巡業(yè)務(wù)占比首次超70%。
案例：昆柳龍直流工程數(shù)字化建設(shè)
南網(wǎng)超高壓公司依托世界首個(gè)特高壓多端混合直流——昆柳龍直流工程開展“數(shù)智管控”研究工作，形成了南網(wǎng)跨區(qū)域輸電工程基建“數(shù)智管控”典型案例。
昆柳龍直流工程打造了電網(wǎng)工程數(shù)字化資產(chǎn)全生命周期管理，服務(wù)全域上層應(yīng)用，以設(shè)備為核心，精準(zhǔn)關(guān)聯(lián)工程屬性、設(shè)計(jì)屬性、設(shè)計(jì)圖紙、現(xiàn)場(chǎng)照片、臺(tái)賬層級(jí)結(jié)構(gòu)，并在竣工投產(chǎn)階段全面接入調(diào)度實(shí)時(shí)運(yùn)行、生產(chǎn)在線監(jiān)測(cè)、周邊氣象環(huán)境等動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，解決特高壓復(fù)雜電網(wǎng)數(shù)字化建設(shè)難題，在新型電力系統(tǒng)建設(shè)具有重要的推廣意義。
變電
案例：200kV大英山數(shù)字孿生變電站
220kV大英山數(shù)字孿生變電站，是基于統(tǒng)一數(shù)字電網(wǎng)模型開展的物理電網(wǎng)“孿生”數(shù)字電網(wǎng)實(shí)踐案例，全面融合海南數(shù)字電網(wǎng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)在線測(cè)量，物理設(shè)備、控制系統(tǒng)和信息系統(tǒng)的互聯(lián)互通。同時(shí)貫通主配網(wǎng)動(dòng)態(tài)拓?fù)?，支撐全電壓等?jí)全鏈路的電網(wǎng)拓?fù)浞治觥?/div>
數(shù)字孿生變電站模型設(shè)計(jì)，從企業(yè)級(jí)全局出發(fā)，統(tǒng)籌兼顧各部門視角及需求，統(tǒng)一設(shè)計(jì)，消除冗余，加強(qiáng)協(xié)同，實(shí)現(xiàn)資產(chǎn)全生命周期信息貫通共享。
依據(jù)模型層級(jí)與設(shè)備、部件顆粒度分類，對(duì)每個(gè)配電區(qū)域、間隔、一次設(shè)備、隔離開關(guān)和短路器等進(jìn)行設(shè)備實(shí)例化，通過相應(yīng)的編碼和電氣一次主接線圖，實(shí)現(xiàn)量測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)例化。相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)一匯聚到南網(wǎng)公司數(shù)據(jù)中心，形成數(shù)據(jù)的統(tǒng)一入口、存儲(chǔ)、出口。采用三維Wed端三維可視技術(shù)，重構(gòu)立體孿生世界，實(shí)現(xiàn)變電站生產(chǎn)設(shè)備、調(diào)度運(yùn)行融合管理。
配電
“十四五”期間，南方電網(wǎng)在智能配電建設(shè)方面，將全面推進(jìn)以故障自愈為方向的配電自動(dòng)化建設(shè)，有效實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障快速定位、故障自動(dòng)隔離和網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)自愈。
案例：深圳供電局配電全鏈條數(shù)字化案例
深圳供電局依托南網(wǎng)智瞰平臺(tái)，打通配電網(wǎng)“全鏈條”業(yè)務(wù)視圖，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化電網(wǎng)全景、網(wǎng)格化智能規(guī)劃、智能化臺(tái)區(qū)監(jiān)控和透明化停電全過程管理，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)管理全鏈條數(shù)字化轉(zhuǎn)型。
深圳供電局配電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)狀態(tài)、運(yùn)行、資源等數(shù)據(jù)的全貫通。融合管理信息、自動(dòng)化、在線監(jiān)測(cè)和外部數(shù)據(jù)4大類數(shù)據(jù)，貫通500kV到300V的電網(wǎng)拓?fù)?。業(yè)務(wù)全鏈條，實(shí)現(xiàn)規(guī)劃、運(yùn)行運(yùn)維和客戶服務(wù)的橫向協(xié)同。
用電
案例：松山湖數(shù)字用電示范區(qū)
松山湖數(shù)字用電示范區(qū)，利用數(shù)字孿生+物聯(lián)網(wǎng)+云邊融合技術(shù)，構(gòu)建了分層級(jí)多能協(xié)同優(yōu)化體系，實(shí)現(xiàn)多種能源形式并網(wǎng)運(yùn)行和高效消納。
松山湖數(shù)字用電示范區(qū)接入570個(gè)充電站、3013個(gè)充電樁，6326個(gè)光伏站點(diǎn)、1組冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)、12個(gè)儲(chǔ)能站、3個(gè)柔性負(fù)荷點(diǎn)、4個(gè)微網(wǎng)；3000+復(fù)雜并行計(jì)算模型，日處理數(shù)據(jù)超200TB；客戶年平均停電時(shí)間小于2分鐘，分布式清潔能源消納率大于97%，2021年度累計(jì)減少客戶用電經(jīng)濟(jì)損失大于600萬元。
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電網(wǎng)數(shù)字化，將構(gòu)建覆蓋電網(wǎng)全生命周期與生產(chǎn)安全環(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，提升數(shù)據(jù)資產(chǎn)價(jià)值，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)管理與業(yè)務(wù)變革；以“電力+算力”推動(dòng)能源革命和新型電力系統(tǒng)建設(shè)。
未來數(shù)字孿生技術(shù)將在電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)診斷與與預(yù)測(cè)、生產(chǎn)業(yè)務(wù)調(diào)試、電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃、電網(wǎng)運(yùn)行分析與控制等方面有更多應(yīng)用實(shí)踐。數(shù)字孿生會(huì)更系統(tǒng)地引入人的概念，增強(qiáng)人對(duì)數(shù)字孿生體的感知控制能力，最終在真實(shí)物理空間和虛擬數(shù)字空間搭建“信息-物理-人”交互的系統(tǒng)，創(chuàng)造電網(wǎng)的“元宇宙”。
