當前社會(huì )經(jīng)濟可持續發(fā)展的需求下，以新能源為主體的新型電力系統“雙高”“雙峰”特征凸顯，亟待運用數字化技術(shù)手段面對電力系統平衡和安全穩定的挑戰。數字孿生技術(shù)融合了物聯(lián)網(wǎng)、大數據、建模仿真、人工智能和自動(dòng)控制等技術(shù)，實(shí)現現實(shí)與虛擬空間的映射交互，正推動(dòng)全社會(huì )進(jìn)入數字化時(shí)代。

變電站作為電網(wǎng)構架中不可或缺的組成部分，對電網(wǎng)的安全穩定運行起著(zhù)舉足輕重的作用。隨著(zhù)變電站技術(shù)的發(fā)展，智慧變電站是以原有的智慧型變電站設計經(jīng)驗為基礎，進(jìn)行全面的優(yōu)化提升。在進(jìn)行此項工作落實(shí)的過(guò)程中，勢必要以人工智能技術(shù)、大數據技術(shù)、云計算技術(shù)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等技術(shù)的應用來(lái)實(shí)現全面整合，并通過(guò)搭配先進(jìn)的傳感技術(shù)來(lái)進(jìn)行優(yōu)化升級，進(jìn)一步降低運檢人員的工作壓力，有效確保運行設備的安全穩定，對未來(lái)的發(fā)展而言具有十分重要的意義。

數字孿生變電站是數字孿生電網(wǎng)最基礎、最重要的組成部分，通過(guò)構造與實(shí)體變電站對應的數字變電站，推進(jìn)變電運檢和管控智能化、數字化，奠定電網(wǎng)數字化轉型基石。數字孿生變電站能夠深入挖掘電網(wǎng)數據資產(chǎn)價(jià)值，實(shí)現智能運維、精準作業(yè)和遠程協(xié)作等，實(shí)現“數”與“智”的融合，通過(guò)推動(dòng)數字電網(wǎng)建設，使新型電力系統更好地服務(wù)于“雙碳”目標。

1.數字孿生系統架構

感知層：感知層主要包括物理實(shí)體中搭載先進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的各類(lèi)新型基礎設施。

數據層：數據層主要包括保證運算準確性的高精度的數據采集、保證交互實(shí)時(shí)性的高速率數據傳輸、保證存取可靠性的全生命周期數據管理。

運算層：運算層是數字孿生體的核心，其充分借助各項先進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現對下層數據的利用，以及對上層功能的支撐。

功能層：功能層是數字變生體的直接價(jià)值體現，實(shí)現系統認知、系統分析、故障診斷、預測推演功能，從而起到輔助決策作用。系統認知，數字孿生體能夠真實(shí)描述及呈現物理實(shí)體的狀態(tài)，它是實(shí)現數字孿生體其它高級和智能化功能的基礎。系統分析可實(shí)現數字孿生體的狀態(tài)監測功能，發(fā)揮對物理實(shí)體的早期預警作用。故障診斷，通過(guò)分析物理實(shí)體的運行狀態(tài)，了解現象背后的原因。預測推演，是利用仿真技術(shù)來(lái)預見(jiàn)物理實(shí)體未來(lái)的狀態(tài)演變，從而指導當前的運行決策。

應用層：應用層是面向各類(lèi)場(chǎng)景的數字孿生體的最終價(jià)值體現，具體表現為不同行業(yè)的各種產(chǎn)品，能夠明顯推動(dòng)各行各業(yè)的數字化轉型。

2.數字孿生系統的典型特征

等價(jià)映射：數字孿生體是對物理實(shí)體的等價(jià)描述，是對物理實(shí)體進(jìn)行數字化而松建的模型數字孿生體的變化能夠真實(shí)反映現實(shí)世界中的物理實(shí)體的變化。數字孿生體能夠實(shí)現雙向映射、數據連接和狀態(tài)交互，起到“數化”、“保真”效果。

實(shí)時(shí)交互：基于實(shí)時(shí)傳感等多元數據的獲取，孿生體可全面、精準、動(dòng)態(tài)反映物理對象的狀態(tài)變化，包括外觀(guān)、性能、位置、異常等?！皩?shí)時(shí)”體現數字孿生體所處狀態(tài)是物理實(shí)體狀態(tài)的實(shí)時(shí)虛擬映射;“交互”體現數字孿生體與物理實(shí)體間存在數據及指令互動(dòng)。

共生演進(jìn)：“共生”體現在數字孿生體與物理實(shí)體同步構建，在全生面周期中相互依存，孿生體隨著(zhù)孿生對象的生長(cháng)而不斷演變。共智體現在三個(gè)層面:孿生體與孿生對象間共享智慧(包括:數據、算法)、孿生體內部各種孿生模型間共享智慧、不同生命周期階段的孿生體間共享智慧。

預測優(yōu)化：根據物理實(shí)體的各項真實(shí)數據，通過(guò)數字孿生體進(jìn)行仿真，實(shí)現對物理實(shí)體未來(lái)狀態(tài)的預測，預先知曉未來(lái)狀態(tài)能夠輔助用戶(hù)做出更合理的決策。根據物理實(shí)體的實(shí)時(shí)運行狀態(tài)，通過(guò)數字孿生體進(jìn)行監測，實(shí)現對系統不穩定狀態(tài)的預測，預先覺(jué)察即將可能發(fā)生的不穩定狀態(tài)，使用戶(hù)更從容地處理該問(wèn)題。

建立數字孿生體的最終目的，是通過(guò)描述物理實(shí)體集合內在機理，分析規律、洞察趨勢，基于分析與仿真對物理世界形成優(yōu)化指令或策略，實(shí)現對物理實(shí)體決策優(yōu)化功能的閉壞。根據數字孿生的典型特征，可以得出數字孿生的體系架構。

3.數字孿生變電站的優(yōu)勢

（1）智能化運維：數字孿生變電站可以實(shí)現設備實(shí)時(shí)監控、遠程調節和智能化運維，使設備的運行狀態(tài)可以隨時(shí)掌握，并及時(shí)進(jìn)行維護和修理。

（2）自動(dòng)預警：數字孿生變電站可以通過(guò)對設備的監測和分析，實(shí)現故障自動(dòng)預警，提高設備的穩定性和可靠性。

（3）輔助決策：數字孿生變電站可以通過(guò)數據分析和處理，為管理人員提供及時(shí)、準確的信息，輔助管理人員做出更好的決策。

（4）提升巡檢靈活性：數字孿生變電站可以通過(guò)遠程智能化巡檢，提升巡檢的靈活性，縮短巡檢時(shí)間，減少人工成本。

4.智慧變電站數字孿生監測運維系統功能

（1）數字孿生，全息仿真

基于數字孿生理念，通過(guò)三維可視化的手段將變電站的整體結構、設備分布情況進(jìn)行立體化呈現，滿(mǎn)足多樣化展示需求，可以將真實(shí)環(huán)境形象逼真地展現在眼前。同時(shí)可將生產(chǎn)實(shí)際業(yè)務(wù)無(wú)縫融合到平臺中，使得對日常的管理工作做到標準化、精細化、自動(dòng)化，實(shí)現變電站智能化、專(zhuān)業(yè)化管理。

（2）智能巡檢，無(wú)人值守

通過(guò)結合機器人定位系統、視頻監控系統和告警系統，可在系統實(shí)時(shí)顯示巡更機器人在站端中的位置和巡更機器人的基本信息，實(shí)時(shí)展示巡更機器人的活動(dòng)軌跡。還可以通過(guò)調取機器人視頻監控攝像頭或附近的監控視頻，查看巡更的真實(shí)情況，便于管理人員更直觀(guān)、高效的管理整個(gè)巡更過(guò)程。

（3）高效運維，全局監視

利用數字孿生系統能夠反映變電站設備運行實(shí)時(shí)狀態(tài),方便一線(xiàn)員工集中控制設備狀態(tài)關(guān)鍵信息,實(shí)現遠程操作維護。自動(dòng)預警以及輔助決策，有效提升變電站設備及環(huán)境全景實(shí)時(shí)感知能力，能為變電站的運行管理、作業(yè)管理、安全管理、施工管理帶來(lái)全新的業(yè)務(wù)決策模式變革。

（4）故障分析，搶修跟蹤

對數字孿生系統內各類(lèi)設備進(jìn)行綜合監控管理，及時(shí)發(fā)現設備在運行過(guò)程中的缺陷問(wèn)題，判斷出目前設備狀態(tài)快速定位缺陷，做到主動(dòng)發(fā)現，精準處理，從而提高故障應急處理效率，有效地縮短搶修時(shí)長(cháng)，結合用戶(hù)工單信息，可實(shí)時(shí)監控工單處理進(jìn)度，現場(chǎng)檢修畫(huà)面追蹤，故障搶修處理結果，對搶修過(guò)程及方案梳理提供客觀(guān)依據。