配电设施智慧数字孪生监测运维系统

传统模型和优化方法已经难以满足配电网规划设计、监测分析和运行优化的要求，严重依赖于人工经验的电网运营策略优化调整也将难以达到最优效果。数字孪生赋能配电网，能够通过在虚拟空间中完成对象的映射，随时在平行空间里通过孪生体实现对有源配电网运行状态的感知、预测、推演与优化等，从而实现高比例分布式能源接入的配电网实现故障诊断、优化控制、风险评估。

1.数字孪生系统架构

感知层：感知层主要包括物理实体中搭载先进物联网技术的各类新型基础设施。

数据层：数据层主要包括保证运算准确性的高精度的数据采集、保证交互实时性的高速率数据传输、保证存取可靠性的全生命周期数据管理。

运算层：运算层是数字孪生体的核心，其充分借助各项先进关键技术实现对下层数据的利用，以及对上层功能的支撑。

功能层：功能层是数字变生体的直接价值体现，实现系统认知、系统分析、故障诊断、预测推演功能，从而起到辅助决策作用。系统认知，数字孪生体能够真实描述及呈现物理实体的状态，它是实现数字孪生体其它高级和智能化功能的基础。系统分析可实现数字孪生体的状态监测功能，发挥对物理实体的早期预警作用。故障诊断，通过分析物理实体的运行状态，了解现象背后的原因。预测推演，是利用仿真技术来预见物理实体未来的状态演变，从而指导当前的运行决策。

应用层：应用层是面向各类场景的数字孪生体的最终价值体现，具体表现为不同行业的各种产品，能够明显推动各行各业的数字化转型。

2.数字孪生系统的典型特征

等价映射：数字孪生体是对物理实体的等价描述，是对物理实体进行数字化而松建的模型数字孪生体的变化能够真实反映现实世界中的物理实体的变化。数字孪生体能够实现双向映射、数据连接和状态交互，起到“数化”、“保真”效果。

实时交互：基于实时传感等多元数据的获取，孪生体可全面、精准、动态反映物理对象的状态变化，包括外观、性能、位置、异常等。“实时”体现数字孪生体所处状态是物理实体状态的实时虚拟映射;“交互”体现数字孪生体与物理实体间存在数据及指令互动。

共生演进：“共生”体现在数字孪生体与物理实体同步构建，在全生面周期中相互依存，孪生体随着孪生对象的生长而不断演变。共智体现在三个层面:孪生体与孪生对象间共享智慧(包括:数据、算法)、孪生体内部各种孪生模型间共享智慧、不同生命周期阶段的孪生体间共享智慧。

预测优化：根据物理实体的各项真实数据，通过数字孪生体进行仿真，实现对物理实体未来状态的预测，预先知晓未来状态能够辅助用户做出更合理的决策。根据物理实体的实时运行状态，通过数字孪生体进行监测，实现对系统不稳定状态的预测，预先觉察即将可能发生的不稳定状态，使用户更从容地处理该问题。

建立数字孪生体的最终目的，是通过描述物理实体集合内在机理，分析规律、洞察趋势，基于分析与仿真对物理世界形成优化指令或策略，实现对物理实体决策优化功能的闭坏。根据数字孪生的典型特征，可以得出数字孪生的体系架构。

3.配电设施智慧数字孪生运维监测系统功能

数字孪生依托对物理系统的多项数据传输与洞察，对计划、设计、施工、地修以及运维的虚拟映射，实现状态感知、先知共智、数字体验以及辅助决策等功能。

（1）实时监测配网状态，实时反映开关通断设备负载、用户负荷、新能源出力等运行状态，以及配电网的异常信息故障信息。

（2）诊断配网异常原因，实现配电网电压异常、电能质量异常、电费异常等异常的溯因分析，准确研判出导致异常的原因。

（3）预测配网趋势特征，包括新能源出力、电力用户用电负荷、电气设备负载情况，还可以预测设备故障、客户投诉等。四是优化配网运营策略，整体建构设备检修频率、电力设施配置、联络开关投切、相间负荷调整等运营策略体系。