智慧电缆隧道数字孪生监测运维系统

数字孪生是电网物理世界和数字虚拟世界沟通的桥梁，数字孪生技术作为电网实现数字化转型的关键，针对其在电网工程中的应用研究正在不断被推进。将数字孪生技术引入到电网，可以实现物理电网的同步映射。随着物联网、大数据、人工智能等技术的日臻成熟，数字孪生将会在电网领域得到普遍应用，并在电网规划、建设、运营等环节发挥强有力的支撑作用。

数字孪生电网集合了数字孪生技术与新型电力系统的优秀技能，通过全面智能感知和实时连接，深度挖掘物理世界电网运行全过程数据信息，1：1投射至数字空间形成全覆盖、多纬度、无限近真电网孪生体，在规划设计与验证、电网运行、协同控制、智能决策与长期演进等方面，实现电网运行状态实时监管、源网荷储协同调控，辅助优化电网运行策略，支撑电网的经济高质、安全稳定运行，提升电网安全稳控的管理水平，助力电网运维向智能化、精益化、高效化转型升级。

智慧电缆隧道数字孪生监测运维系统将电网结构、运行数据、地理环境进行集中关联，利用三维引擎进行全景交互展示，真实还原电网环境，融合视频影像，实现数字孪生电网与现场实时情况的深度融合，实现状态精准管控、运检质效提升，为地下输电线路安全运行和检修服务提供智慧支撑。

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.智慧电缆隧道数字孪生监测运维系统功能

（1）全景展示

基于构建的三维模型可实现电网场景缩放漫游、显隐地下电缆与消防管道等功能。同时基于运维类数据提供的台账、历史巡检、设备缺陷等信息建立关联关系，实现综合信息的展示、查询及分析。

（2）设备监测

基于高保真的设备数字孪生仿真模型，汇聚多源监测数据，进行模拟仿真反演计算或量化推演，获得设备关键状态的映射值以及内部关键状态参数的分布情况，掌握设备的实时运行动态。

（3）智能巡检

基于电力孪生场景三维漫游替代人工巡检，实时告警危险作业和设备故障，自动派发工单，远程专家知识库帮助相关人员快速处理，提高巡检频率、降低人工成本、提高巡检质量。

（4）故障预警

基于设备缺陷报告、检修记录、运行工况等历史数据，建立设备故障预测模型，采用人工智能算法，反映故障发生规律，实现对故障的精准预测，从而实现对故障和风险的早发现、早处理。

（5）智能安防

包含视频监控、门禁闸机、人员定位、电子围栏、自然灾害监测等功能。对电站周边全方位一体式无死角监控，对人员作业的安全规范措施以及行为进行识别与告警显示。安防与移动巡检、远程监控系统的自动联动，确保现场作业安全。

（6）趋势预演

系统采用专有智能算法，对电缆载流量、电缆老化、故障趋势等进行趋势预演，为电缆运维决策提供依据。