智慧输电线路数字孪生监测运维系统

随着无线传感网络、5G、无人机巡线、可视化等新技术在输电线路场景的引入，目前已经极大地提高了输电线路运维效率，并且也为输电线路的智能化提供了基础设施和数据基础，但还未达到输电线路运行状态的全面感知与智能分析的要求，数字孪生技术的快速发展为解决这些问题提供了新的思路。

输电线路是电力系统的核心组成部分，为了提升输电线路数字化、智能化水平，可用一种基于数字孪生技术的输电线路架构，并将该架构应用于输电全链路数字孪生建设的场景中，数字孪生技术与输电线路的结合是数字化新基建与电力公司数字化转型的必要探索，是挖掘输电线路数据价值的必要手段，是输电线路运检智能化的必要支撑。

线路全景感知场景实现。基于地图，将输电线路设施资源和重要城市景观，在一张图中进行宏观展示，通过全景展示电网链路关系，并依托摄像头和传感装置展示线路、设施、现场实时情况，实时掌握输电线路运行情况、运行监测情况和影响线路设施的重要因素（温度、风速、外破等），结合大数据、云计算、图像识别算法和缺陷识别等技术手段，实现输电线路状态监测、高风险智能识别以及对线路状态和全景感知。

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.智慧输电线路数字孪生监测运维系统功能

（1）输电线路实时监测

通过数字孪生技术，可以将输电线路的实时数据和运行状态实时反馈到数字模型中，并以直观的图形方式展示出来。用户可以通过可视化界面实时了解输电线路的电流、电压、功率等参数的变化情况，以及各个设备的运行状态，及时发现异常情况并采取相应措施，保障电力系统的安全稳定运行。

（2）输电线路性能分析和优化

通过数字孪生技术，可以将输电线路的实时数据与历史数据进行对比和分析，并通过可视化界面展示出来。用户可以通过可视化界面观察到输电线路的负载情况、功率损耗、损耗分布等信息，进一步分析系统的运行状况和潜在问题，并根据分析结果做出相应的优化措施，提高输电线路的运行效率和经济性。

（3）输电线路故障诊断

通过数字孪生技术，可以将输电线路的实时数据与故障模式进行比对，并通过可视化界面展示出来。用户可以通过可视化界面直观地了解到输电线路的故障位置、故障类型以及故障原因，并根据诊断结果及时采取相应的修复措施，减少故障对电力系统的影响，提高系统的可靠性和可用性。

（4）输电线路仿真与预测

通过数字孪生技术，可以将输电线路的实时数据输入到数字模型中进行仿真计算，并通过可视化界面展示出来。用户可以通过可视化界面观察到输电线路在不同负载、不同运行条件下的电流、电压、功率等参数的变化情况，预测系统的运行状况，并根据预测结果采取相应的预防措施，避免潜在问题的发生。