智慧变电站数字孪生监测运维系统

当前社会经济可持续发展的需求下，以新能源为主体的新型电力系统“双高”“双峰”特征凸显，亟待运用数字化技术手段面对电力系统平衡和安全稳定的挑战。数字孪生技术融合了物联网、大数据、建模仿真、人工智能和自动控制等技术，实现现实与虚拟空间的映射交互，正推动全社会进入数字化时代。

变电站作为电网构架中不可或缺的组成部分，对电网的安全稳定运行起着举足轻重的作用。随着变电站技术的发展，智慧变电站是以原有的智慧型变电站设计经验为基础，进行全面的优化提升。在进行此项工作落实的过程中，势必要以人工智能技术、大数据技术、云计算技术、移动互联网技术及物联网技术等技术的应用来实现全面整合，并通过搭配先进的传感技术来进行优化升级，进一步降低运检人员的工作压力，有效确保运行设备的安全稳定，对未来的发展而言具有十分重要的意义。

数字孪生变电站是数字孪生电网最基础、最重要的组成部分，通过构造与实体变电站对应的数字变电站，推进变电运检和管控智能化、数字化，奠定电网数字化转型基石。数字孪生变电站能够深入挖掘电网数据资产价值，实现智能运维、精准作业和远程协作等，实现“数”与“智”的融合，通过推动数字电网建设，使新型电力系统更好地服务于“双碳”目标。

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.数字孪生变电站的优势

（1）智能化运维：数字孪生变电站可以实现设备实时监控、远程调节和智能化运维，使设备的运行状态可以随时掌握，并及时进行维护和修理。

（2）自动预警：数字孪生变电站可以通过对设备的监测和分析，实现故障自动预警，提高设备的稳定性和可靠性。

（3）辅助决策：数字孪生变电站可以通过数据分析和处理，为管理人员提供及时、准确的信息，辅助管理人员做出更好的决策。

（4）提升巡检灵活性：数字孪生变电站可以通过远程智能化巡检，提升巡检的灵活性，缩短巡检时间，减少人工成本。

4.智慧变电站数字孪生监测运维系统功能

（1）数字孪生，全息仿真

基于数字孪生理念，通过三维可视化的手段将变电站的整体结构、设备分布情况进行立体化呈现，满足多样化展示需求，可以将真实环境形象逼真地展现在眼前。同时可将生产实际业务无缝融合到平台中，使得对日常的管理工作做到标准化、精细化、自动化，实现变电站智能化、专业化管理。

（2）智能巡检，无人值守

通过结合机器人定位系统、视频监控系统和告警系统，可在系统实时显示巡更机器人在站端中的位置和巡更机器人的基本信息，实时展示巡更机器人的活动轨迹。还可以通过调取机器人视频监控摄像头或附近的监控视频，查看巡更的真实情况，便于管理人员更直观、高效的管理整个巡更过程。

（3）高效运维，全局监视

利用数字孪生系统能够反映变电站设备运行实时状态,方便一线员工集中控制设备状态关键信息,实现远程操作维护。自动预警以及辅助决策，有效提升变电站设备及环境全景实时感知能力，能为变电站的运行管理、作业管理、安全管理、施工管理带来全新的业务决策模式变革。

（4）故障分析，抢修跟踪

对数字孪生系统内各类设备进行综合监控管理，及时发现设备在运行过程中的缺陷问题，判断出目前设备状态快速定位缺陷，做到主动发现，精准处理，从而提高故障应急处理效率，有效地缩短抢修时长，结合用户工单信息，可实时监控工单处理进度，现场检修画面追踪，故障抢修处理结果，对抢修过程及方案梳理提供客观依据。