摘要：數字孿生技術將工業元宇宙的概念帶入人們的視野，數字孿生技術在智慧型電網中的應用可以實現電網建設的穩定執行、全方位感知和網路連線，並借助數字孿生技術完成智慧型電網物理狀態向虛擬空間的投影， 推動智慧型電網建設和管理模式的發展和轉型。基於此，本文以數字孿生技術為切入點，分析了數字孿生技術下智慧型電網的內涵、框架和執行模式，並結合數字孿生技術在智慧型電網中的應用的各個方面。
關鍵詞：數字孿生技術; 智慧型電網; 數字資訊科技。
介紹
在數字經濟和技術快速發展的背景下，智慧型電網的控制也面臨著深度的數位化、智慧型化需求，對智慧型電網執行狀態進行全面監控的需求越來越迫切。 數字孿生技術的出現為滿足這一需求創造了可能，其應用在一定程度上促進了智慧型電網的建設和能源企業的數位化發展。
1 數字孿生技術概述
數字孿生技術是一種基於數字資訊科技的新技術，從相對簡單的角度來看，它可以看作是針對特定工程內容或其他現實內容而構建的數字模型，該模型可以完美地投射真實物件的所有狀態、引數、執行狀態等內容，並且還支援輸入指令的預載入，以判斷真實物件中將發生的不同情況特定條件下的未來。可以看出，數字孿生技術具有實時感知、診斷和一定程度的高階功能，而這種功能對事物演進、改進和發展的影響是難以預測的[1]。 此外，數字孿生技術可以模擬的物理物件取決於伺服器的容量、感測器的效能和數量等，因此，如果從理論上可以解決伺服器容量和感測器感知範圍和深度的問題，數字孿生技術可以在虛擬空間中以1：1的比例完全對映現實世界。 正是由於這種潛力，數字孿生技術在當今社會的進一步發展和完善中具有不可忽視的意義和價值。
2 數字孿生技術下的智慧型電網
2.1 內涵。
數字孿生技術下的智慧型電網既包括物理層面的物理電網，也包括數字世界的虛擬電網，存在於不同維度的兩種內容本質上是共存和交織的，其中虛擬電網將完全還原物理電網的各個方面和相關引數， 從而通過對虛擬電網的觀察和調整，獲得物理電網控制的資料和案例支援[2]。在這個過程中，可以應用其他數字資訊科技來輔助，使智慧型電網在不斷自主優化的過程中形成深度學習能力，使智慧型電網能夠衍生出可以自行檢測、改進和優化的發展模式，逐步建立起自我運營和管理的能力。
2.2 幀。
數字孿生技術下的智慧型電網由智慧型基礎設施、智慧型資訊樞紐和智慧型應用場景的完整框架組成，並有效執行。 例如，智慧型基礎設施通常基於雲、網路、終端，主要負責資料傳輸、協同智慧型計算、智慧型互動功能，對於連線虛擬電網和物理電網具有重要意義。 智慧型資訊中心可以看作是數字孿生智慧型電網的大腦，包括管控層、資料匯聚層、孿生模型層和應用賦能層，具有裝置管理、資源控制、數字模型生成與控制、計算分析、模擬等諸多功能，是物理電網狀態分析和虛擬電力執行的關鍵網 格;智慧型應用場景負責將智慧型電網與管理人員連線起來，包括裝置層、電網層、業務層和運營管理層，主要為數字孿生智慧型電網的運營和實際管理提供功能支撐。
2.3 種操作模式。
數字孿生智慧型電網實現了感知、監控、管理、排程、服務等高度整合，這種整合同時存在於物理電網和虛擬電網之間，因此整個系統具有虛擬與現實融合的特點，其內容複雜度較高，整體執行模式如圖1所示。
為了使數字孿生智慧型電網正常執行，首先需要在物理電網中形成數字標識，並且該標識應具有全球覆蓋的特性，從而為虛擬電網與物理電網各方面資訊的準確匹配創造條件， 並保證後續連線和控制操作的正常執行。因此，物理電網需要配備智慧型感知和監控系統，實現對裝置執行資料、電網執行引數、人員執行行為和管理方法的準確採集，借助數字孿生鏈路完成兩網之間各方面資料的有效傳輸。 其中，全球全資料資源體系是構建數字孿生智慧型電網的關鍵，具有實時對映功能的數字孿生模型是數字孿生智慧型電網的核心。
3 數字孿生技術在智慧型電網中的應用
數字孿生技術在智慧型電網中的應用需要結合智慧型電網的不同階段和應用層進行分析，每個階段都有其具體的作用和應用內容，如表1所示。
3.1 智慧型電網裝置層的應用。
數字孿生技術在裝置層的應用完全基於精細化數字建模和整合數字建模兩種技術，基於這兩種技術構建智慧型電網對應的數字孿生模型，其價值在於將電網物理裝置的實時狀態和資訊準確投射到數字孿生模型中， 從而實現裝置狀態的視覺化。
1）實現裝置現場與遠端的友好互動，本應用考慮到現場互動場景的差異，基於射頻識別技術、**等物理編碼和標註技術，建立專用智慧型物聯網終端，確保物理裝置與模型中不同的結構和資料一一對應， 同時，還可以實現對裝置所有元素相關資料的感知和檢測。在這種情況下，只需要訪問數字孿生，就可以從遠端獲取物理智慧型電網執行資料，然後確定電網的實際執行狀態等相關資訊[3]。 該應用還支援裝置自主缺陷診斷和故障預警，匹配對應的驅動後，數字孿生模型支援與物理裝置同步執行的功能，從而可以進行裝置執行狀態評估和故障**，並持續進行模型資料的迭代優化，為後續運維策略的制定提供資料支撐。
2）應用於裝置的全生命週期管理。在完成智慧型電網裝置精細化數字孿生模型後，需要將與智慧型電網相關的海量資料輸入到數字孿生模型中，通過對資料進行分類、切片、分層、排序等多維度實時記錄裝置資料內容。 在此基礎上，整合大資料分析技術與AI學習演算法等，可以對裝置的歷史執行狀態和實時執行狀態等資料進行分析，進而在一定程度上分析裝置的未來執行情況，並結合物理編碼和標籤技術，對智慧型電網中的結構和裝置進行全生命週期的智慧型化管理。 數字孿生技術在裝置層的應用，可以大大提高裝置狀態評估的準確性和有效性，實現運維工作從預防性向高質量的轉變，減少不必要的現場操作，提高裝置狀態評估和故障診斷的準確性。
3.2 智慧型電網在電網層面的應用。
數字孿生技術在電網層的應用，可以為電網的分析和決策提供指導，指導電網實現自主規劃。
1）為電網執行風險評估提供個性化支援。智慧型電網執行可靠性方面各裝置、各部件的效能存在一定差異，因此在採集其具體資料並進入數字孿生模型後，可以通過應用人工智慧演算法實現模型的迭代優化和滾動，同時採用聚類分析或其他分析方法對模型中的歷史資料和未來資料進行分析， 並將分析結果和處理措施反饋到物理電網，從而實現智慧型電網線路和裝置的融資風險評估。為電網的規劃管理提供資料支援。
2）優化電網排程執行。與傳統的電網自動化排程相比，數字孿生技術帶來的優化增加了對電網裝置執行狀態和相關因素的考慮，通過融合裝置執行狀態引數、環境引數等實時資料，將其反饋到智慧型電網數字孿生模型中。 借助人工智慧演算法、機器學習演算法等，對排程模型進行迭代優化，從而改善智慧型電網在未來特定時間點的執行狀態，提高排程管理部門對電網執行狀態的了解和決策的有效性[4]。
3.3 智慧型電網服務層的應用。
基於數字孿生技術構建的智慧型電網模型，實現資料互通共享和視覺互動，數位化模型支援智慧型電網基礎設施、裝置管理、安全監管、排程、營銷等眾多部門的應用，實現各業務部門的業務協同和資料交換。
1）將數字孿生技術應用於配送站區域的批量服務處理。在物理ID編碼和標註技術、人工智慧和機器學習演算法的支援下，數字孿生技術構建的數字智慧型電網模型可以使資料的各個方面都具有高度統一的特徵，同時也保證了資料支援大規模可編輯的操作，這意味著整個配送站區域的所有業務部門都可以根據自己的業務，有選擇地應用數字孿生模型中的資料需求，然後為配送站區域的後續建設和改善提供業務支援。例如，安監部門可以接入站區數字孿生模型，進行智慧型電網全生命週期的安全控制和故障處理; 基礎設施部門可以在現有數字孿生的基礎上增加其他元素，同時推動物理智慧型電網和數字孿生的建設[5]。
2）為運輸和檢驗業務提供支援。智慧型電網的數字孿生模型結合裝置現場和遠端友好互動，裝置自主缺陷診斷和故障預警應用，還可以在數字孿生模型中實現裝置安裝安全執行的模擬，從而為物理智慧型電網的故障預警和遠端運維提供功能支撐， 並將這部分內容以視覺化的方式呈現給運維人員，通過匹配安裝安全作業的具體位置和要求，對違法操作進行預警。為操作檢驗業務提供具體內容和安全控制要求，確保安全正常的執行檢驗。
3.4 在智慧型電網執行管理層（輸電管理）中的應用。
數字孿生模型具有裝置狀態獨立評估和全生命週期管理功能，可參考智慧型電網中特定裝置的當前執行狀態和引數，針對輸、變、配電提出針對性的控制建議，為採購提供高精度的規劃參考， 智慧型電網中輸變配電裝置的優化、建設、管理、運維。其裝置迭代優化和未來狀態可以指導運維人員對電網裝置的效能和狀態進行評估，並根據智慧型電網的執行狀態和全生命週期的階段給出具體的輸配電控制策略和方法，從而幫助電力企業實現輸電的精益化管理。 運營過程中的轉化和分配。此外，數字孿生模型還可以對裝置進行集群自主故障診斷和***，實時上報電網和裝置面臨的執行風險，從而形成相應的風險獨立診斷和預警模式，從而避免其他因素對智慧型電網的不利影響，降低企業在智慧型電網執行中面臨的風險; 為智慧型電網的穩定輸電執行提供可靠保障[6]。
4 結束語
數字孿生技術因其視覺化的三維模型和虛擬與現實的同步連線而顯示出獨特的先進性和科學性，因此它可以作用於智慧型電網的設計、建設、管理、運維，使具體工作呈現出更高的數位化和智慧型化水平。 隨著社會的發展，數字孿生技術在智慧型電網中的應用顯然將成為主流趨勢，這將為國家的現代化和社會建設提供更完整的功能支撐。
*萬方資料，作者朱振偉、李天軒，如有侵權請聯絡刪除。
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