蓄能電廠數字孿生體的構建與應用場景

王林^① 趙增濤^② 佘俊^①

(①南方電網調峰調頻發電有限公司信息通信分公司，②南方電網調峰調頻發電有限公司儲能科研院)

1 引言

2021年4-5月，南方電網公司相繼發布了《數字電網推動構建以新能源為主體的新型電力系統白皮書》、《南方電網公司建設新型電力系統行動方案（2021-2030年）白皮書》，提出了依托數字電網建設，多措并舉構建以新能源為主體的新型電力系統的戰略目標。

2022年4月，南方電網公司和中電聯共同發布了《數字電網標準框架白皮書（2022年）》(以下簡稱《白皮書》)，進一步詮釋了數字電網的定義內涵、技術體系、標準框架及發展趨勢?！栋灼诽岢隽?/span>數字電網的π模型，包含三個部分：由設備構成的物理系統、圍繞物理系統運作的業務系統、支撐物理系統運行和業務系統運轉的信息系統。

數字電網的π模型中，信息系統通過信息交互連接物理系統與業務系統。隨著物理系統和業務系統的大量信息數字化，數字信息實現全面在線并融合互動，進而賦能物理系統和業務系統優化重構，促進電網運行和業務運轉的效能提升。

理想狀態的數字電網，其信息系統是物理系統和業務系統的數字孿生體。物理世界和數字世界兩大平行體系虛實融合、虛實互動，數字世界驅動物理世界實現高度智能，物理世界依托數字世界的衍生而再生價值。本文對數字孿生的基本要求進行了分析，并介紹了在某抽水蓄能電站運維輔助支持系統的構建和應用過程中，對于數字孿生技術的探索。

2 數字孿生基礎分析

數字孿生是電網物理世界和數字虛擬世界溝通的橋梁。數字孿生技術的概念提出初期，主要用于工業制造領域的仿真測試。如NASA建立飛船鏡像仿真模型，進行健康診斷和飛行測試。達索公司構建了基于數字孿生的汽車仿真平臺，根據空氣動力學和流體力學測試結果改進信息世界中的產品設計模型，并反饋到物理實體產品改進中。由于數字孿生不需要構建實物，加快了測試效率，降低了風險和成本，后期快速融入其他行業，如智慧城市、智慧管網等，開始逐漸采用數字孿生技術構建物理本體的超寫實模型進行全周期的設計、制造和運維管理。

根據南方電網科學研究院的研究，數字電網以海量可信數據為基礎，依托智能傳感、泛在物聯、大數據、智能化控制、人工智能和普惠化計算，利用數字孿生和感知建模理論，構建與物理電網同構匹配的孿生電網。孿生電網是物理電網通過數字孿生技術進行全要素數字化后形成的虛擬鏡像?；跀底謱\生的數字電網具備全息復制、孿生交互、虛實迭代三大特征。

3 抽水蓄能電站的數字孿生探索

抽水蓄能電站作為電網的調節工具，如何構建數字孿生電廠，調峰調頻發電有限公司做了有益的探索。

根據數字電廠“可觀、可測、可調、可控”的原則，結合現場的實際需求，對建設內容進行了取舍。將數字孿生體的構建，分為三個部分。

一是通過三維建模和數字可視化技術，解決數字孿生體的幾何形狀和空間位置，以更立體直觀的形式達到“可觀”。實踐中，既可以基于精確尺寸進行精細模型的構建，也可以通過全景照相和激光測距等手段進行粗略模型的構建。前者的數據收集、測繪工作量巨大，但形成的成果除了示意，還可用于模擬裝配、員工培訓等用途。

二是進行多源數據的融合，通過在幾何模型中疊加各類數據圖層，賦予孿生體全面的信息。實踐中，根據數據資源的現狀，逐步集成了主要設備或系統的量測數據、臺賬數據、指標數據等，擬進一步引入氣溫、室內定位等數據。以融合和可視化的形式達到“可測”。

三是通過機器視覺、機器聽覺、專家策略等AI技術的加持，通過一系列算法為數字孿生體賦能，實現自動感知或預測運行狀態的異?；蚬收?，并與現實中的人員交互，具備“可調、可控”的條件。

4 結語

目前，基于數字孿生的蓄能電站運維智能輔助支持系統正在實施中，正在逐步接近“全面可觀、精確可測、高度可控”的目標。期待在試點電廠中收獲成效，并形成可復制的模板，在行業內推廣。