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构建未来电网新形态,探索数字孪生技术赋能之路
阅读量: 159
发布时间:2022-09-16
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随着物联网、大数据、人工智能等技术的日臻成熟,电力和电网行业正日益成为数字孪生技术最重要的应用场景之一,从电力行业的特征来看,数字孪生在电网发、输、变、配、用全流程都有应用潜力,数字孪生电网应运而生。


什么是数字孪生电网


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工业4.0研究院提出“数字孪生电网”(DTG, Digital Twin Grid)概念,广义上指电力行业的数字孪生体应用,狭义上指在发电、输电、配电和用电全生命周期场景下的数字孪生体应用。


数字孪生电网是将物理电网以数字化方式映射至虚拟空间,通过接收来自物理电网的状态信息而同步演化,以实现对物理电网的全面精准监测,并基于物理电网的状态信息,进行诊断、预测等一系列计算分析后,将分析结果反馈给物理电网,从而推动物理电网的优化调整。

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数字孪生电网体系架构由设备级数据孪生、单元级数字孪生、系统级数字孪生三个层级所构成。


数字孪生电网体系架构

设备级数字孪生指电网中单个设备的数字孪生,如数字孪生变压器、数字孪生断路器、数字孪生隔离开关等。

单元级数字孪生是指电网中由多个设备所组成的功能单元的数字孪生,如数字孪生变电站、数字孪生微电网、数字孪生输电线路等。

系统级数字孪生是指电网中由多个功能单元所组成的系统的数字孪生,如数字孪生区域电网、数字孪生省级电网、数字孪生市级电网等。


系统级数字孪生并不是单元级数字孪生的简单叠加,系统级数字孪生除了涵盖该系统所包含功能单元的数字孪生的功能外,还具有自身的一些特有功能,如数字孪生市级电网除了涵盖该市集电网所包含变电站、输电线路等功能单元的数字孪生的功能外,还具有无功优化、网架优化等特有功能;同理单元级数字孪生变电站除了涵盖该变电站所包含变压器、断路器等设备的数字孪生的功能外,还具有整站状态评估、站内风险点识别等特有功能。


数字孪生电网主要功能


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数字孪生电网可以监测电网实时状态、诊断电网异常原因、预测电网发展趋势、优化电网运营策略。


监测电网实时状态


数字孪生电网可以实时反映开关通断、设备负载、用户负荷、新能源出力等电网运行状态,还可以实时反映电网的异常信息、故障信息,以便工作人员全面实时地监测电网状态。



诊断电网异常原因


数字孪生电网可以实现电网电压异常、电能质量异常、电费异常等各类异常的溯因分析,准确研判出导致异常的原因,以便工作人员制定相应的改进措施。



预测电网发展趋势


数字孪生电网可以准确预测新能源出力、电力用户用电负荷、电气设备负载情况,还可以预测设备故障、客户投诉等,以便工作人员制定相应的应对措施。



优化电网运营策略


数字孪生电网还可以优化设备检修频率、电力设施配置、联络开关投切、相间负荷调整等运营策略,进而为工作人员提供科学的决策支撑。

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由于数字孪生技术在电网应用中仍处于1.0阶段,未来依然有很大提升空间。未来整个电力系统,从能源生产侧到应用侧,都会迎来较大的改革,数字孪生电网将实现全局和全生命周期生产运行需要,达到源网荷储一体化等管理目标,提升整个电力能源的稳定与经济运行。



文章素材来源 | 工业4.0研究院《数字孪生电网白皮书》







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