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标题: 基于电网数字化孪生的数字化设计 [打印本页]
作者: vguangxian    时间: 2023-3-19 15:48
标题: 基于电网数字化孪生的数字化设计
数字化经济下，如何结合电网数字化孪生开展数字化设计工作？会有哪些变化呢？
2020 年 4 月 10 日，国家发展改革委和中央网信办联合发布《关于推进“上云用数赋智”行动培育新经济发展实施方案》，将数字孪生提到了与大数据、人工智能、5G 等并列的高度，成为新的数字化基础设施。
2021 年 3 月，国家《“十四五”规划纲要》明确提出要“探索建设数字孪生城市”，为数字孪生城市建设提供了国家战略指引。此后，国家陆续印发了不同领域的“十四五”规划，为各领域如信息技术、工业生产、建筑工程、水利应急、综合交通、能源安全、城市发展等如何利用数字孪生技术促进高质量发展做出了战略部署。
2022 年 1 月，国务院印发的《“十四五”数字经济发展规划》中指出：数字经济是继农业经济、工业经济之后的主要经济形态，是以数据资源为关键要素，以现代信息网络为主要载体，以信息通信技术融合应用、全要素数字化转型为重要推动力，促进公平与效率更加统一的新经济形态。数字经济正在推动生产方式、生活方式和治理方式的深刻变革，成为重组全球要素资源、重塑全球经济结构、改变全球竞争格局的关键力量。发展数字经济是把握新一轮科技革命和产业变革新机遇的战略选择。
对变电站数字孪生相关情况整理如下：
一、基本概念（一）数字孪生
数字孪生 （Digital Twins）是充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。数字孪生是可以被视为一个或多个重要的、彼此依赖的装备系统的数字映射系统。
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Digital Twin:美国国防部最早提出利用Digital Twin技术，用于航空航天飞行器的健康维护与保障。首先在数字空间建立真实飞机的模型，并通过传感器实现与飞机真实状态完全同步，这样每次飞行后，根据结构现有情况和过往载荷，及时分析评估是否需要维修，能否承受下次的任务载荷等。
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NASA 数字孪生:2012 年 NASA 给出了数字孪生的概念描述：数字孪生是指充分利用物理模型、传感器、运行历史等数据，集成多学科、多尺度的仿真过程，它作为虚拟空间中对实体产品的镜像，反映了相对应物理实体产品的全生命周期过程。
西门子数字孪生:2016 年，西门子认为数字孪生的组成包括：产品数字化双胞胎、生产工艺流程数字化双胞胎、设备数字化双胞胎，数字孪生完整真实地再现了整个企业。
同济大学的唐堂等人提出数字孪生的组成应该包括：产品设计、过程规划、生产布局、过程仿真、产量优化等。该数字孪生的组成不仅包括了产品的设计数据，也包括了生产品的生产过程和仿真分析，更加全面，更加符合智能工厂的要求。
数字孪生体：数字孪生是采用信息技术对物理实体的组成、特征、功能和性能进行数字化定义和建模的过程。
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数字孪生五维模型：数字孪生的首要任务是创建应用对象的数字孪生模型。Grieves教授最初定义了数字孪生三维模型，即物理实体、虚拟实体及二者间的连接。北京航空航天大学数字孪生技术研究所在数字孪生三维模型的基础上，增加了孪生数据和服务两个新维度，使数据孪生可以进一步在更多领域落地应用。
MDT=(PE,VE,Ss,DD,CN)
其中：PE表示物理实体，VE表示虚拟实体，Ss表示服务，DD表示孪生数据，CN表示各组成部分间的连接。
根据上式，数字孪生五维模型结构如下图所示：
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1、物理实体(PE)
物理实体是数字孪生五维模型的基础，主要包括各子系统具备不同的功能，共同支持设备的运行以及传感器采集设备和环境数据。对物理实体的准确分析与有效维护是建立数字孪生模型的前提。
2、虚拟实体(VE)
虚拟实体模型包括几何模型、物理模型、行为模型和规则模型，从多时间尺度、多空间尺度对物理实习进行描述和刻画，形成对物理实体的完整映射。可使用VR与AR技术实现虚拟实体与物理实体虚实叠加及融合显示,增强虚拟实体的沉浸性、真实性及交互性。
3、服务(Ss)
服务对数字孪生应用过程中面向不同领域、不同层次用户、不同业务所需的各类数据、模型、算法、仿真、结果等进行服务化封装，并以应用软件或移动端App的形式提供给用户，实现对服务的便捷与按需使用。
4、孪生数据(DD)
孪生数据是数字孪生的驱动，集成融合了信息数据与物理数据，满足信息空间与物理空间的一致性与同步性需求，能提供更加准确、全面的全要素/全流程/全业务数据支持。
5、连接(CN)
连接模型包括连接使物理实体、虚拟实体、服务在运行中保持交互、一致与同步以及连接使物理实体、虚拟实体、服务产生的数据实时存入孪生数据，并使孪生数据能够驱动三者运行。
（二）工程项目数字化管理[img=1006,623][/img]" data-caption="" data-size="normal" data-rawwidth="1006" data-rawheight="623" class="origin_image zh-lightbox-thumb lazy" width="1006" data-original="https://pic2.zhimg.com/v2-819581b52b5d1b8b92c61a6c889265bd_r.jpg" data-actualsrc="https://pic2.zhimg.com/v2-819581b52b5d1b8b92c61a6c889265bd_b.jpg" style="display: block; margin-right: auto; margin-left: auto; max-width: 100%; height: auto; cursor: zoom-in;">
工程项目数字化管理（digital management of engineering projects）：对建设项目全生命周期内产生的多源异构数据进行收集、储存、处理、分析的管理活动。
来源：T/CCIAT 0024-2020 全过程工程咨询服务管理标准
全过程工程咨询服务中的数字化管理：
数字化交付（digital delivery）：以工厂对象为核心，对工程项目建设阶段产生的静态信息进行数字化创建直至移交的工作过程。涵盖信息交付策略制定、信息交付基础制定、信息交付方案制定、信息整合与校验、信息移交和信息验收
来源：GB/T 51296-2018 石油化工工程数字化交付标准
数字化移交平台(digital handover platform):用于承载和管理数字化移交内容，可与多种工程软件接口并兼容多种电子文档和三维模型格式的信息管理系统。
来源：DL/T 5615-2021 发电工程数字化移交内容规定
（三）智能变电站
电网相关标准体系为智能变电站及GIM三维设计相关标准。自2016年起陆续颁布了智能变电站相关标准，主要标准有DL/T 5510-2016 智能变电站设计技术规定、T/CPSS 1004-2019 智能变电站电能质量测量方法、T/CMEA 11-2020 智能型地埋预装式变电站、GB/T 51071-2014 330kV～750kV智能变电站设计规范、GB/T 51072-2014 110（66）kV～220kV智能变电站设计规范、DL/T 5576-2020 变电站信息采集及交互设计规范等。
智能变电站应具有信息采集数字化、通信平台网络化、信息共享标准化、系统功能集成化、结构设计紧凑化，高压设备智能化和运行状态可视化等技术特征。
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智能变电站(smart substation)：采用可靠、经济、集成、节能、环保的设备与设计，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化、系统功能集成化、结构设计紧凑化、高压设备智能化和运行状态可视化等为基本要求，能够支持电网实时在线分析和控制决策，进而提高整个电网运行可靠性及经济性的变电站。
来源：DL/T 5510-2016 智能变电站设计技术规定
来源：T/CPSS 1004-2019 智能变电站电能质量测量方法
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智能型地埋预装式变电站（intelligent landscape buried prefabricated substation）：一种由地下式电力变压器、智能型预装式户外箱体和预制式地下变压器基舱组成，在工厂预先装配完成的成套设备。
来源：T/CMEA 11-2020 智能型地埋预装式变电站
变电站自动化系统 substation automation system（SAS）：运行、保护和监视控制变电站一次系统的系统，实现变电站内自动化，包括智能电子设备和通信网络设施的自动化。
设备状态监测（condition-based monitoring of equipment）：通过传感器、计算机、通信网络等技术，及时获取反应设备正常运行状态的各种特征参量，并运用一定算法的专家系统软件进行分析处理，可对设备的运行状态及可靠性作出判断，从而及早发现潜在的故障，辅助状态检修决策。
智能终端（smart terminal）：一种智能组件，与一次设备采用电缆连接，与保护、测控等二次设备采用光纤连接，实现对一次设备（如：断路器、隔离开关、主变压器等）的测量、控制等功能。
预制光缆（prefabricated optic cable）：经过工厂预处理后，在光缆的一端或两端根据需要连接各种类型的光纤连接器，可实现预制端在施工现场的无熔接接续点的连接或直连的光缆。
集成装置（integrated device）：按照一定的整合原则，如按照被控对象、输入数据质量需求或控制策略优化等原则，将常规不同IED设备所承载的不同功能进行整合而成的一个或几个IED构成的系统，以期达到简化二次设备配置、减少信息重复采集、优化控制策略的目的。
智能控制柜（smart control cabinet）：用于安装智能组件的柜体。智能控制柜为智能组件各个IED、网络通信设备等提供防尘、防雨、防盐雾、防电磁骚扰等防护设施，以及电源、电气接口、温（湿）度控制、照明等运行设施，使智能组件能够在变电站现场环境中长期安全运行。
来源：GB/T 51071-2014 330kV～750kV智能变电站设计规范
设备状态在线监测（on-line monitoring）：在不停电的情况下，对电力设备状况进行连续或周期性的自动监视检测。
来源：DL/T 5576-2020 变电站信息采集及交互设计规范
（四）数字化设计
数字化设计包含数字化测量、勘察、三维设计及其信息系统。
BIM的思想源自上个世纪70年代, Autodesk公司总结并提出BIM概念。建筑信息模型 (BIM) 是创建和管理建筑资产信息的整体流程。BIM 基于由远程平台支持的智能模型，将结构化、多领域数据整合在一起，以在其整个生命周期（从规划和设计到施工和运营）内生成资产的数字表示。
GB/T 51212-2016《建筑信息模型应用统一标准》给出了BIM的定义：BIM指在建设工程及设施全生命周期内，对其物理和功能特性进行数字化表达，并依此设计、施工、运营的过程和结果的总称。
电网数字化建设情况
2013 年国网经研院发布了输变电工程数字化设计应用导则。2016年，盛大凯等提出从信息技术与工程技术的角度,系统地分析了输变电工程各阶段信息化应用重点及数字化技术应用情况,提出了电网信息模型（grid information model,GIM）概念,并建议建立以GIM为基础的智能电网信息模型共享平台,推进"信息流和业务流"的融合。 2018 年《输变电工程三维设计模型交互规范》等 8 项标准逐步正式发布。2019 年国家电网要求开展设计招标、应用三维设计。电网三维设计随后在35千伏以上工程展开得到快速应用推广。

电网信息模型（grid information model,GIM）：2013年提出，主要指电网工程数字化信息模型，是依托地理信息系统，将电网的组成元素数字化，以信息模型为载体，集成每个元素全寿命周期内的信息，实现信息的高效、准确、全面应用。GIM是贯穿电网建设工程设计、施工、调试、运营阶段的数据标准体系，其起源于设计阶段，通过数字化正向设计技术手段，生成匹配的图形模型与属性模型数据，并在后续阶段不断丰富完善，最终实现工程的数字化移交和应用。

输变电工程三维设计标准
线路GIM三维设计概况
GIM线路工程数据模型本质上是一种按层次组织和逐级引用的文件结构。线路工程GIM定义了5个层级，1-5级依次为工程全线级，分段级，耐张段级，设备组(杆塔组、导体组、交叉跨越组)级和设备级。
(, 下载次数: 165) (, 下载次数: 157) (, 下载次数: 146) 二、电网数字化孪生研究1、变电站孪生专利研究
截止2022年11月，全国数字孪生专利共计6713件。其中变电站数字孪生专利共计206件。自2018年陆续开展专利申请，属于新兴技术领域。
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变电站数字孪生申请专利趋势（截止2022年11月） (, 下载次数: 153)
变电站数字孪生技术生命周期图 (, 下载次数: 164)
变电站数字孪生技术构成图 (, 下载次数: 160)
变电站数字孪生技术功效矩阵 (, 下载次数: 160)
变电站数字孪生热点图2、电网数字化孪生案例 (, 下载次数: 163)
2019年11月国网上海市电力公司编制了《变电站数字孪生系统技术规范》（2020版），统一了变电站数字孪生系统标准化功能技术规范，对变电站数字孪生系统的默认界面、各子系统、告警管理、历史告警查询等模块功能提出具体要求。
其定义的变电站数字孪生系统，以基建全过程综合数字化管理、电网工程三维设计共享为需求焦点，依托变电站泛在物联网建设，采用物联网通讯技术采集变电站全景检测数据，构建数据、模型深度融合的变电站虚拟现实三维空间运行场景，实现动态、直观的反映变电站全生命周期运行过程，服务变电站综合数字化管理。
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变电站数字孪生系统部署在变电站安全Ⅳ区，系统加载变电站三维数字化模型实现对变电站资产的三维全景展示；该系统获取变电站一体化监控系统、辅助控制系统的实时监测数据，实现变电站监控数据与三维数字模型的联动显示。
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系统结构图
变电站数字孪生技术以数字化方式为物理对象创建虚拟模型，模拟变电站在不同运行环境下的状态。“孪生”的两个变电站，一个是存在于现实中的实体变电站，负责实际供配电；另一个则存在于虚拟世界中，实时监测实体变电站的运行情况，并通过各类智能技术实现对设备的评估和诊断。
为了给变电站运维工作提供更强大的支撑，2018年3月，数字孪生系统的雏形——变电站全景监视平台在500千伏五角场变电站率先应用。该平台应用数字孪生技术建立虚拟变电站三维模型，接入变电站内主控、辅控、安防等设备的探测点，实时感知采集各类状态信息。该变电站站内的4000多个采集点、19141个信息点通过监控数据与三维数字模型的联动，实时反映实体变电站运行状态。不仅如此，数字孪生技术的二三维联动使该平台具备地形浏览、设备查询、设备告警等功能。运检人员不再需要去变电站现场，便可掌握站内各要素的运行状态。同时，平台也为变电站实现“不间断设备巡视”提供了可靠的支持，通过对设备异常及时告警延长了设备使用寿命。
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主要监测系统三、变电站数字孪生相关研究
1、智能遥感
[1] 张兵, 杨晓梅, 高连如,等. 遥感大数据智能解译的地理学认知模型与方法[J]. 测绘学报, 2022(007):051.
摘要： 随着遥感数据和计算机算力的爆炸式增长,智能分析算法瓶颈的突破,亟须提升与之相匹配的遥感大数据处理与分析能力.针对复杂场景下遥感大数据智能处理与地理学认知耦合关联和交叉融合的关键问题,本文分析了遥感大数据与地理科学各自的特点与相互关系,提出了多模态知识融合关联的深度网络构建和面向地理制图的遥感智能解译思路,建立了遥感大数据智能处理与应用体系框架;面向技术发展和行业应用,本文提出了分别建设通用高分辨率遥感智能处理系统和智能精准应用平台的总体路线,以期推动遥感智能解译技术创新和工程化应用的全面发展.
[2] 王密, 杨芳. 智能遥感卫星与遥感影像实时服务[J]. 测绘学报, 2019, 48(12):9.
摘要： 传统的卫星遥感系统数据获取,处理和应用模式无法满足卫星遥感影像大众化和实时化的应用需求,亟须发展智能遥感卫星系统,以解决遥感影像在轨处理和智能服务问题.本文首先阐述了智能遥感卫星的发展;然后对智能遥感卫星在轨处理架构,服务模式和在轨处理所涉及的关键算法进行了详细介绍;最后结合珞珈三号01星的设计和研制,探讨了珞珈三号01星的服务场景和服务模式,并对5G,6G和人工智能时代下的智能遥感卫星的未来发展进行了展望.

[3] 吕相伟, 刘垚. 基于智能遥感识别的矿山水工环灾害数据采集系统[J]. 2021.
摘要：针对水工环灾害发生频率高而难以察觉的特点,设计了基于智能遥感识别的矿山水工环灾害数据采集系统.系统采用重新设计智能遥感识别器单机芯片,设计图像处理版硬件重新组成新的数据采集模块,利用新的数据采集模块编写下载PLC程序,智能遥感识别上下机位同时运作,开辟四个路径进行数据传输,最终实现了矿山水工环灾害数据的采集.实验利用该系统反复几次采集灾害数据测试了数据采集的可靠性,系统拥有很高的应用价值.
[4] 田志新, 王中果, 乔亦实,等. 智能遥感卫星天地一体化运控模式研究[C]// 第三届高分辨率对地观测学术年会分会. 2014.
摘要：针对高分辨率敏捷卫星的业务特点,从操作模式、数据平衡、能源平衡三个角度,分析了制约卫星在轨使用效能的瓶颈因素,提出了基于智能星载电子系统的天地一体化运控方案,在星载电子系统自主指令生成、成像参数计算、任务规划优化、敏捷姿态规划的支持下,实现了从静态任务规划到动态任务规划转变,从专用操控模式向通用操控模式转变,从星地开环管理向星地闭环管理转变。针对某遥感卫星的初步仿真分析表明,与传统运控模式相比,操作接口复杂度降低94%,任务注入效率提升500%,对我国区域实时成像监测能力提升100%。本文方案对高分对地观测系统具有借鉴意义。
2.变电站数字孪生及数字技术研究
[5] 张弛, 徐俊, 汤蕾,等. 变电站数字孪生标准体系构建研究[J]. 电力系统装备, 2022(006):000.
摘要：近年来,数字孪生作为数字化发展趋势被社会各界高度关注.国网上海市电力公司浦东供电公司(以下简称"浦东公司")率先将数字孪生应用于变电站管理,投运了上海市首座数字孪生变电站.基于实践经验,按照从无到有,从有到用的机理,构建了包含创建,采集与传输,分析,应用和安全的变电站数字孪生标准体系,为变电站数字孪生标准建设提供参考.
[6] 佘彦杰, 曹宜安, 王耿祥,等. 智慧变电站数字孪生技术的应用[J]. 电力设备管理, 2022(009):000.
摘要：依托数字孪生系统技术的应用,探讨智慧变电站数字孪生技术的应用,并希望能以此推进电力行业的快速发展.
[7] 李江成, 刘建戈, 张鹏宇,等. 变电站数字孪生技术研究与应用[J]. 电气应用, 2022(007):041.
摘要：分析了数字孪生及其在电力行业中发展和应用情况,变电站数字化应用存在分散化现状.提出了变电站数字孪生技术感知,传输,平台和应用的系统架构,研究了三维建模,数据映射,可视化和应用场景四个方面关键技术,并进行了典型应用分析.对于变电站数字孪生技术的发展,给出模型接口,数据获取,应用拓展和规范标准等方面发展建议,促进变电站数据孪生技术的发展和应用.
[8] 陈静, 姜伊. 数字孪生变电站建模及应用[J]. 农村电气化, 2022(010):000.
摘要：随电力建设及改造项目日益增多,现行系统无法直观展示站内实际布局,有效测绘测距,指导施工方案编审有限.对变电站进行空间孪生建模,利用3D建模软件,实现模型中一键测距,全景环绕等功能减少编制人员前往站内频次,宏观展示环节指导优化多班组作业区轮转及相关安全措施布置.提升施工方案编制讨论环节各部门沟通效率,对施工细节直观展现,对潜在施工安全隐患抓早抓小,提高生产工作质效.
[9] 向东伟. 数字孪生技术在变电站电力监控系统中的应用[J]. 智慧工厂, 2022(003):000.
摘要：变电站电力监控系统需要为客户提供实时运行信息,尤其是开关和保护行为的信息,随着无人值守变电站模式的迅速推广,如何有效提升无人值守变电站的运行管理水平和减少变电,配电损失,提高供电质量,成为亟待探索的方向.数字孪生技术可以通过数字化方式创建物理实体的虚拟实体,在虚拟空间中将变电站的实时监控数据完成映射,并将其核心要素和物理实体以更加直观的数字化形式体现.本文通过对多个无人值守变电站电力监管系统建模并实测,证实其实用性和高效性.
[10] 王耿祥, 桑小兵, 史晓燕,等. 变电站智能巡检中数字孪生技术的应用研究[J]. 电力设备管理, 2022(009):000.
摘要：变电站智能巡检中,数字孪生技术的应用具有极为优秀的表现.必须在实践中不断的提升数字孪生技术的应用范围,促进变电站智能巡检工作的有效落实.
[11] 李志强, 丁小蔚, 杜王特. 基于数字孪生体系变电站融合巡检方式研究[J]. 电子技术（上海）, 2022(004):051.
摘要：阐述数字孪生体系变电站的融合巡检方式,在一定程度上优化巡检人员作业操作任务,提高设备巡检精准性及可追溯性.在系统设计过程中,以总计框架,数据集成,核心功能为关键设计对象,将所有数据及内容汇聚在数字孪生平台中进行可视化监管,实现设备诊断,作业效率,运维成本分析的巡检方式.
[12] 李志强, 丁小蔚, 杜王特. 基于数字孪生的变电站潜在故障定位预警研究[J]. 电工技术, 2022(010):000.
摘要： 考虑变电站环境复杂,所产生的设备维护成本较高,当前多数系统虽然包含了大量的告警数据,但这些数据仍存在不准确及不相关性.为此,研究了变电站潜在故障定位不准确及不及时的原因,提出了三种模型,分别包括IEC 61850信息模型,基于人工神经网络关键信息提取模型,数字孪生UWB定位模型,并将这三种模型有效融合,通过数字孪生可视化实时精准定位告警故障.实例验证表明,该方法能够大幅度提升变电站潜在故障预警速度,提高定位精确度,对变电站潜在故障排查起着至关重要的作用.
[13] 王耿祥, 桑小兵, 曹宜安,等. 数字孪生技术在变电站智能巡检中的应用[J]. 电力设备管理, 2022(5):3.
摘要：智能巡检是变电站日常运行维护工作中的重要内容,本文主要阐述了数字孪生技术在变电站智能巡检中的应用以及优化策略展开相关的研究与讨论。
[14] 方涛, 钱少锋, 王祯,等. UWB定位技术在数字孪生变电站中的应用[J]. 电工技术, 2022(012):000.
摘要：为应对变电站现场作业人员误入带电区域,不清晰作业范围,与带电设备安全距离不足和现场监管不足所带来的问题,将UWB(Ultra Wide Band)定位技术应用在数字孪生变电站中,通过UWB高精度定位技术,结合孪生变电站三维立体模型,将孪生场景与真实场景同步运行,借助场景还原,实现对现场作业人员实时定位,实时轨迹跟踪,行为分析告警等.该系统实现了数字孪生系统精准定位,电子围栏告警与风险识别等功能,有效防范了上述问题的发生.该系统已成功应用在杭州220 kV世纪变并取得了良好应用效果.
[15] 钱少锋, 方涛, 王祯,等. 基于LightGBM的变压器故障预测在数字孪生变电站中的应用[J]. 电工技术, 2022(12):4.
摘要：变压器是变电站中主要设备之一,其安全运行对于变电站的运转起着至关重要的作用,因此对变压器故障进行预测对保障变压器的平稳运行有着重要意义。提出基于LightGBM的预测模型,将其应用在实际数字孪生变电站中。首先对特征量进行选择,并使用PCA对数据进行降维;其次用LightGBM算法构建模型并对测试样本进行模型精准度验证,证明了算法的可用性;最后与其他机器学习算法对比,分析模型的不足,并对LightGBM算法在变压器故障预警中的深入应用提出了改进方向。
[16] 张鹏飞, 刘朋熙, 章爱武,等. 基于数字孪生的电网基础资源运营场景可视化[J]. 科学与信息化, 2022(20):4.
摘要：为贯彻国家"新基建"决策部署和国家电网公司新战略,各网省思极科技公司逐步开展电力杆塔,变电站等基础资源运营业务,文中以面向电网基础资源运行监控为主线,以地市供电公司的基础资源运营业务为切入点,介绍了基于数字孪生技术实现多站融合和共享杆塔三维建模与全景监控的方法,物联网状态感知与数据可视化展示,为电网基础资源运行监控和管理提供智能化手段,提高了各网省思极科技公司开展电网基础资源运营业务的效率.
[17] 马志广, 霍红果, 王生旭,等. 数字孪生技术在牵引变电所二次系统仿真模拟中的应用[J]. 科技与创新, 2022(21):3.
摘要：研究了牵引变电所二次系统的仿真模拟在铁路营运系统中的应用.基于数字孪生技术,并采用Unity为基础教学模拟平台,实现电气化铁路牵引供电系统二次系统的三维数字化模拟仿真,提出电气化铁路牵引变电站二次系统建模标准和新的模拟仿真方式,提高了培训,教学,施工的数字化管理水平,促进了电气化铁路建设的全面信息化.
[18] 杨可军, 张可, 黄文礼,等. 基于数字孪生的变电设备运维系统及其构建[J]. 计算机与现代化, 2022(002):000.
摘要：针对变电设备周期状态管控难,运检效率低等问题,基于数字孪生理论,构建基于真实变电设备运维的数字化模型及系统.首先,在信息层建立能反映变电设备换流变,调相机,GIS(Gas Insulated Substation)这3类设备真实状态的数字孪生体;其次,基于换流变,调相机,GIS历史大数据,通过数字孪生体的变电站设备进行统计分析,并根据采集的实时数据,运维数据来预测变电站设备下一时刻的状态,使变电设备实现实际变电站内物理层与信息层数据的融合;最后,以变电站设备运维为对象,采用信息物理融合系统进行运维数据的集成和同步,形成最终变电设备运维数字孪生框架系统.相关研究表明,运用数字孪生技术可以对变电设备运维系统运行效率的提升和对变电站整体智能化提供强有力的技术支撑.
[19] 周伟, 黎伟, 何文武,等. 变电站数字化电缆敷设建模及电缆载体相关计算研究[J]. 现代电子技术, 2022(019):045.
摘要：针对变电站站内电缆敷设方面存在的问题,提出采用三维精细化设计技术进行变电站电缆敷设以及电缆载体的计算和应用研究方案;并整合汇总了变电站中最常用的电缆埋管、电缆沟和电缆支架的敷设方式,通过结合三维模型构建和配置标准化计算应用模块,设计出了各个配电区、不同设备类型的埋管敷设以及电缆沟内支架敷设的标准化应用方案,也为后续孪生建模的数字模型构建提供了技术支撑.应用三维技术对变电站电缆敷设及电缆载体进行相关计算研究,是电缆敷设三维标准化应用的基础,可为后续数字化电缆三维敷设能力进一步提升起到促进作用,也是对变电站电缆敷设中电缆载体相关计算的一个补充,填补了埋管和电缆沟标准化敷设应用的空白,为设计、施工、运行全过程的智能化、精细化管理,提高变电工程施工的效率和质量提供帮助.
[20] 孙杨, 徐波, 洪石林,等. 基于改进孪生网络的变电站设备缺陷判别算法[J]. 供用电, 2022, 39(8):8.
摘要：变电站缺陷检测诊断是保证电力安全生产的重要手段之一.针对变电站设备缺陷识别中现有方法鲁棒性较差、数据采集成本高、新类别泛化性差等问题,提出了一种改进孪生网络的变电站设备缺陷判别算法.该方法针对变电站内的可见光图片进行分析,网络结构中加入了特征金字塔结构增强多尺度信息,并使用欧式距离与K最近邻(KNN)算法进行特征相似性度量与分类,实现了对缺陷目标的有效识别与分类.且可在无须扩充数据集的条件下,依据实际应用场景扩充缺陷类型,有效提升了模型对新类别的泛化能力与实时检测能力,大幅降低了数据采集成本.建立了变电站可见光图片设备缺陷数据集,并在该数据集上进行大量训练,模型实验准确率达到91.25％,召回率达到95.36％,均比普通卷积神经网络提升35％左右.实验结果表明,该方法能有效提升变电站设备缺陷检测能力.
[21] 孟令雯, 徐长宝, 席禹,等. 数字化转型环境下的智能变电站信息治理体系研究[J]. 电力信息化, 2022(002):020.
摘要：随着南方电网数字化转型的逐步推进,高质量的信息是保障智能变电站可靠运行的基础.针对当前智能变电站二次系统信息质量不高、分析管控水平低等问题,文章研究了数字化转型环境下的智能变电站信息治理体系,梳理了智能变电站信息内容及信息治理需求,构建了面向数字化转型各阶段的智能变电站信息治理架构,并提出智能变电站信息治理整体解决方法,切实探索数字化转型环境下的智能变电站信息治理体系与方法,支撑公司数字化战略转型稳定高效实施.
[22] 韩茂林, 黎强, 李坤鑫,等. 变电站数字孪生系统:, CN112769237A[P]. 2021.
摘要：一种变电站数字孪生系统,包括:数据库,数据库组态配置模块,数据入库模块,后台数据处理模块和前端浏览模块;前端浏览模块用于后台数据处理模块发来的数据根据用户选择,以相应的形式进行显示;形式包括基于BIM技术构建变电站的三维模型,并在三维模型中的三维构件中显示相应的实时数据以及状态.与现有技术相比,对变电站三维模型,全景监测数据进行了有机整合,实现变电站资产的三维全景展示和变电站监控数据的获取,提升了日常运维全面监视的空间体验,为后续变电站多维数据的深度挖掘和智能分析提供了扎实的数据平台.
[23] 孙雷, 戚绪安, 刘云飞,等. 数字孪生分布式物理化结构模型及其在变电站建设管理中的应用[J]. 计算机应用与软件, 2021, 38(11):7.
摘要：新近提出的数字孪生五维模型理论归纳描述了数字孪生的要素结构和运行原理,但在构建具体数字孪生系统实例时,仍缺少可用于直接指导的物理化结构模型.通过对五维模型中各元素表现的分析,归纳总结数字孪生的分布式物理化结构模型,进而构建面向项目全寿命周期管理的变电站数字孪生体系模型,指导构建基于信息化三维模型的变电站施工管理平台.数字孪生分布式物理化结构模型具有普适性,可适用于不同领域.
[24] 上官海洋, 李党, 易慧,等. 数字化变电站程序化操作模式研究及应用[J]. 电站系统工程, 2022(003):038.
摘要：基于广州供电局某220kV数字化变电站程序化操作建设及应用经验,研究数字化变电站程序化操作建设目标,模式及实现细节,提出一种变电站程序化操作新模式.该模式同时实现调度端,站端程序化操作.核心程序源唯一,可实现设备"运行,热备用,冷备用,检修"四种状态的完整转换,大大提升变电站倒闸操作效率,实现"变电站无人巡操"的目标,达到向科技要人力的目的.
[25]周嫣蕾, 傅笑梅. 数字化变电站的建设[J]. 光源与照明, 2022(4):3.
摘要：数字化变电站是新时期下变电站技术的发展趋向,直接影响智能电网的发展情况.文章从分析数字化变电站的概念及优势着手,研究其功能分层情况,包括过程层,间隔层与变电站层,介绍了数字化变电站建设的关键内容,包括IEC 61850标准,以及智能断路器,电子互感器等的应用,并结合实际案例分析了IEC61850标准的应用情况,证实IEC 61850标准值得推广.
[26] 金凯, 王蕾. 数字化变电站智能终端装置的优化[J]. 华东科技, 2022(7):3.
摘要：数字化变电站就是在传统变电站基础上经过信息化,数字化改造之后的智能型产品,其智能终端能够对虚,实回路进行有效连接,发挥着非常关键的作用.但是对于不同厂家来说,智能终端的遥信回路方案存在着差异和自身的隐患.本文针对这些问题进行分析,提出针对性的优化措施,希望能够对相关人士有所帮助.
[27] 谢健, 陈昕. 基于证据理论的数字化变电站继电保护容错方法[J]. 光源与照明, 2022(5):3.
摘要：介绍数字化变电站及其继电保护的基础上,基于证据理论分析了数字化变电站继电保护容错方法,可以对实际工作起到参考作用,推动数字化变电站可持续发展.根据证据理论,综合分析多源互感器的数据,利用容错方法识别错误数据,可以避免继电保护错误运行.当前,证据理论主要应用于电力系统故障选线和变压器诊断等工作.证据理论融合多种信息,可以有效互补各种冗余信息,避免因为错误数据影响实际工作质量,保障判断结果的精确性.
[28] 邱智勇, 陈建民, 朱炳铨. 基于IEC 61850标准的500kV三层结构数字化变电站建设[J]. 电力系统自动化, 2009(12):5.
摘要：在华东500kV电网建设基于IEC 61850标准的3层数字化变电站具有重大意义,其技术难度超过现有的数字化变电站.以兰溪变为例,其3层结构除互感器仍采用硬接线外,断路器采用就地布 置智能操作箱,实现断路器的智能化,保护之间的联系,保护和测控与开关之间的联系,保护和测控装置与监控后台和故障信息系统的联系,测控装置之间的联闭锁 都采用基于IEC 61850标准的网络.探讨了数字化变电站建设中的建设方案,工程应用模式,组网方式和保护配置等问题.
[29] 董智勇. 数字化变电站技术在电力企业变电所的应用[J]. 石化技术, 2022, 29(6):3.
摘要：本文从数字化变电站技术在电力企业变电所应用现状入手,分析了数字化变电技术的主要优点和电力企业变电站数字化提升路径,并阐述了电力企业数字化变电技术的发展方向,以期为电力企业变电站数字化转型提供理论支撑.
[30] 岑荣佳, 史纯清. 数字化变电站智能终端装置的改进[J]. 电工技术, 2022(006):000.
摘要：数字化变电站智能终端在数字化变电站中起到了虚回路与实回路的桥梁的作用,占据着极其重要的位置.对于智能终端的遥信回路,不同厂家有着不同的设计方案,而各设计方案又存在着不同的隐患.针对目前常用的两种方案进行细致分析,根据存在的问题提出了解决措施.
[31] 孟令雯, 徐长宝, 席禹,等. 数字化转型环境下的智能变电站信息治理体系研究[J]. 电力信息与通信技术, 2022(002):020.
摘要：随着南方电网数字化转型的逐步推进,高质量的信息是保障智能变电站可靠运行的基础.针对当前智能变电站二次系统信息质量不高,分析管控水平低等问题,文章研究了数字化转型环境下的智能变电站信息治理体系,梳理了智能变电站信息内容及信息治理需求,构建了面向数字化转型各阶段的智能变电站信息治理架构,并提出智能变电站信息治理整体解决方法,切实探索数字化转型环境下的智能变电站信息治理体系与方法,支撑公司数字化战略转型稳定高效实施.
[33] 范文杰, 王浩, 王旭升. 智能变电站二次设备集成方案研究[J]. 工程技术:文摘版, 2022(18).
摘要：智能变电站在智能电网建设中是必不可少的重要部分;功能集成,设备信息的数字化以及结构紧凑是当前智能变电站的主要特征.本文通过对智能变电站的二次设备进行简要介绍;并且详细分析智能变电站的工作原理;在文章最后对二次设备集成方案进行简单的介绍;希望可以促进智能电网的不断发展.
[34] 万锴. 500kV变电站"无人值守+集中监控"数字化转型运维模式分析[J]. 低碳世界, 2022(004):012.
摘要：在500 kV变电站运维管理工作中,若能积极推广"无人值守+集中监控"运维模式,不仅能提升变电站管理便捷性,而且能优化变电站运维管理环境.基于此,本文简要分析了运维模式创新原则,围绕当前500 kV变电站的运维管理难题,通过推进集控站建设,健全无人值守管理制度,优化关键技术等路径,增强变电站设备故障处理的时效性,满足新时代背景下500 kV变电站的运维管理需求.
[35] ]陶飞,等.数字孪生五维模型及十大领域应用[J]. 计算机集成制造系统，2019（001）
摘要：数字孪生(Digital Twin)作为践行智能制造、工业4.0、工业互联网、智慧城市等先进理念的使能技术与手段,近期备受学术界和企业界关注,尤其是数字孪生的落地应用更是关注热点.模型是数字孪生的基础与核心,而传统数字孪生三维模型已无法满足现阶段技术发展与应用需求.在此背景下,为推动数字孪生技术在相关领域和行业的进一步应用,在数字孪生车间研究过程中,提出了数字孪生五维模型的概念,以适应新需求.基于前期相关研究,在进一步阐述数字孪生五维模型后,结合相关合作企业实际应用需求,重点探讨了数字孪生五维模型在卫星/空间通信网络、船舶、车辆、发电厂、飞机、复杂机电装备、立体仓库、医疗、制造车间、智慧城市10个领域的应用思路与方案,以期为相关领域践行数字孪生理念与技术提供参考.
[36]陶飞, 张辰源, 戚庆林,等. 数字孪生成熟度模型[J]. 计算机集成制造系统, 2022(005):028.
摘要：数字孪生作为一种实现信息物理融合,促进数字化转型和智能化提升的有效手段,受到国内外学术界,工业界和政府部门的广泛关注.然而,在数字孪生研究和落地应用过程中,存在以下疑惑和问题:①如何判断是不是数字孪生?②如何评判现有数字孪生能否满足应用需求?③若不满足应用需求如何优化提升?为解决上述问题,基于团队数字孪生前期研究基础,研究提出了一套数字孪生成熟度模型,将数字孪生成熟度分为"以虚仿实(L0),以虚映实(L1),以虚控实(L2),以虚预实(L3),以虚优实(L4),虚实共生(L5)"六个等级.为便于不同数字孪生实际应用的成熟度评价操作,基于作者团队前期提出的数字孪生五维模型,从五个维度提出了19项数字孪生成熟度评价因子,并设计了一套数字孪生成熟度评价应用流程.最后,分别面向单元级数字孪生(如机器人)和系统级数字孪生(如车间)开展了数字孪生成熟度评价应用,验证了所提方法的可用性和有效性.数字孪生当前还处于应用的初级阶段,期望相关工作能为进一步认识数字孪生,开展数字孪生学术研究和交流,推广落地应用提供一些参考.
[37]刘海峰, 池威威, 贾志辉,等. 变电站数字孪生系统的设计与应用[J]. 河北电力技术, 2021, 40(3):7.
摘要："十四五"期间,雄安新区电网设备规模将快速增长,传统运检模式下需要配置大量运检人员,设备信息获取难以做到及时全面.提出建设变电站数字孪生系统,利用实时感知数据和设备三维数字模型,在虚拟空间构建现实变电站的映射体,实现变电站远程巡检,在线诊断和全寿命周期管理.该系统已在220kV剧村变电站投入应用,验证了系统的有效性和先进性.
应用在国网云架构上的系统结构图。
(, 下载次数: 147) 四、智慧变电站数字孪生平台的建设与发展
《CCF BDCI大咖说》技术专题报告第6期中，华北电力大学鲁斌老师，做了《智慧变电站数字孪生平台的建设与发展》报告，对变电站数字孪生总结了“一个体系”、“三个属性”、“四个加强”，提出了系统架构。
(, 下载次数: 170)
一个体系（空间信息建模+移动载体+传感器+时空数据图谱分析） (, 下载次数: 157)
三个属性（安全、生产、服务属性） (, 下载次数: 149)
四个加强（可视+在线+管控+培训） (, 下载次数: 159)
系统结构图
附录：
1、数字孪生_百度百科
2、变电站数字孪生系统技术规范（2020版）
3、《数字孪生世界白皮书》（2022）数字孪生世界企业联盟和杭州易知微科技有限公司
4、数字孪生五维模型及十大领域应用
5、《五维数字孪生模型及十个领域应用探索》_数字孪生五维模型
6、《CCF BDCI大咖说》技术专题报告第6期——智慧变电站数字孪生平台的建设与发展
注：部分图片来源于网络





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