蓄能电厂数字孪生体的构建与应用场景

王林^① 赵增涛^② 佘俊^①

(①南方电网调峰调频发电有限公司信息通信分公司，②南方电网调峰调频发电有限公司储能科研院)

1 引言

2021年4-5月，南方电网公司相继发布了《数字电网推动构建以新能源为主体的新型电力系统白皮书》、《南方电网公司建设新型电力系统行动方案（2021-2030年）白皮书》，提出了依托数字电网建设，多措并举构建以新能源为主体的新型电力系统的战略目标。

2022年4月，南方电网公司和中电联共同发布了《数字电网标准框架白皮书（2022年）》(以下简称《白皮书》)，进一步诠释了数字电网的定义内涵、技术体系、标准框架及发展趋势。《白皮书》提出了数字电网的π模型，包含三个部分：由设备构成的物理系统、围绕物理系统运作的业务系统、支撑物理系统运行和业务系统运转的信息系统。

数字电网的π模型中，信息系统通过信息交互连接物理系统与业务系统。随着物理系统和业务系统的大量信息数字化，数字信息实现全面在线并融合互动，进而赋能物理系统和业务系统优化重构，促进电网运行和业务运转的效能提升。

理想状态的数字电网，其信息系统是物理系统和业务系统的数字孪生体。物理世界和数字世界两大平行体系虚实融合、虚实互动，数字世界驱动物理世界实现高度智能，物理世界依托数字世界的衍生而再生价值。本文对数字孪生的基本要求进行了分析，并介绍了在某抽水蓄能电站运维辅助支持系统的构建和应用过程中，对于数字孪生技术的探索。

2 数字孪生基础分析

数字孪生是电网物理世界和数字虚拟世界沟通的桥梁。数字孪生技术的概念提出初期，主要用于工业制造领域的仿真测试。如NASA建立飞船镜像仿真模型，进行健康诊断和飞行测试。达索公司构建了基于数字孪生的汽车仿真平台，根据空气动力学和流体力学测试结果改进信息世界中的产品设计模型，并反馈到物理实体产品改进中。由于数字孪生不需要构建实物，加快了测试效率，降低了风险和成本，后期快速融入其他行业，如智慧城市、智慧管网等，开始逐渐采用数字孪生技术构建物理本体的超写实模型进行全周期的设计、制造和运维管理。

根据南方电网科学研究院的研究，数字电网以海量可信数据为基础，依托智能传感、泛在物联、大数据、智能化控制、人工智能和普惠化计算，利用数字孪生和感知建模理论，构建与物理电网同构匹配的孪生电网。孪生电网是物理电网通过数字孪生技术进行全要素数字化后形成的虚拟镜像。基于数字孪生的数字电网具备全息复制、孪生交互、虚实迭代三大特征。

3 抽水蓄能电站的数字孪生探索

抽水蓄能电站作为电网的调节工具，如何构建数字孪生电厂，调峰调频发电有限公司做了有益的探索。

根据数字电厂“可观、可测、可调、可控”的原则，结合现场的实际需求，对建设内容进行了取舍。将数字孪生体的构建，分为三个部分。

一是通过三维建模和数字可视化技术，解决数字孪生体的几何形状和空间位置，以更立体直观的形式达到“可观”。实践中，既可以基于精确尺寸进行精细模型的构建，也可以通过全景照相和激光测距等手段进行粗略模型的构建。前者的数据收集、测绘工作量巨大，但形成的成果除了示意，还可用于模拟装配、员工培训等用途。

二是进行多源数据的融合，通过在几何模型中叠加各类数据图层，赋予孪生体全面的信息。实践中，根据数据资源的现状，逐步集成了主要设备或系统的量测数据、台账数据、指标数据等，拟进一步引入气温、室内定位等数据。以融合和可视化的形式达到“可测”。

三是通过机器视觉、机器听觉、专家策略等AI技术的加持，通过一系列算法为数字孪生体赋能，实现自动感知或预测运行状态的异常或故障，并与现实中的人员交互，具备“可调、可控”的条件。

4 结语

目前，基于数字孪生的蓄能电站运维智能辅助支持系统正在实施中，正在逐步接近“全面可观、精确可测、高度可控”的目标。期待在试点电厂中收获成效，并形成可复制的模板，在行业内推广。