一文了解數(shù)字孿生變電站是怎么回事

孿生，即雙胞胎；數(shù)字孿生，顧名思義，就是數(shù)字形式的雙胞胎。

在“數(shù)字孿生”中，雙胞胎中的一個(gè)是存在于現(xiàn)實(shí)世界的實(shí)體，小到零件，大到工廠，簡(jiǎn)單如螺絲，復(fù)雜如人體的結(jié)構(gòu)。

而雙胞胎中的另一個(gè)則只存在虛擬和數(shù)字世界之中，是利用數(shù)字技術(shù)營(yíng)造的與現(xiàn)實(shí)世界對(duì)稱的鏡像。

如果以家用電腦為例，Word文檔和打印出來(lái)的文稿就是“數(shù)字孿生”。若以導(dǎo)航軟件為例，城市中的實(shí)體道路和軟件中的虛擬道路也是“數(shù)字孿生”。

此外，這個(gè)數(shù)字孿生體，不僅是對(duì)現(xiàn)實(shí)實(shí)體的虛擬再現(xiàn)，還可以模擬對(duì)象在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的行為。因此可以說(shuō)，數(shù)字孿生是將物理對(duì)象以數(shù)字化方式在虛擬空間呈現(xiàn)，模擬其在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的行為特征。

首先，數(shù)字孿生可以通過(guò)設(shè)計(jì)工具、仿真工具、物聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實(shí)等各種數(shù)字化的手段，將物理設(shè)備的各種屬性映射到虛擬空間中，形成可拆解、可復(fù)制、可轉(zhuǎn)移、可修改、可刪除、可重復(fù)操作的數(shù)字鏡像。

這極大的加速了操作人員對(duì)物理實(shí)體的了解，激發(fā)模擬仿真、批量復(fù)制、虛擬裝配等設(shè)計(jì)活動(dòng)。

過(guò)去，在沒(méi)有數(shù)字化模型幫助之下，制造一件產(chǎn)品要經(jīng)歷很多次迭代設(shè)計(jì)。

現(xiàn)在，采用了數(shù)字化模型的設(shè)計(jì)技術(shù)，就可以在虛擬的三維數(shù)字空間輕松地修改部件和產(chǎn)品的每一處尺寸和裝配關(guān)系，這使得幾何結(jié)構(gòu)的驗(yàn)證工作和裝配可行性的驗(yàn)證工作大為簡(jiǎn)單，大幅度減少了迭代過(guò)程中物理樣機(jī)的制造次數(shù)、時(shí)間，以及成本。

此外，數(shù)字孿生還可以通過(guò)采集有限的物理傳感器指標(biāo)的直接數(shù)據(jù)，借助大樣本庫(kù)，通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)推測(cè)出一些原本無(wú)法直接測(cè)量的指標(biāo)。

由此實(shí)現(xiàn)對(duì)當(dāng)前狀態(tài)的評(píng)估、對(duì)過(guò)去發(fā)生問(wèn)題的診斷，以及對(duì)未來(lái)趨勢(shì)的預(yù)測(cè)，并給予分析的結(jié)果，模擬各種可能性，提供更全面的決策支持。

例如，針對(duì)大型設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的各種故障特征，可以將傳感器的歷史數(shù)據(jù)通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)訓(xùn)練出針對(duì)不同故障現(xiàn)象的數(shù)字化特征模型，并結(jié)合專家處理的記錄，將其形成未來(lái)對(duì)設(shè)備故障狀態(tài)進(jìn)行精準(zhǔn)判決的依據(jù)，最終形成自治化的智能診斷和判決。

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、人工智能和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的不斷發(fā)展，更多的工業(yè)產(chǎn)品、設(shè)備具備了智能的特征。在這樣的背景下，數(shù)字孿生技術(shù)正直接影響著智慧城市、人工智能、安防、物聯(lián)網(wǎng)等未來(lái)發(fā)展。

數(shù)字孿生這一概念最早出現(xiàn)于2002年，由Grieves教授在美國(guó)密歇根大學(xué)發(fā)表的一次關(guān)于產(chǎn)品生命周期管理的演講中首次提出。

他認(rèn)為，通過(guò)利用物理設(shè)備的數(shù)據(jù)，人們可以在虛擬（信息）空間構(gòu)建一個(gè)可以表征該物理設(shè)備的虛擬主體和子系統(tǒng)，并且這種聯(lián)系不是單向和靜態(tài)的，而是在整個(gè)產(chǎn)品的生命周期中都聯(lián)系在一起。

后來(lái)，美國(guó)國(guó)防部將數(shù)字孿生技術(shù)引入航天飛行器的健康維護(hù)中，并在美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）的阿波羅計(jì)劃中應(yīng)用。

隨著數(shù)字技術(shù)的不斷發(fā)展，以及人們多年來(lái)在數(shù)字世界里做設(shè)計(jì)和仿真，虛擬和現(xiàn)實(shí)越來(lái)越對(duì)應(yīng)、融合，數(shù)字虛體越來(lái)越賦能物理實(shí)體系統(tǒng)。

而數(shù)字孿生技術(shù)就是以數(shù)字化方式為物理對(duì)象創(chuàng)建的虛擬模型，來(lái)模擬物理實(shí)體在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的行為。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)延伸了數(shù)字孿生的價(jià)值鏈條和生命周期，凸顯出數(shù)字孿生在模型、數(shù)據(jù)、服務(wù)方面的優(yōu)勢(shì)和能力，打通了數(shù)字孿生應(yīng)用和迭代優(yōu)化的現(xiàn)實(shí)路徑，正成為數(shù)字孿生的孵化床。

充分運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、人工智能和區(qū)塊鏈等先進(jìn)技術(shù)，打造數(shù)字孿生模型，可以為智慧城市、智慧制造、智能變電站等提供新的建設(shè)思路和方法。

在國(guó)內(nèi)，數(shù)字孿生技術(shù)的應(yīng)用正處于起步階段，但已在能源基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中得到應(yīng)用。

我國(guó)一些能源企業(yè)在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中設(shè)計(jì)了完全沉浸式的數(shù)字孿生模型，從而實(shí)現(xiàn)工程設(shè)計(jì)可視化，并可以確定潛在的障礙和問(wèn)題，提升工作效率。

在電力行業(yè)中，數(shù)字孿生技術(shù)也在變電、配電領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了應(yīng)用。

在第六屆世界互聯(lián)網(wǎng)大會(huì)上，新投運(yùn)的烏鎮(zhèn)“互聯(lián)網(wǎng)之光”博覽會(huì)新展館10千伏配電房運(yùn)用數(shù)字孿生技術(shù)，構(gòu)建了與真實(shí)場(chǎng)景無(wú)縫匹配的虛擬場(chǎng)景。

坐落于中新天津生態(tài)城旅游區(qū)的110千伏游樂(lè)港智能變電站全息模型于2019年6月建設(shè)完成，為數(shù)字孿生變電站建設(shè)打下基礎(chǔ)。

數(shù)字孿生變電站建設(shè)完成后，運(yùn)維人員將通過(guò)“孿生”變電站輕松獲取并分析處理各類運(yùn)行數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站的全域和全生命周期管理。

電力物聯(lián)網(wǎng)是電力系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)萬(wàn)物互聯(lián)、人機(jī)交互，實(shí)現(xiàn)人與人、人與物、物與物之間的實(shí)時(shí)交互及高效協(xié)同。

而數(shù)字孿生在數(shù)字空間構(gòu)建了一套表征對(duì)象在設(shè)計(jì)、研發(fā)、運(yùn)行、迭代過(guò)程中的虛擬體，猶如物聯(lián)網(wǎng)中各種實(shí)體對(duì)象的“基因”，是實(shí)現(xiàn)人機(jī)協(xié)同的重要橋梁與技術(shù)，可以說(shuō)是電力物聯(lián)網(wǎng)和電力數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)的底層邏輯。

同時(shí)，數(shù)字孿生技術(shù)也將對(duì)電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、運(yùn)行邏輯、交易方式、商業(yè)模式、技術(shù)體系與管理機(jī)制帶來(lái)重要影響。

以數(shù)字孿生電力機(jī)房應(yīng)用為例，當(dāng)前，巡檢以人工巡檢為主，實(shí)時(shí)性差，效率較低。

在數(shù)字孿生技術(shù)的支撐下，把人工智能、物聯(lián)網(wǎng)和三維可視化等技術(shù)應(yīng)用到機(jī)房的環(huán)境監(jiān)測(cè)和調(diào)控中，構(gòu)建起機(jī)房生產(chǎn)運(yùn)行虛擬環(huán)境，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控機(jī)房溫度等環(huán)境因素。

一旦發(fā)生預(yù)警，系統(tǒng)將及時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)，當(dāng)故障恢復(fù)后，機(jī)房服務(wù)器設(shè)備及環(huán)境控制設(shè)備自動(dòng)啟動(dòng)，并將環(huán)境因素調(diào)節(jié)至理想狀態(tài)，保障電力機(jī)房安全穩(wěn)定運(yùn)行。

目前，國(guó)網(wǎng)信息通信產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司正依托人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等方面的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，形成多個(gè)數(shù)字孿生科研項(xiàng)目?jī)?chǔ)備。

其中，“基于數(shù)字孿生模型的機(jī)房運(yùn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)及一站式調(diào)控的關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用”項(xiàng)目即將實(shí)現(xiàn)試點(diǎn)應(yīng)用。

未來(lái)，國(guó)家電網(wǎng)有限公司經(jīng)營(yíng)區(qū)域內(nèi)分布廣泛、數(shù)量眾多的電力機(jī)房和變電站都將成為數(shù)字孿生節(jié)點(diǎn)部署的最佳選擇。