隨著無線傳感網(wǎng)絡、5G、無人機巡線、可視化等新技術在輸電線路場景的引入,目前已經(jīng)極大地提高了輸電線路運維效率,并且也為輸電線路的智能化提供了基礎設施和數(shù)據(jù)基礎,但還未達到輸電線路運行狀態(tài)的全面感知與智能分析的要求,數(shù)字孿生技術的快速發(fā)展為解決這些問題提供了新的思路。
輸電線路是電力系統(tǒng)的核心組成部分,為了提升輸電線路數(shù)字化、智能化水平,可用一種基于數(shù)字孿生技術的輸電線路架構,并將該架構應用于輸電全鏈路數(shù)字孿生建設的場景中,數(shù)字孿生技術與輸電線路的結合是數(shù)字化新基建與電力公司數(shù)字化轉型的必要探索,是挖掘輸電線路數(shù)據(jù)價值的必要手段,是輸電線路運檢智能化的必要支撐。
線路全景感知場景實現(xiàn)?;诘貓D,將輸電線路設施資源和重要城市景觀,在一張圖中進行宏觀展示,通過全景展示電網(wǎng)鏈路關系,并依托攝像頭和傳感裝置展示線路、設施、現(xiàn)場實時情況,實時掌握輸電線路運行情況、運行監(jiān)測情況和影響線路設施的重要因素(溫度、風速、外破等),結合大數(shù)據(jù)、云計算、圖像識別算法和缺陷識別等技術手段,實現(xiàn)輸電線路狀態(tài)監(jiān)測、高風險智能識別以及對線路狀態(tài)和全景感知。
1.數(shù)字孿生系統(tǒng)架構
感知層:感知層主要包括物理實體中搭載先進物聯(lián)網(wǎng)技術的各類新型基礎設施。
數(shù)據(jù)層:數(shù)據(jù)層主要包括保證運算準確性的高精度的數(shù)據(jù)采集、保證交互實時性的高速率數(shù)據(jù)傳輸、保證存取可靠性的全生命周期數(shù)據(jù)管理。
運算層:運算層是數(shù)字孿生體的核心,其充分借助各項先進關鍵技術實現(xiàn)對下層數(shù)據(jù)的利用,以及對上層功能的支撐。
功能層:功能層是數(shù)字變生體的直接價值體現(xiàn),實現(xiàn)系統(tǒng)認知、系統(tǒng)分析、故障診斷、預測推演功能,從而起到輔助決策作用。系統(tǒng)認知,數(shù)字孿生體能夠真實描述及呈現(xiàn)物理實體的狀態(tài),它是實現(xiàn)數(shù)字孿生體其它高級和智能化功能的基礎。系統(tǒng)分析可實現(xiàn)數(shù)字孿生體的狀態(tài)監(jiān)測功能,發(fā)揮對物理實體的早期預警作用。故障診斷,通過分析物理實體的運行狀態(tài),了解現(xiàn)象背后的原因。預測推演,是利用仿真技術來預見物理實體未來的狀態(tài)演變,從而指導當前的運行決策。
應用層:應用層是面向各類場景的數(shù)字孿生體的最終價值體現(xiàn),具體表現(xiàn)為不同行業(yè)的各種產(chǎn)品,能夠明顯推動各行各業(yè)的數(shù)字化轉型。
2.數(shù)字孿生系統(tǒng)的典型特征
等價映射:數(shù)字孿生體是對物理實體的等價描述,是對物理實體進行數(shù)字化而松建的模型數(shù)字孿生體的變化能夠真實反映現(xiàn)實世界中的物理實體的變化。數(shù)字孿生體能夠實現(xiàn)雙向映射、數(shù)據(jù)連接和狀態(tài)交互,起到“數(shù)化”、“保真”效果。
實時交互:基于實時傳感等多元數(shù)據(jù)的獲取,孿生體可全面、精準、動態(tài)反映物理對象的狀態(tài)變化,包括外觀、性能、位置、異常等?!皩崟r”體現(xiàn)數(shù)字孿生體所處狀態(tài)是物理實體狀態(tài)的實時虛擬映射;“交互”體現(xiàn)數(shù)字孿生體與物理實體間存在數(shù)據(jù)及指令互動。
共生演進:“共生”體現(xiàn)在數(shù)字孿生體與物理實體同步構建,在全生面周期中相互依存,孿生體隨著孿生對象的生長而不斷演變。共智體現(xiàn)在三個層面:孿生體與孿生對象間共享智慧(包括:數(shù)據(jù)、算法)、孿生體內(nèi)部各種孿生模型間共享智慧、不同生命周期階段的孿生體間共享智慧。
預測優(yōu)化:根據(jù)物理實體的各項真實數(shù)據(jù),通過數(shù)字孿生體進行仿真,實現(xiàn)對物理實體未來狀態(tài)的預測,預先知曉未來狀態(tài)能夠輔助用戶做出更合理的決策。根據(jù)物理實體的實時運行狀態(tài),通過數(shù)字孿生體進行監(jiān)測,實現(xiàn)對系統(tǒng)不穩(wěn)定狀態(tài)的預測,預先覺察即將可能發(fā)生的不穩(wěn)定狀態(tài),使用戶更從容地處理該問題。
建立數(shù)字孿生體的最終目的,是通過描述物理實體集合內(nèi)在機理,分析規(guī)律、洞察趨勢,基于分析與仿真對物理世界形成優(yōu)化指令或策略,實現(xiàn)對物理實體決策優(yōu)化功能的閉壞。根據(jù)數(shù)字孿生的典型特征,可以得出數(shù)字孿生的體系架構。
3.智慧輸電線路數(shù)字孿生監(jiān)測運維系統(tǒng)功能
(1)輸電線路實時監(jiān)測
通過數(shù)字孿生技術,可以將輸電線路的實時數(shù)據(jù)和運行狀態(tài)實時反饋到數(shù)字模型中,并以直觀的圖形方式展示出來。用戶可以通過可視化界面實時了解輸電線路的電流、電壓、功率等參數(shù)的變化情況,以及各個設備的運行狀態(tài),及時發(fā)現(xiàn)異常情況并采取相應措施,保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。
(2)輸電線路性能分析和優(yōu)化
通過數(shù)字孿生技術,可以將輸電線路的實時數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)進行對比和分析,并通過可視化界面展示出來。用戶可以通過可視化界面觀察到輸電線路的負載情況、功率損耗、損耗分布等信息,進一步分析系統(tǒng)的運行狀況和潛在問題,并根據(jù)分析結果做出相應的優(yōu)化措施,提高輸電線路的運行效率和經(jīng)濟性。
(3)輸電線路故障診斷
通過數(shù)字孿生技術,可以將輸電線路的實時數(shù)據(jù)與故障模式進行比對,并通過可視化界面展示出來。用戶可以通過可視化界面直觀地了解到輸電線路的故障位置、故障類型以及故障原因,并根據(jù)診斷結果及時采取相應的修復措施,減少故障對電力系統(tǒng)的影響,提高系統(tǒng)的可靠性和可用性。
(4)輸電線路仿真與預測
通過數(shù)字孿生技術,可以將輸電線路的實時數(shù)據(jù)輸入到數(shù)字模型中進行仿真計算,并通過可視化界面展示出來。用戶可以通過可視化界面觀察到輸電線路在不同負載、不同運行條件下的電流、電壓、功率等參數(shù)的變化情況,預測系統(tǒng)的運行狀況,并根據(jù)預測結果采取相應的預防措施,避免潛在問題的發(fā)生。