當前社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的需求下，以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)“雙高”“雙峰”特征凸顯，亟待運用數(shù)字化技術手段面對電力系統(tǒng)平衡和安全穩(wěn)定的挑戰(zhàn)。數(shù)字孿生技術融合了物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、建模仿真、人工智能和自動控制等技術，實現(xiàn)現(xiàn)實與虛擬空間的映射交互，正推動全社會進入數(shù)字化時代。

變電站作為電網(wǎng)構架中不可或缺的組成部分，對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行起著舉足輕重的作用。隨著變電站技術的發(fā)展，智慧變電站是以原有的智慧型變電站設計經(jīng)驗為基礎，進行全面的優(yōu)化提升。在進行此項工作落實的過程中，勢必要以人工智能技術、大數(shù)據(jù)技術、云計算技術、移動互聯(lián)網(wǎng)技術及物聯(lián)網(wǎng)技術等技術的應用來實現(xiàn)全面整合，并通過搭配先進的傳感技術來進行優(yōu)化升級，進一步降低運檢人員的工作壓力，有效確保運行設備的安全穩(wěn)定，對未來的發(fā)展而言具有十分重要的意義。

數(shù)字孿生變電站是數(shù)字孿生電網(wǎng)最基礎、最重要的組成部分，通過構造與實體變電站對應的數(shù)字變電站，推進變電運檢和管控智能化、數(shù)字化，奠定電網(wǎng)數(shù)字化轉型基石。數(shù)字孿生變電站能夠深入挖掘電網(wǎng)數(shù)據(jù)資產(chǎn)價值，實現(xiàn)智能運維、精準作業(yè)和遠程協(xié)作等，實現(xiàn)“數(shù)”與“智”的融合，通過推動數(shù)字電網(wǎng)建設，使新型電力系統(tǒng)更好地服務于“雙碳”目標。

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。“實時”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.數(shù)字孿生變電站的優(yōu)勢

（1）智能化運維：數(shù)字孿生變電站可以實現(xiàn)設備實時監(jiān)控、遠程調節(jié)和智能化運維，使設備的運行狀態(tài)可以隨時掌握，并及時進行維護和修理。

（2）自動預警：數(shù)字孿生變電站可以通過對設備的監(jiān)測和分析，實現(xiàn)故障自動預警，提高設備的穩(wěn)定性和可靠性。

（3）輔助決策：數(shù)字孿生變電站可以通過數(shù)據(jù)分析和處理，為管理人員提供及時、準確的信息，輔助管理人員做出更好的決策。

（4）提升巡檢靈活性：數(shù)字孿生變電站可以通過遠程智能化巡檢，提升巡檢的靈活性，縮短巡檢時間，減少人工成本。

4.智慧變電站數(shù)字孿生監(jiān)測運維系統(tǒng)功能

（1）數(shù)字孿生，全息仿真

基于數(shù)字孿生理念，通過三維可視化的手段將變電站的整體結構、設備分布情況進行立體化呈現(xiàn)，滿足多樣化展示需求，可以將真實環(huán)境形象逼真地展現(xiàn)在眼前。同時可將生產(chǎn)實際業(yè)務無縫融合到平臺中，使得對日常的管理工作做到標準化、精細化、自動化，實現(xiàn)變電站智能化、專業(yè)化管理。

（2）智能巡檢，無人值守

通過結合機器人定位系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)和告警系統(tǒng)，可在系統(tǒng)實時顯示巡更機器人在站端中的位置和巡更機器人的基本信息，實時展示巡更機器人的活動軌跡。還可以通過調取機器人視頻監(jiān)控攝像頭或附近的監(jiān)控視頻，查看巡更的真實情況，便于管理人員更直觀、高效的管理整個巡更過程。

（3）高效運維，全局監(jiān)視

利用數(shù)字孿生系統(tǒng)能夠反映變電站設備運行實時狀態(tài),方便一線員工集中控制設備狀態(tài)關鍵信息,實現(xiàn)遠程操作維護。自動預警以及輔助決策，有效提升變電站設備及環(huán)境全景實時感知能力，能為變電站的運行管理、作業(yè)管理、安全管理、施工管理帶來全新的業(yè)務決策模式變革。

（4）故障分析，搶修跟蹤

對數(shù)字孿生系統(tǒng)內各類設備進行綜合監(jiān)控管理，及時發(fā)現(xiàn)設備在運行過程中的缺陷問題，判斷出目前設備狀態(tài)快速定位缺陷，做到主動發(fā)現(xiàn)，精準處理，從而提高故障應急處理效率，有效地縮短搶修時長，結合用戶工單信息，可實時監(jiān)控工單處理進度，現(xiàn)場檢修畫面追蹤，故障搶修處理結果，對搶修過程及方案梳理提供客觀依據(jù)。