近年來，南方電網正在加速推進數字電網建設。“十四五”期間，南網將投資6700億元，推進數字電網建設和現代化電網進程，推動新型電力系統構建。
數字孿生，是數字電網的關鍵技術。電網數字化，是物理電網在數字世界的完整映射，建立數字孿生模型，通過數字世界的操作作用于物理世界，實現數字世界與物理世界的雙向互動，從而實現電網狀態感知、在線監測、行為跟蹤、趨勢分析、科學決策等。
利用數字技術手段，連接、創造與現實世界映射交互的虛擬世界，這不就是“元宇宙”嗎？
此前能源電力說發布了《南方電網：發、輸、變、配、用數字化落地案例》。本篇一起來看南方電網如何將數字孿生技術應用在電網？電網“元宇宙”是怎樣的呢？
01
什么是數字孿生？
隨著“雙碳”、構建新型電力系統等目標的提出，具有隨機性、間歇性、波動性特征的分布式能源比例將快速增長，儲能裝置、V2G 等交互式能源設施以及其他多種能源基礎設施接入，使得電力系統呈現出結構更加復雜、設備更加繁多、技術更加龐雜的趨勢。
數字孿生電網應運而生，通過虛擬現實交互激活電網、設備的多源數據，特別是運行時空大數據，通過數據挖掘，提供高維、量化、多層次的視角輔助運營調控相關決策。虛實結合，實現電網虛擬、現實空間的實時動態映射。
簡單而言，數字孿生電網，就是針對復雜的電網場景，通過創造虛擬空間來運行生產過程的模擬，識別和分析出如何更高效、更安全地完成工作。
從電力行業的特征來看，發、輸、變、配、用全流程都有較大應用潛力。
02
南方電網數字孿生應用實踐
南方電網數字孿生技術的應用，主要體現在“南網智瞰”。
南網智瞰，是實現“全網一張圖”的門戶及應用，基于南網公司數字化技術基礎平臺和數字孿生技術，融合地理、物理、管理和業務信息，建立動態鮮活電網，提供靈活組合共享服務模式，快速響應上層業務應用的平臺。融合了關系、圖、三維的電力領域數據建模技術，構建了覆蓋設備全要素、全時空的數字化模型，覆蓋源網荷儲，支撐全域物聯的透明管理。
目前南網智瞰平臺，累計接入地理要素超245萬，管理源網荷儲2000多種設備類型共1.2億臺設備設施、超10億設備臺賬，接入約570億條實時數據，實現186萬配電變壓器負荷精細化管理、分界點精益線損分析。上線配電網規劃、九防管理、線損異常分析等9個典型應用場景，支撐配網規劃、電網管理平臺、智能臺區等13套業務系統圖形應用。
主網數字孿生基礎設施
電網三維數字化，是南方電網“十四五”期間電網的數字化基礎設施，目前已建成南方電網110kV及以上主網數字孿生，形成新型電力系統數字主網架示范。
南方電網目前已完成110kV及以上架空輸電線路與變電站圖形、臺賬、拓撲等信息治理，76萬基桿塔、4794座變電站坐標準確率達99%；西電東送“八交十一直”直流線路約1.5萬公里，佛山供電局、汕頭供電局全局35kV及以上架空輸電線路約7000公里，從±800kV換流站到35kV變電站19座試點變電站的三維數字孿生建設。
發電
案例：南網調峰調頻公司
南網調峰調頻公司基于“南網智瞰”，通過將發電生產領域帳卡物一致性管理、缺陷管理、發電設備狀態監測等應用的數據進行集成，探索涵蓋機組啟停狀態、可靠性指標、電量統計、缺陷統計等業務場景的數據多維立體融合分析展示。
基于領域信息模型，形成調峰調頻公司生產業務數字化轉型建設的方法模式，按照業務框架，策劃構建業務模型，精準表達業務需求，實現業務規范與IT系統建設的無縫對接。此外，還構建了業務領域信息模型建模工具，標準化了業務領域信息模型的構建方法。
以清遠抽水蓄能電站為試點，開展抽水蓄能電站三維建模與可視化的研究及應用，為進一步的數據分析和管理及相關決策優化等應用系統，提供三維可視化平臺支持。以設備為中心，串聯生產管理主要業務活動，徹底消除數據孤島。
輸電
“十四五”期間，南方電網在智能輸電建設方面，將加快提升輸電智能化水平，推進輸電線路智能巡視和智能變電站建設。到2025年，35千伏及以上線路實現無人機智能巡檢全覆蓋。
案例：輸電三維數字化通道
三維數字化通道，是數字輸電的典型應用，以南網智瞰地圖服務為基礎，通過激光建模技術、模式矢量化技術開展架空線路信息建模，信息模型融合在線監測、機巡等數據。三維數字化通道，是數字輸電的基礎與載體，支撐線路智能驗收、強化數字賦能、開展無人機自動駕駛、提升空間距離監測。
目前全網已完成500kV及以上線路數字化通道建設5.7萬公里，500kV及以上線路外部隱患風險點安裝智能終端3700余套，輸電線路無人機巡視80.8萬公里，機巡業務占比首次超70%。
案例：昆柳龍直流工程數字化建設
南網超高壓公司依托世界首個特高壓多端混合直流——昆柳龍直流工程開展“數智管控”研究工作，形成了南網跨區域輸電工程基建“數智管控”典型案例。
昆柳龍直流工程打造了電網工程數字化資產全生命周期管理，服務全域上層應用，以設備為核心，精準關聯工程屬性、設計屬性、設計圖紙、現場照片、臺賬層級結構，并在竣工投產階段全面接入調度實時運行、生產在線監測、周邊氣象環境等動態數據，解決特高壓復雜電網數字化建設難題，在新型電力系統建設具有重要的推廣意義。
變電
案例：200kV大英山數字孿生變電站
220kV大英山數字孿生變電站，是基于統一數字電網模型開展的物理電網“孿生”數字電網實踐案例，全面融合海南數字電網平臺，實現生產運行狀態實時在線測量，物理設備、控制系統和信息系統的互聯互通。同時貫通主配網動態拓撲，支撐全電壓等級全鏈路的電網拓撲分析。
數字孿生變電站模型設計，從企業級全局出發，統籌兼顧各部門視角及需求，統一設計，消除冗余，加強協同，實現資產全生命周期信息貫通共享。
依據模型層級與設備、部件顆粒度分類，對每個配電區域、間隔、一次設備、隔離開關和短路器等進行設備實例化，通過相應的編碼和電氣一次主接線圖，實現量測數據實例化。相關數據統一匯聚到南網公司數據中心，形成數據的統一入口、存儲、出口。采用三維Wed端三維可視技術，重構立體孿生世界，實現變電站生產設備、調度運行融合管理。
配電
“十四五”期間，南方電網在智能配電建設方面，將全面推進以故障自愈為方向的配電自動化建設，有效實現配網狀態監測、故障快速定位、故障自動隔離和網絡重構自愈。
案例：深圳供電局配電全鏈條數字化案例
深圳供電局依托南網智瞰平臺，打通配電網“全鏈條”業務視圖，實現數字化電網全景、網格化智能規劃、智能化臺區監控和透明化停電全過程管理，實現配電網管理全鏈條數字化轉型。
深圳供電局配電網實現配電網狀態、運行、資源等數據的全貫通。融合管理信息、自動化、在線監測和外部數據4大類數據，貫通500kV到300V的電網拓撲。業務全鏈條，實現規劃、運行運維和客戶服務的橫向協同。
用電
案例：松山湖數字用電示范區
松山湖數字用電示范區，利用數字孿生+物聯網+云邊融合技術，構建了分層級多能協同優化體系，實現多種能源形式并網運行和高效消納。
松山湖數字用電示范區接入570個充電站、3013個充電樁，6326個光伏站點、1組冷熱電聯產系統、12個儲能站、3個柔性負荷點、4個微網；3000+復雜并行計算模型，日處理數據超200TB；客戶年平均停電時間小于2分鐘，分布式清潔能源消納率大于97%，2021年度累計減少客戶用電經濟損失大于600萬元。
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電網數字化，將構建覆蓋電網全生命周期與生產安全環節的數字孿生電網，提升復雜電網駕馭能力；以數據作為提升生產力的核心要素，提升數據資產價值，實現電網管理與業務變革；以“電力+算力”推動能源革命和新型電力系統建設。
未來數字孿生技術將在電網設備狀態診斷與與預測、生產業務調試、電網發展規劃、電網運行分析與控制等方面有更多應用實踐。數字孿生會更系統地引入人的概念，增強人對數字孿生體的感知控制能力，最終在真實物理空間和虛擬數字空間搭建“信息-物理-人”交互的系統，創造電網的“元宇宙”。
