智库视点｜数字孪生电网的架构及应用

数字孪生是利用数字化建模、数据分析等技术对物理实体进行能力拓展或增强的技术。将数字孪生技术应用于电网领域，构建出数字空间中的电网孪生体，将能够与物理电网进行实时双向交互，利用数据知识混合驱动建模，构建出多尺度、全面、实时的电网数字化映射，在数据预测、异常诊断、决策制定等有孪生需求的电网应用场景进行虚实体间的互相融合和共生。因此，数字孪生电网具有数据知识混合驱动、实时双向交互、虚实相融共生三大特性。

根据《数字孪生体技术白皮书》提出的数字孪生体成熟度模型，未来将由数字化物理世界的“数化”阶段逐级向上发展到不同孪生体共享智慧的“共智”阶段，由此，数字孪生电网架构也相应包含物理电网层、孪生数据层、孪生电网层、孪生应用层等四层。

首先，物理电网层是数字孪生电网的基础，主要由电网物理要素组成。其根本任务是实现对数据的精准感知和保障数据的实时通信。由于物理电网具有覆盖面积广、通信方式多样、通信数据量大的特点，物理电网层需要依赖光纤通信、卫星通信、无线通信等，将孪生电网中的数据在各层间进行高速稳定的交互和传输。

其次，孪生数据层是对基于物理电网层获取的数据，包括电力数据、环境数据、业务数据和人员数据等，进行数据资源汇集处理，为孪生电网层建立基础。

再者，孪生电网层将围绕物理电网进行精准映射、智能支撑，对孪生电网模型进行实时更新，是数字孪生电网的核心部分。数字孪生电网在建模时将采用数据驱动的方式，实现电力设备的孪生建模，再逐步上升到孪生电网子系统、孪生局部电网，最后整合成为统一的孪生电网。

最后，孪生应用层作用是在数字孪生电网模型基础上，全方位、多尺度地对物理电网在“发、输、变、配、用”等环节中的数据分析、可视化交互等功能接口进行拓展或增强。为电网设备监测、电网运行管理、电网企业运营决策、工作人员培训等物理电网运行中的各类场景提供应用。

数字孪生电网具体将应用于五大场景：一是电力系统分析，数字孪生可以基于先进算法和强大算力，在高性能并行计算、复杂事件处理等方面进一步提高电力系统分析的效率和可靠性，以适应未来电力系统发展的趋势。二是状态评估，在电网系统运行过程中，及时准确地进行系统状态评估，确保电力系统的安全性和稳定性。三是电力数据预测，提高电网的运行效率和智能决策水平。数字孪生技术已在电力数据预测方面有所应用，如光伏发电功率预测、风力发电预测等。四是电网健康维护，利用数字孪生的可视性和实时性实现电力系统故障诊断、故障定位、异常预警、提供保护，从而实现电网的健康维护。五是仿真建模，利用数字孪生技术进行电网的全域多尺度仿真建模，如电网供电规划、工业电网、大型可再生能源发电机的仿真建模等，可实现与物理电网工作人员进行实时交互，并依靠强大算力实现对电网大范围、全区域、多尺度的动态可视化。

（文/国研智库新基建研究中心 徐乾）