當(dāng)前社會經(jīng)濟(jì)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(yùn)用數(shù)字化技術(shù)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(shù)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(shù)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)與虛擬空間的映射交互，正推動全社會進(jìn)入數(shù)字化時(shí)代。

變電站作為電網(wǎng)構(gòu)架中不可或缺的組成部分，對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行起著舉足輕重的作用。隨著變電站技術(shù)的發(fā)展，智慧變電站是以原有的智慧型變電站設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，進(jìn)行全面的優(yōu)化提升。在進(jìn)行此項(xiàng)工作落實(shí)的過程中，勢必要以人工智能技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)、移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等技術(shù)的應(yīng)用來實(shí)現(xiàn)全面整合，并通過搭配先進(jìn)的傳感技術(shù)來進(jìn)行優(yōu)化升級，進(jìn)一步降低運(yùn)檢人員的工作壓力，有效確保運(yùn)行設(shè)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(chǔ)、最重要的組成部分，通過構(gòu)造與實(shí)體變電站對應(yīng)的數(shù)字變電站，推進(jìn)變電運(yùn)檢和管控智能化、數(shù)字化，奠定電網(wǎng)數(shù)字化轉(zhuǎn)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(jià)值，實(shí)現(xiàn)智能運(yùn)維、精準(zhǔn)作業(yè)和遠(yuǎn)程協(xié)作等，實(shí)現(xiàn)“數(shù)”與“智”的融合，通過推動數(shù)字電網(wǎng)建設(shè)，使新型電力系統(tǒng)更好地服務(wù)于“雙碳”目標(biāo)。

1.數(shù)字孿生系統(tǒng)架構(gòu)

感知層：感知層主要包括物理實(shí)體中搭載先進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的各類新型基礎(chǔ)設(shè)施。

數(shù)據(jù)層：數(shù)據(jù)層主要包括保證運(yùn)算準(zhǔn)確性的高精度的數(shù)據(jù)采集、保證交互實(shí)時(shí)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(yùn)算層：運(yùn)算層是數(shù)字孿生體的核心，其充分借助各項(xiàng)先進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)實(shí)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(jià)值體現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)認(rèn)知、系統(tǒng)分析、故障診斷、預(yù)測推演功能，從而起到輔助決策作用。系統(tǒng)認(rèn)知，數(shù)字孿生體能夠真實(shí)描述及呈現(xiàn)物理實(shí)體的狀態(tài)，它是實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生體其它高級和智能化功能的基礎(chǔ)。系統(tǒng)分析可實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生體的狀態(tài)監(jiān)測功能，發(fā)揮對物理實(shí)體的早期預(yù)警作用。故障診斷，通過分析物理實(shí)體的運(yùn)行狀態(tài)，了解現(xiàn)象背后的原因。預(yù)測推演，是利用仿真技術(shù)來預(yù)見物理實(shí)體未來的狀態(tài)演變，從而指導(dǎo)當(dāng)前的運(yùn)行決策。

應(yīng)用層：應(yīng)用層是面向各類場景的數(shù)字孿生體的最終價(jià)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(zhuǎn)型。

2.數(shù)字孿生系統(tǒng)的典型特征

等價(jià)映射：數(shù)字孿生體是對物理實(shí)體的等價(jià)描述，是對物理實(shí)體進(jìn)行數(shù)字化而松建的模型數(shù)字孿生體的變化能夠真實(shí)反映現(xiàn)實(shí)世界中的物理實(shí)體的變化。數(shù)字孿生體能夠?qū)崿F(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(shí)時(shí)交互：基于實(shí)時(shí)傳感等多元數(shù)據(jù)的獲取，孿生體可全面、精準(zhǔn)、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(shí)時(shí)”體現(xiàn)數(shù)字孿生體所處狀態(tài)是物理實(shí)體狀態(tài)的實(shí)時(shí)虛擬映射;“交互”體現(xiàn)數(shù)字孿生體與物理實(shí)體間存在數(shù)據(jù)及指令互動。

共生演進(jìn)：“共生”體現(xiàn)在數(shù)字孿生體與物理實(shí)體同步構(gòu)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(gè)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(yù)測優(yōu)化：根據(jù)物理實(shí)體的各項(xiàng)真實(shí)數(shù)據(jù)，通過數(shù)字孿生體進(jìn)行仿真，實(shí)現(xiàn)對物理實(shí)體未來狀態(tài)的預(yù)測，預(yù)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(shí)體的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，通過數(shù)字孿生體進(jìn)行監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)不穩(wěn)定狀態(tài)的預(yù)測，預(yù)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(shí)體集合內(nèi)在機(jī)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(shí)現(xiàn)對物理實(shí)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(gòu)。

3.數(shù)字孿生變電站的優(yōu)勢

（1）智能化運(yùn)維：數(shù)字孿生變電站可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控、遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)和智能化運(yùn)維，使設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)可以隨時(shí)掌握，并及時(shí)進(jìn)行維護(hù)和修理。

（2）自動預(yù)警：數(shù)字孿生變電站可以通過對設(shè)備的監(jiān)測和分析，實(shí)現(xiàn)故障自動預(yù)警，提高設(shè)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(shí)、準(zhǔn)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(yuǎn)程智能化巡檢，提升巡檢的靈活性，縮短巡檢時(shí)間，減少人工成本。

4.智慧變電站數(shù)字孿生監(jiān)測運(yùn)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(jié)構(gòu)、設(shè)備分布情況進(jìn)行立體化呈現(xiàn)，滿足多樣化展示需求，可以將真實(shí)環(huán)境形象逼真地展現(xiàn)在眼前。同時(shí)可將生產(chǎn)實(shí)際業(yè)務(wù)無縫融合到平臺中，使得對日常的管理工作做到標(biāo)準(zhǔn)化、精細(xì)化、自動化，實(shí)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(jié)合機(jī)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(shí)時(shí)顯示巡更機(jī)器人在站端中的位置和巡更機(jī)器人的基本信息，實(shí)時(shí)展示巡更機(jī)器人的活動軌跡。還可以通過調(diào)取機(jī)器人視頻監(jiān)控?cái)z像頭或附近的監(jiān)控視頻，查看巡更的真實(shí)情況，便于管理人員更直觀、高效的管理整個(gè)巡更過程。

（3）高效運(yùn)維，全局監(jiān)視

利用數(shù)字孿生系統(tǒng)能夠反映變電站設(shè)備運(yùn)行實(shí)時(shí)狀態(tài),方便一線員工集中控制設(shè)備狀態(tài)關(guān)鍵信息,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作維護(hù)。自動預(yù)警以及輔助決策，有效提升變電站設(shè)備及環(huán)境全景實(shí)時(shí)感知能力，能為變電站的運(yùn)行管理、作業(yè)管理、安全管理、施工管理帶來全新的業(yè)務(wù)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(nèi)各類設(shè)備進(jìn)行綜合監(jiān)控管理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備在運(yùn)行過程中的缺陷問題，判斷出目前設(shè)備狀態(tài)快速定位缺陷，做到主動發(fā)現(xiàn)，精準(zhǔn)處理，從而提高故障應(yīng)急處理效率，有效地縮短搶修時(shí)長，結(jié)合用戶工單信息，可實(shí)時(shí)監(jiān)控工單處理進(jìn)度，現(xiàn)場檢修畫面追蹤，故障搶修處理結(jié)果，對搶修過程及方案梳理提供客觀依據(jù)。