國(guó)網(wǎng)洛陽(yáng)供電公司 佘彥杰 曹宜安 王耿祥 丹 倩 韓嘯旭

變電站作為電網(wǎng)構(gòu)架中不可或缺的組成部分，對(duì)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(guò)程中，勢(shì)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(dòng)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(lái)實(shí)現(xiàn)全面整合，并通過(guò)搭配先進(jìn)的傳感技術(shù)來(lái)進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)，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(duì)未來(lái)的發(fā)展而言具有十分重要的意義。

1 數(shù)字孿生技術(shù)簡(jiǎn)述

數(shù)字孿生技術(shù)的應(yīng)用其實(shí)是以物理實(shí)體對(duì)象為基礎(chǔ)進(jìn)行數(shù)字模型的構(gòu)建，并依托仿真技術(shù)、測(cè)量技術(shù)、數(shù)據(jù)分析技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)有效感知，進(jìn)而通過(guò)預(yù)測(cè)、診斷來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)物理實(shí)體的對(duì)象進(jìn)行真實(shí)狀態(tài)的反饋，并以指令用來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)，從而通過(guò)行為控制來(lái)進(jìn)行優(yōu)化，并利用數(shù)字模型的構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)以相互學(xué)習(xí)為目的進(jìn)行優(yōu)化，這樣不僅能有效改進(jìn)利益相關(guān)方對(duì)于物理實(shí)體對(duì)象生命周期內(nèi)的決策，更能實(shí)現(xiàn)以優(yōu)化發(fā)展為基礎(chǔ)來(lái)提升應(yīng)用的效果。

孿生技術(shù)最早是以維護(hù)航天飛行器的健康為主進(jìn)行應(yīng)用的一項(xiàng)技術(shù)，并在后續(xù)發(fā)展的過(guò)程中，也以仿真技術(shù)的匹配來(lái)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化發(fā)展，通過(guò)診斷系統(tǒng)及監(jiān)視系統(tǒng)的共同運(yùn)作，實(shí)現(xiàn)通過(guò)仿真技術(shù)的優(yōu)化，并以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的匹配來(lái)滿足對(duì)物理實(shí)體對(duì)象的運(yùn)行情況進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)，進(jìn)而通過(guò)對(duì)真實(shí)情況進(jìn)行反饋后開(kāi)展數(shù)據(jù)分析，這時(shí)就能對(duì)物理實(shí)體對(duì)象所需要的維修時(shí)間進(jìn)行判讀，通過(guò)這種預(yù)警的形式實(shí)現(xiàn)對(duì)故障問(wèn)題進(jìn)行有效控制[1]。

因此，將孿生技術(shù)應(yīng)用到智慧變電站中，并以數(shù)字化優(yōu)化為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)對(duì)孿生技術(shù)的升級(jí)。在系統(tǒng)構(gòu)建的過(guò)程中，以智能機(jī)器人的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)搭載傳感器，并通過(guò)監(jiān)測(cè)手段的落實(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站內(nèi)的所有電氣設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)資源的確認(rèn)。人工智能技術(shù)的應(yīng)用，則能實(shí)現(xiàn)通過(guò)深度挖掘來(lái)對(duì)設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行智能診斷，通過(guò)其智能預(yù)判來(lái)確保運(yùn)維工作的落實(shí)效果，將管控與管理工作合二為一，提升各項(xiàng)工作的落實(shí)效果。

為實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，則必須要以智能化發(fā)展為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)智慧化新技術(shù)的應(yīng)用，從而匹配智能電網(wǎng)發(fā)展的需要，通過(guò)全面整合來(lái)實(shí)現(xiàn)保證技術(shù)應(yīng)用的效果，并通過(guò)一體化打造來(lái)實(shí)現(xiàn)提升變電站的運(yùn)行效果，使運(yùn)維管理工作的改革能夠得到有效落實(shí)，真正以現(xiàn)代化、智能化的發(fā)展來(lái)提升變電站的運(yùn)行水平，從而適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的需求。

2 數(shù)字孿生技術(shù)的特點(diǎn)

2.1 產(chǎn)品數(shù)字化

對(duì)于孿生系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用來(lái)看，在產(chǎn)品數(shù)字化的體現(xiàn)上，其實(shí)包含著所有的設(shè)計(jì)元素當(dāng)中的信息。如，三維幾何模型在構(gòu)建的過(guò)程中，其實(shí)就是以信息應(yīng)用為基礎(chǔ)來(lái)進(jìn)行的數(shù)據(jù)加工，而對(duì)于BOM 表、系統(tǒng)工程模型、多學(xué)科的仿真模型、一維至三維、軟件與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)等，其實(shí)都包含其中。與此同時(shí)，對(duì)于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)工作開(kāi)展來(lái)看，其實(shí)也會(huì)涉及到各種產(chǎn)品的各項(xiàng)物理性能以及其整體性能，而這些工作都需要在虛擬環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品本身進(jìn)行優(yōu)化或調(diào)整。對(duì)于該技術(shù)的應(yīng)用其關(guān)鍵技術(shù)涉及到以下幾點(diǎn)：

首先，針對(duì)數(shù)字建模工作的開(kāi)展，不僅需對(duì)各類(lèi)產(chǎn)品的幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維建模，更要實(shí)現(xiàn)對(duì)其內(nèi)部的運(yùn)行進(jìn)行運(yùn)動(dòng)約束。如，電氣系統(tǒng)的接觸形式、控制算法、軟件應(yīng)用等內(nèi)容，以建模技術(shù)的應(yīng)用為基礎(chǔ)，通過(guò)全面的數(shù)字化建設(shè)來(lái)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化整合。因此，針對(duì)數(shù)字化的孿生系統(tǒng)構(gòu)建來(lái)看，其實(shí)是以同樣的建設(shè)產(chǎn)品為基礎(chǔ)來(lái)實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)技術(shù)的應(yīng)用。

其次，對(duì)于數(shù)字孿生系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用，其實(shí)離不開(kāi)一體化的仿真驗(yàn)證技術(shù)。在現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用的過(guò)程中，想要實(shí)現(xiàn)對(duì)單個(gè)維度的物理性能進(jìn)行處理，或是實(shí)現(xiàn)對(duì)單個(gè)系統(tǒng)的性能進(jìn)行處理，在數(shù)值控制上通過(guò)仿真技術(shù)的應(yīng)用能實(shí)現(xiàn)達(dá)到優(yōu)化的效果。但對(duì)于一些具備著復(fù)雜性質(zhì)的實(shí)際產(chǎn)品，由于在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)涉及到多學(xué)科、多物理場(chǎng)的綜合應(yīng)用，這也使其具備著更難的技術(shù)攻破點(diǎn)。

如，針對(duì)風(fēng)力發(fā)電平臺(tái)的建設(shè)，在產(chǎn)品的數(shù)字化處理過(guò)程中，孿生系統(tǒng)技術(shù)在應(yīng)用時(shí)，就需對(duì)其海上漂浮的風(fēng)力發(fā)電平臺(tái)的空氣動(dòng)力特性、浮體的結(jié)構(gòu)變形特性，浮體的水動(dòng)力特性以及發(fā)電系統(tǒng)的響應(yīng)特性等內(nèi)容進(jìn)行全面整合，并通過(guò)一體化構(gòu)建來(lái)實(shí)現(xiàn)仿真驗(yàn)證技術(shù)的應(yīng)用，這樣才能保證產(chǎn)品的應(yīng)用性能?；诖?，針對(duì)變電廠孿生系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用，在數(shù)字化模型建設(shè)的基礎(chǔ)上，需將單個(gè)系統(tǒng)或是將多個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合來(lái)實(shí)現(xiàn)仿真技術(shù)的應(yīng)用，進(jìn)而才能真正對(duì)產(chǎn)品的性能進(jìn)行分析與預(yù)測(cè)。

再次，想要完善孿生系統(tǒng)技術(shù)并提升其應(yīng)用效果，也需在建模技術(shù)與仿真技術(shù)應(yīng)用的同時(shí)實(shí)現(xiàn)其他技術(shù)的共同使用。如，針對(duì)創(chuàng)成式設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用，能有效實(shí)現(xiàn)優(yōu)化孿生系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用效果，而且對(duì)于歷史數(shù)據(jù)的仿真結(jié)果校準(zhǔn)技術(shù)的應(yīng)用來(lái)看也能起到優(yōu)化作用。

2.2 生產(chǎn)數(shù)字化

在孿生系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用的過(guò)程中，針對(duì)生產(chǎn)數(shù)字化來(lái)看，它其實(shí)是以生產(chǎn)裝配過(guò)程的優(yōu)化為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)仿真等技術(shù)手段的應(yīng)用。這時(shí)，在流程制造的過(guò)程中，就能夠以實(shí)際效果的保障來(lái)實(shí)現(xiàn)達(dá)到穩(wěn)定的目的，并且也能夠?qū)崿F(xiàn)加快生產(chǎn)速度。因此，對(duì)于生產(chǎn)數(shù)字化來(lái)看，它其實(shí)需要通過(guò)以下幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用來(lái)進(jìn)行質(zhì)量保障：

首先，針對(duì)各個(gè)生產(chǎn)單元來(lái)看，由于需在共同時(shí)間內(nèi)進(jìn)行共同運(yùn)作，因此在進(jìn)行生產(chǎn)流程的建模工作落實(shí)上，也須以仿真技術(shù)的應(yīng)用來(lái)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化，這時(shí)才能建立出有關(guān)于生產(chǎn)的數(shù)字化運(yùn)行模式，并以孿生系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用為基礎(chǔ)來(lái)進(jìn)行整合，這其中就包含了對(duì)各個(gè)生產(chǎn)單元的數(shù)字化建模與展示工作。

其次，對(duì)于生產(chǎn)的執(zhí)行階段，需以生產(chǎn)單元內(nèi)整體工作流程的確認(rèn)為基礎(chǔ)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)應(yīng)用，而且要以整體生產(chǎn)過(guò)程的運(yùn)行效率為基礎(chǔ)來(lái)實(shí)現(xiàn)建模。在這個(gè)過(guò)程中也需要通過(guò)仿真技術(shù)的應(yīng)用來(lái)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化整合，并以此來(lái)體現(xiàn)孿生系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)內(nèi)容。這其中包括了機(jī)械設(shè)備自動(dòng)化操作過(guò)程當(dāng)中的全部?jī)?nèi)容，并也需要以仿真技術(shù)的融入來(lái)實(shí)現(xiàn)全面優(yōu)化[2]。

如，在針對(duì)不同單元的共同運(yùn)作需要以協(xié)同工作的落實(shí)來(lái)進(jìn)行算法的確認(rèn)，并通過(guò)虛擬調(diào)試來(lái)實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證整體結(jié)果，這時(shí)才能保證生產(chǎn)的自動(dòng)性。除此以外，針對(duì)自動(dòng)化運(yùn)行的設(shè)備來(lái)看，在生產(chǎn)過(guò)程中也需要通過(guò)人機(jī)交互來(lái)實(shí)現(xiàn)仿真技術(shù)的應(yīng)用。因此在這個(gè)過(guò)程中，其實(shí)也需要通過(guò)調(diào)試技術(shù)的使用來(lái)實(shí)現(xiàn)支持。

2.3 性能數(shù)字化

對(duì)于孿生系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用來(lái)看，也需要以性能數(shù)字化為基礎(chǔ)來(lái)實(shí)現(xiàn)體現(xiàn)其技術(shù)特性。這其中包括了實(shí)際生產(chǎn)產(chǎn)品時(shí)，執(zhí)行階段當(dāng)中所具備的生產(chǎn)性能的數(shù)字化特點(diǎn)，同時(shí)也包括了產(chǎn)品使用時(shí)產(chǎn)品性能數(shù)字化的使用特點(diǎn)。但是對(duì)于這二者來(lái)看，前者更加偏向于生產(chǎn)與制造，而且要基于生產(chǎn)產(chǎn)線的實(shí)際情況來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)行信息進(jìn)行反饋，進(jìn)而才能夠真正以數(shù)字化技術(shù)的體現(xiàn)，對(duì)孿生系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化與調(diào)整。

后者其實(shí)針對(duì)的是使用客戶的實(shí)際需求，并且要基于產(chǎn)品的實(shí)際特性來(lái)實(shí)現(xiàn)分析與應(yīng)用，以此才能通過(guò)預(yù)測(cè)功能來(lái)實(shí)現(xiàn)將其維護(hù)性能進(jìn)行體現(xiàn)，從而通過(guò)產(chǎn)品的實(shí)際運(yùn)行信息進(jìn)行反饋后指導(dǎo)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。對(duì)此，針對(duì)數(shù)字化孿生系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用來(lái)看，在性能體現(xiàn)上，則需要包含以下幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)：

首先，對(duì)于生產(chǎn)執(zhí)行階段來(lái)看，所有的流程、材料、設(shè)備、參數(shù)、人員、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等信息，其實(shí)都會(huì)發(fā)生變動(dòng)，而對(duì)于性能體現(xiàn)來(lái)看，孿生系統(tǒng)技術(shù)在應(yīng)用的過(guò)程中，則需要將這些變動(dòng)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)收集，并要在數(shù)字空間內(nèi)進(jìn)行更新。對(duì)此就需要通過(guò)結(jié)合物理傳感器輸入功能來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換，并通過(guò)仿真技術(shù)的應(yīng)用來(lái)實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)，這時(shí)才能保證技術(shù)應(yīng)用的效果。

其次，對(duì)于變電站來(lái)看，整個(gè)生產(chǎn)流程當(dāng)中的物理傳感器會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，而這些產(chǎn)生的數(shù)據(jù)必須要以傳輸?shù)男问綄?shí)現(xiàn)系統(tǒng)收集，這時(shí)對(duì)于孿生系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用來(lái)看，必須要通過(guò)主動(dòng)響應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)，這樣才能夠做出反饋，從而才能在事故發(fā)生時(shí)實(shí)現(xiàn)追溯，并在后續(xù)運(yùn)行的過(guò)程中，通過(guò)預(yù)測(cè)與維護(hù)功能的落實(shí)來(lái)實(shí)現(xiàn)有效展現(xiàn)自身的性能，進(jìn)而才能在數(shù)字化運(yùn)行下，實(shí)現(xiàn)有效地分析、預(yù)測(cè)，并針對(duì)產(chǎn)線的實(shí)際情況給予準(zhǔn)確判斷，以此才能保證運(yùn)維工作的落實(shí)效果。對(duì)此，針對(duì)孿生系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用來(lái)看，需要通過(guò)大數(shù)據(jù)技術(shù)的支持來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)閉環(huán)處理，這時(shí)才能保證應(yīng)用的效果。

3 智慧變電站孿生系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用方案

3.1 三維建模

實(shí)現(xiàn)三維建模技術(shù)的有效應(yīng)用，從變電站的實(shí)際需求出發(fā)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行三維模型的構(gòu)建。按照實(shí)際需求實(shí)現(xiàn)拆分，并進(jìn)行重新細(xì)化，實(shí)現(xiàn)以模型構(gòu)建為基礎(chǔ)，利用設(shè)備三維模型的動(dòng)態(tài)動(dòng)作，展示出現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的動(dòng)作狀態(tài)，進(jìn)而就能實(shí)現(xiàn)達(dá)到仿真的效果。

3.2 可視處理

通過(guò)可視化處理，就能夠?qū)崿F(xiàn)將三維模型的信息進(jìn)行有效應(yīng)用，這時(shí)就能保證在管理工作開(kāi)展中，實(shí)現(xiàn)提升運(yùn)維的實(shí)際效果。畢竟對(duì)于可視化處理來(lái)看，它能夠?qū)崿F(xiàn)以場(chǎng)景優(yōu)化為基礎(chǔ)，體現(xiàn)孿生系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用特性。根據(jù)變電站模型來(lái)實(shí)現(xiàn)1：1還原，則能夠真實(shí)展現(xiàn)出變電站的孿生場(chǎng)景，這時(shí)在系統(tǒng)運(yùn)作與控制工作開(kāi)展中，就能實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站周邊環(huán)境進(jìn)行有效觀察，并且也可通過(guò)專業(yè)設(shè)備實(shí)現(xiàn)三維信息的應(yīng)用，進(jìn)而就能實(shí)現(xiàn)以數(shù)據(jù)信息觀察為主來(lái)進(jìn)行實(shí)時(shí)作業(yè)。

與此同時(shí)，通過(guò)接入高精度氣象信息來(lái)實(shí)現(xiàn)獲取周邊的天氣情況，也能在孿生系統(tǒng)當(dāng)中實(shí)現(xiàn)模擬，通過(guò)推演天氣變化趨勢(shì)來(lái)掌握氣象信息。此外，對(duì)于可視化處理工作的開(kāi)展來(lái)看，也能夠通過(guò)自動(dòng)定位技術(shù)的使用，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站的內(nèi)部情況進(jìn)行快速定位，這時(shí)就能夠掌握實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)信息。值得注意的是，對(duì)于可視化處理工作而言，還能夠?qū)崿F(xiàn)落實(shí)路徑導(dǎo)航，這時(shí)就能以高效作業(yè)為前提，實(shí)現(xiàn)滿足運(yùn)行的實(shí)際需求。

3.3 視頻融合

在視頻融合當(dāng)中，它其實(shí)是以變電站的運(yùn)檢管控為基礎(chǔ)來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)構(gòu)建，并通過(guò)三維模型的構(gòu)建進(jìn)行視頻融合，這時(shí)就能通過(guò)自動(dòng)識(shí)別來(lái)實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景交換，而且也能實(shí)現(xiàn)將所有信息進(jìn)行有效連接，并通過(guò)實(shí)時(shí)查看來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)信息進(jìn)行有效應(yīng)用，還可通過(guò)可視化的動(dòng)態(tài)處理來(lái)實(shí)現(xiàn)偵查與警告，進(jìn)而就能有效提升管理工作開(kāi)展的效果，并且也能有效對(duì)突發(fā)事件進(jìn)行及時(shí)處理。

3.4 智能分析

通過(guò)大數(shù)據(jù)技術(shù)的有效融合，并將其整合到孿生系統(tǒng)技術(shù)當(dāng)中，就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)已經(jīng)形成的模型進(jìn)行細(xì)致挖掘，并通過(guò)對(duì)比分析來(lái)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)與終端之間的數(shù)據(jù)是否正常，而且也能對(duì)不同業(yè)務(wù)在執(zhí)行過(guò)程中所產(chǎn)生的一些問(wèn)題進(jìn)行修正，這時(shí)就能以多元化優(yōu)化為基礎(chǔ)來(lái)實(shí)現(xiàn)提升對(duì)變電系統(tǒng)特征分析效果，進(jìn)而就能通過(guò)監(jiān)測(cè)工作的落實(shí)來(lái)實(shí)現(xiàn)保證運(yùn)行的質(zhì)量。

3.5 應(yīng)急管理

為有效應(yīng)對(duì)突發(fā)事件，在孿生系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用的過(guò)程中，能夠?qū)崿F(xiàn)以自動(dòng)化運(yùn)行為基礎(chǔ)來(lái)實(shí)現(xiàn)一體化技術(shù)的應(yīng)用，這時(shí)就能實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站內(nèi)所有的相關(guān)設(shè)施進(jìn)行數(shù)據(jù)拷貝，并進(jìn)行三維動(dòng)態(tài)的渲染。這樣，通過(guò)孿生場(chǎng)景的構(gòu)建、并以仿真功能進(jìn)行應(yīng)用，則能夠建立出相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案措施庫(kù)，從而通過(guò)虛擬技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)還原真實(shí)場(chǎng)景，則能夠有效提升現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急管理的管控能力，并且也能通過(guò)內(nèi)部共聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn)保證監(jiān)視人員在發(fā)現(xiàn)這些緊急情況時(shí)，能夠進(jìn)行及時(shí)處理。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于孿生系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用來(lái)看，它其實(shí)是作為智慧電網(wǎng)建設(shè)組成部分之一而進(jìn)行落實(shí)的一項(xiàng)關(guān)鍵性技術(shù)。因此，這項(xiàng)技術(shù)在使用的過(guò)程中，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)化變電站運(yùn)行效果，而且也能夠真正以技術(shù)保障為基礎(chǔ)來(lái)提升其管理質(zhì)量。