周育忠，林正平，涂亮，石嘉豪，楊宇亮

（南方電網(wǎng)科學(xué)研究院，廣州 510663）

近年來，隨著國民用電水平的不斷提升和化石能源的日漸枯竭，提出了“雙碳”和“新型電力系統(tǒng)發(fā)展”政策，因此，電力系統(tǒng)源側(cè)分布式清潔能源的大規(guī)模并網(wǎng)，以及負(fù)荷側(cè)電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能等柔性負(fù)荷比例的不斷攀升，致使電力系統(tǒng)呈現(xiàn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、潮流雙向化和設(shè)備多元特點(diǎn)［1-2］.2020年，國資委印發(fā)了《關(guān)于加快推進(jìn)國有企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型工作的通知》，指出要推進(jìn)大數(shù)據(jù)和數(shù)字孿生（Digital Twin，DT）等技術(shù)的應(yīng)用，進(jìn)而提高資產(chǎn)運(yùn)營水平［3-4］.除此之外，電網(wǎng)公司開展了SG-186工程［5］、公布了“智能電網(wǎng)”發(fā)展計(jì)劃［6］、《泛在電力物聯(lián)網(wǎng)白皮書2019》［7］，《數(shù)字化轉(zhuǎn)型和數(shù)字南網(wǎng)建設(shè)行動(dòng)方案（2019年版）》［8］和《數(shù)字電網(wǎng)白皮書》［9］.上述項(xiàng)目的實(shí)施為DT技術(shù)在電網(wǎng)中的運(yùn)用和推廣提供了有力支撐.

2003年，美國學(xué)者M(jìn)ICHAEL提出DT概念［10］，是集多學(xué)科、多尺度和多物理量的仿真過程［11］.與此同時(shí)，隨著物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了DT技術(shù)在設(shè)備建模［12-13］、設(shè)計(jì)制造［14-15］、運(yùn)行管控［16-17］、故障診斷［18］、資產(chǎn)管理［19］、全壽命周期過程［20］和電力系統(tǒng)［21-22］中得到廣泛應(yīng)用與關(guān)注.如文獻(xiàn)［23］根據(jù)產(chǎn)業(yè)鏈不同環(huán)節(jié)的特點(diǎn)，闡述了DT技術(shù)在運(yùn)維管理等方面的典型應(yīng)用.文獻(xiàn)［24］提出了能源互聯(lián)網(wǎng)DT系統(tǒng)的總體框架及技術(shù)路線.文獻(xiàn)［25］從設(shè)備層、電網(wǎng)層、業(yè)務(wù)層和運(yùn)營管理層提出了DT技術(shù)在電網(wǎng)企業(yè)的典型應(yīng)用，為DT電網(wǎng)的建設(shè)提供了理論支撐.文獻(xiàn)［26-27］對(duì)電網(wǎng)運(yùn)營管理中的用戶信用、用電行為、用電量和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等常見應(yīng)用場景進(jìn)行了詳細(xì)分析，指出DT技術(shù)能有效優(yōu)化電網(wǎng)運(yùn)營管理.

基于已有研究成果，本文根據(jù)DT核心思想，結(jié)合電網(wǎng)運(yùn)營管理模式，提出電網(wǎng)運(yùn)營知識(shí)體系DT框架，在分析DT技術(shù)內(nèi)涵和特征的基礎(chǔ)上，對(duì)電網(wǎng)運(yùn)營管理體系進(jìn)行分析，并形成了基于DT技術(shù)的電網(wǎng)運(yùn)營管理體系的DT結(jié)構(gòu)框架，最后從運(yùn)營管理層面分析了DT電網(wǎng)的典型應(yīng)用，為DT電網(wǎng)的運(yùn)營管理建設(shè)提供了理論支撐.綜上分析，本文提出了基于數(shù)字孿生技術(shù)的電網(wǎng)運(yùn)營管理模式，對(duì)電網(wǎng)物理世界的人、物、事件等所有要素?cái)?shù)字化，構(gòu)建了全屬性同構(gòu)的數(shù)字世界，實(shí)現(xiàn)了物理世界與數(shù)字世界兩平面空間實(shí)時(shí)同步、虛實(shí)交互，可幫助企業(yè)尋找最佳方式對(duì)用戶的用電量、用電行為進(jìn)行精準(zhǔn)預(yù)測，使整體運(yùn)營管理效率得到顯著提升.可實(shí)現(xiàn)資產(chǎn)管理優(yōu)化、運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)管理服務(wù)、企業(yè)投資決策服務(wù)、三網(wǎng)融合服務(wù)以及電網(wǎng)全價(jià)值鏈協(xié)同，對(duì)于指導(dǎo)企業(yè)數(shù)字化、智能化運(yùn)營管理和決策具有重要意義.

1 數(shù)字孿生技術(shù)內(nèi)涵與特征

1.1 數(shù)字孿生技術(shù)內(nèi)涵

電網(wǎng)數(shù)字孿生是電網(wǎng)發(fā)展逐漸復(fù)雜化、數(shù)據(jù)化，以及DT技術(shù)快速發(fā)展等共同推動(dòng)下的產(chǎn)物.DT的本質(zhì)是將物理實(shí)體全息映射到虛擬數(shù)字電網(wǎng)，并在數(shù)字電網(wǎng)中實(shí)時(shí)監(jiān)控與診斷，從而模擬和預(yù)測物理實(shí)體電網(wǎng)的實(shí)時(shí)狀態(tài)，能有效推動(dòng)物理實(shí)體電網(wǎng)數(shù)字化、虛擬化、狀態(tài)實(shí)時(shí)可視化、運(yùn)營管理協(xié)同化和智能化，進(jìn)而可提高電網(wǎng)物質(zhì)、智力和信息資源的有效配置與運(yùn)營管理模式.

在電網(wǎng)運(yùn)營知識(shí)體系方面，DT電網(wǎng)與物理實(shí)體電網(wǎng)通過對(duì)物理實(shí)體電網(wǎng)的感知和信息傳輸.并結(jié)合科學(xué)決策和智能控制由虛入實(shí)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)物理實(shí)體電網(wǎng)的運(yùn)營知識(shí)體系優(yōu)化，物理實(shí)體電網(wǎng)和DT電網(wǎng)兩者經(jīng)過不斷虛實(shí)迭代，不斷優(yōu)化，可實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)營的自主管理，如圖1所示.

控制孿生的實(shí)現(xiàn)方法如圖1所示，本文參考工業(yè)領(lǐng)域的數(shù)字孿生五維模型，提出包含物理實(shí)體（Pvpp）、數(shù)字孿生體（Vvpp）、孿生數(shù)據(jù)（DTData）、連接（CN）以及服務(wù)（DT&S）的數(shù)字孿生系統(tǒng)（DTVPPS），如式（1-4）所示［28］.

圖1 控制孿生的實(shí)現(xiàn)方法Fig.1 Theimplementation method of control twins

式中：MM、Mp和MM&p分別為物理模型、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型和物理與數(shù)據(jù)聯(lián)合驅(qū)動(dòng)模型，Sr、SB為功能性和業(yè)務(wù)性服務(wù).

1.2 數(shù)字孿生技術(shù)構(gòu)架

DT電網(wǎng)架構(gòu)可分為：物理層、感知層、數(shù)據(jù)處理層、信息傳輸層、數(shù)字平臺(tái)層、應(yīng)用層和系統(tǒng)安全七個(gè)層次，如圖2所示.

圖2 數(shù)字孿生技術(shù)構(gòu)架Fig.2 Digital twinningtechnology architecture

（1）物理層.

物理層是指電網(wǎng)運(yùn)營管理過程中涉及到的工作人員、運(yùn)行設(shè)備和環(huán)境等多方面物理實(shí)體的集合，具有數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)感知等功能，是實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)營管理功能的物理實(shí)體保障.

（2）感知層.

感知層由海量傳感裝置組成，主要功能是依靠傳感裝置獲取電網(wǎng)運(yùn)營各個(gè)環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)信息，通過數(shù)據(jù)采集來解決模型參數(shù)問題，以及模擬物理實(shí)體運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行過程，同時(shí)，利用低成本和微型化傳感測量方式，可滿足電網(wǎng)不同運(yùn)行場景下的靈活部署，能有效實(shí)現(xiàn)大規(guī)模傳感裝置的全面安裝.

（3）數(shù)據(jù)處理層.

數(shù)據(jù)處理主要是指利用邊緣計(jì)算處理物理電網(wǎng)中海量數(shù)據(jù)，提取有用數(shù)據(jù).在感知層利用傳感采集到的運(yùn)行數(shù)據(jù)傳輸至邊緣計(jì)算裝置后，可快速完成數(shù)據(jù)分析與處理，處理后的數(shù)據(jù)，去除了無用信息，僅將得到的重要信息上傳至云端，進(jìn)一步完成分析決策.因此，數(shù)據(jù)處理層依托邊緣計(jì)算技術(shù)，可有效降低海量數(shù)據(jù)傳輸帶來的龐大資源需求，提高資源利用率.

（4）信息傳輸層.

信息傳輸主要功能是將邊緣計(jì)算裝置處理后的數(shù)據(jù)傳輸至云端數(shù)字平臺(tái).其不僅要能支撐邊緣計(jì)算裝置的多樣化需求，實(shí)現(xiàn)圖片、語音和視頻等數(shù)據(jù)多樣化傳輸；同時(shí)需滿足電網(wǎng)對(duì)通信數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性、可靠性和傳輸快速性等要求，一般需通過采用專用通信方式和5G技術(shù)等多種通信手段協(xié)同完成.

（5）數(shù)字平臺(tái)層.

數(shù)字平臺(tái)具備學(xué)習(xí)、推理、數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)據(jù)分析等功能，并進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，進(jìn)而形成虛擬電網(wǎng)與物理實(shí)體電網(wǎng)的全息映射，構(gòu)建虛實(shí)協(xié)同優(yōu)化策略，在虛擬電網(wǎng)中進(jìn)行物理電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的預(yù)測，可為物理實(shí)體電網(wǎng)提供超前態(tài)勢判斷和運(yùn)行決策，進(jìn)而提高系統(tǒng)安全運(yùn)行能力.

（6）應(yīng)用層.

應(yīng)用層是將電網(wǎng)運(yùn)營管理體系具體化后，對(duì)電網(wǎng)運(yùn)營管理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字化改造后，可有效提升智能化運(yùn)營管理能力.

（7）系統(tǒng)安全層.

系統(tǒng)安全是整個(gè)電網(wǎng)運(yùn)營管理過程的核心問題.其不僅要為海量數(shù)據(jù)采集、邊緣計(jì)算、數(shù)據(jù)傳輸、運(yùn)行決策制定等各個(gè)環(huán)節(jié)提供安全保障，還需利用電網(wǎng)運(yùn)行感知來提升電網(wǎng)運(yùn)營管理智能化和安全可靠性.

1.3 數(shù)字孿生技術(shù)特點(diǎn)

DT技術(shù)是指在完成物理實(shí)體與虛擬數(shù)字全息復(fù)制的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，即在接受物理實(shí)體電網(wǎng)實(shí)時(shí)信息后，還需利用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)物理實(shí)體電網(wǎng)，提升其預(yù)判能力.因此，DT技術(shù)具有如下特點(diǎn)：

（1）海量數(shù)據(jù).利用DT技術(shù)構(gòu)建的數(shù)字電網(wǎng)往往是以公共信息和數(shù)據(jù)來優(yōu)化整個(gè)電網(wǎng)運(yùn)行，因此，這要求數(shù)字電網(wǎng)盡可能多的從物理世界獲取全面的信息數(shù)據(jù)，致使數(shù)字電網(wǎng)的數(shù)據(jù)量不管在采集維度方面，還是數(shù)據(jù)類型方面都成爆炸式增長.

（2）全息復(fù)制.數(shù)字電網(wǎng)通過利用物理實(shí)體電網(wǎng)中的傳感器采集數(shù)據(jù)和運(yùn)行狀態(tài)信息，利用建模手段來實(shí)現(xiàn)物理實(shí)體電網(wǎng)到數(shù)字虛擬電網(wǎng)的全息映射，進(jìn)而能夠在虛擬電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)一比一的物理實(shí)體電網(wǎng)的感知和運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測，并將其相關(guān)信息準(zhǔn)確地描述出來.

（3）互動(dòng)性.數(shù)字虛擬電網(wǎng)與物理實(shí)體電網(wǎng)之間的實(shí)時(shí)互動(dòng)，DT技術(shù)的主要目標(biāo)是通過在數(shù)字虛擬世界構(gòu)建物理實(shí)體電網(wǎng)的孿生體，并在數(shù)字虛擬電網(wǎng)中利用邊緣計(jì)算技術(shù)對(duì)物理實(shí)體電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行演變推導(dǎo)、預(yù)測和優(yōu)化，并將優(yōu)化結(jié)果反饋給物理實(shí)體電網(wǎng)，指導(dǎo)其執(zhí)行正確的決策，而不斷從物理實(shí)體電網(wǎng)采集和實(shí)時(shí)更新運(yùn)行狀態(tài)信息，并將數(shù)據(jù)和信息實(shí)時(shí)反饋給DT虛擬電網(wǎng)，對(duì)其進(jìn)行迭代更新和修正的過程，這樣便可實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的虛實(shí)融合和協(xié)同.

（4）虛實(shí)迭代.利用物聯(lián)感知技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)跟蹤物理實(shí)體電網(wǎng)中的重要要素、趨勢和問題，不斷實(shí)時(shí)修正虛擬數(shù)字電網(wǎng)模型，使其與物理實(shí)體電網(wǎng)始終保持一致，此時(shí)，利用仿真手段來模擬物理實(shí)體電網(wǎng)中所有可能發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析和預(yù)測，并對(duì)其做出反饋和決策來解決該風(fēng)險(xiǎn)，并虛擬電網(wǎng)中的優(yōu)化決策結(jié)果反饋給物理實(shí)體電網(wǎng)，以此來指導(dǎo)和規(guī)避物理實(shí)體電網(wǎng)中的風(fēng)險(xiǎn)，經(jīng)過不斷虛實(shí)迭代和更新，能夠不斷優(yōu)化物理實(shí)體電網(wǎng)和虛擬數(shù)字電網(wǎng).

（5）實(shí)時(shí)性.數(shù)字電網(wǎng)和物理實(shí)體電網(wǎng)的虛實(shí)迭代和互動(dòng)性均需要實(shí)時(shí)交互，實(shí)時(shí)反映電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)和決策.

（6）保真性.DT技術(shù)要求數(shù)字孿生體與物理實(shí)體電網(wǎng)保持物理結(jié)構(gòu)、運(yùn)行狀態(tài)等多方面保持一致性.

2 電網(wǎng)運(yùn)營系統(tǒng)數(shù)字孿生架構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 電網(wǎng)運(yùn)營系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架

根據(jù)上述DT技術(shù)的內(nèi)涵和特征闡述，本文提出了如圖3所示的基于DT的電網(wǎng)運(yùn)營管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu).該結(jié)構(gòu)主要包括物理電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)感知層、模型協(xié)同層、系統(tǒng)決策層和運(yùn)營管理控制層4個(gè)部分.其中，狀態(tài)感知層由各種傳感器組成，主要負(fù)責(zé)采集人、設(shè)備和環(huán)境數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳遞給對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)庫.模型協(xié)同層以狀態(tài)感知層采集到的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)虛擬數(shù)字電網(wǎng)和物理實(shí)體電網(wǎng)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、處理和管理，主要功能是對(duì)比分析虛擬數(shù)字電網(wǎng)和物理實(shí)體電網(wǎng)兩個(gè)主體之間的狀態(tài)差異，以及分析差異產(chǎn)生的原因，進(jìn)而對(duì)虛擬數(shù)字電網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)修正和優(yōu)化處理，使其與物理實(shí)體電網(wǎng)保持一致性.決策層由多個(gè)運(yùn)營管理子系統(tǒng)組成，在子系統(tǒng)中，根據(jù)各自功能選取對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)一步處理，提取相關(guān)信息.而管理控制層主要是實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能.

圖3 運(yùn)營系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架Fig.3 Operational systemframework

2.2 電網(wǎng)運(yùn)營系統(tǒng)數(shù)字孿生架構(gòu)

運(yùn)營管理主要是電力設(shè)備優(yōu)化分配、智能檢測、用戶資產(chǎn)分類聚合和電力市場資源的優(yōu)化調(diào)度，以及全價(jià)值鏈的協(xié)同優(yōu)化與可視化等.基于DT技術(shù)的電網(wǎng)運(yùn)營系統(tǒng)架構(gòu)如圖4所示，可實(shí)現(xiàn)在降低管控人力投入的同時(shí)，提高管控效率.具體應(yīng)用場景如下.

圖4 基于數(shù)字孿生技術(shù)的電網(wǎng)運(yùn)營體系架構(gòu)Fig.4 Grid operation architecture based on digital twin technology

（1）資產(chǎn)管理優(yōu)化方面.

通過對(duì)電力設(shè)備的精細(xì)化DT模型構(gòu)建，對(duì)設(shè)備DT模型進(jìn)行虛實(shí)迭代優(yōu)化，并虛擬滾動(dòng)預(yù)測電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)反饋到物理實(shí)體來指導(dǎo)運(yùn)維人員對(duì)電力設(shè)備在全壽命周期各階段給出資產(chǎn)管理建議（運(yùn)維、返廠維修、報(bào)廢等），進(jìn)而輔助電網(wǎng)企業(yè)實(shí)現(xiàn)資產(chǎn)管理優(yōu)化.

（2）運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)管理方面.

基于DT模型，可實(shí)現(xiàn)自主故障診斷和預(yù)測，在電網(wǎng)側(cè)可進(jìn)行運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)自主評(píng)估，并將設(shè)備和電網(wǎng)運(yùn)行存在的預(yù)測風(fēng)險(xiǎn)實(shí)時(shí)上報(bào)，進(jìn)而可指導(dǎo)電網(wǎng)企業(yè)對(duì)不同運(yùn)行狀態(tài)下的設(shè)備提出個(gè)性化管理建議；并通過在線分析和模擬預(yù)測性調(diào)度，能夠有效評(píng)估和預(yù)測電網(wǎng)運(yùn)行效益，進(jìn)而構(gòu)成經(jīng)營風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警模式，可實(shí)時(shí)指導(dǎo)電網(wǎng)企業(yè)修正和完善經(jīng)營決策.

（3）投資決策方面.

基于上述的資產(chǎn)優(yōu)化管理和運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)管理應(yīng)用，根據(jù)設(shè)備在全壽命周期中各階段的運(yùn)行狀態(tài)，結(jié)合電網(wǎng)歷史運(yùn)行狀態(tài)、當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)和未來運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)電網(wǎng)中的電力設(shè)備的生產(chǎn)制造、采購、升級(jí)改造、運(yùn)維管理等方面的投資決策提供參考.

（4）電網(wǎng)全價(jià)值鏈協(xié)同.

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，全面采集電網(wǎng)運(yùn)營數(shù)據(jù)，并實(shí)現(xiàn)跨專業(yè)數(shù)據(jù)互通，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享.在電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)、資產(chǎn)優(yōu)化、設(shè)備采購管理、電網(wǎng)運(yùn)營銷管理等環(huán)節(jié)應(yīng)用DT技術(shù)，通過對(duì)各環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集，并在虛擬模型中進(jìn)行分析預(yù)測，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)營狀態(tài)的自我感知、協(xié)調(diào)運(yùn)行、數(shù)據(jù)開放共享的全價(jià)值鏈協(xié)同模式.

3 電網(wǎng)運(yùn)營系統(tǒng)數(shù)字孿生關(guān)鍵技術(shù)

電網(wǎng)運(yùn)營管理系統(tǒng)DT關(guān)鍵技術(shù)有以下特征.（Ⅰ）實(shí)時(shí)性.利用傳感器等設(shè)備采集的熟悉需實(shí)時(shí)傳遞給虛擬數(shù)字電網(wǎng)，而在虛擬電網(wǎng)中模擬得到的運(yùn)營決策等也需實(shí)時(shí)反饋給物理實(shí)體電網(wǎng).（Ⅱ）海量數(shù)據(jù).在電網(wǎng)運(yùn)營管理環(huán)節(jié)，需從各個(gè)環(huán)節(jié)和運(yùn)行角度采集數(shù)據(jù)，因此會(huì)產(chǎn)生海量數(shù)據(jù)，且呈爆炸式增長趨勢.（Ⅲ）數(shù)據(jù)多樣化.采集到的數(shù)據(jù)不僅包括視頻數(shù)據(jù)、圖形數(shù)據(jù)和音頻數(shù)據(jù)等多種類型，而還需從電網(wǎng)側(cè)、輸電側(cè)和用戶側(cè)等多方面采集數(shù)據(jù).因此，建設(shè)電網(wǎng)運(yùn)營系統(tǒng)的DT關(guān)鍵技術(shù)和難點(diǎn)主要包括：

（1）精準(zhǔn)感知和數(shù)據(jù)處理技術(shù).

精準(zhǔn)感知體系是DT電網(wǎng)感知的基礎(chǔ)，而在電力系統(tǒng)中，由于設(shè)備數(shù)量多、參數(shù)復(fù)雜，因此，應(yīng)用于電網(wǎng)運(yùn)營系統(tǒng)的感知技術(shù)具有“點(diǎn)多面廣、業(yè)務(wù)龐雜”的特點(diǎn)，需對(duì)電網(wǎng)運(yùn)營中各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集.因此，為滿足新型電力系統(tǒng)精準(zhǔn)感知要求，需優(yōu)化傳感器靈敏度.而對(duì)于電網(wǎng)中數(shù)據(jù)處理技術(shù)，已經(jīng)積累了大量邏輯規(guī)則和物理模型，將上述方法模型引入數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)中，可有效降低邊緣技術(shù)算法對(duì)訓(xùn)練樣本數(shù)量要求，提高數(shù)據(jù)處理精度和復(fù)雜度.

聚類的一般要求是同一類的個(gè)體具有高的相似性，而不同類別間具有高的差異性.其計(jì)算公式為：

式中：Rw用來衡量第w類與第q類的相似度，K為數(shù)據(jù)種類.

式中：Sw用來量度第w個(gè)類中數(shù)據(jù)點(diǎn)聚攏程度，Mwq為第w類中心與第q類中心數(shù)據(jù)點(diǎn)的分散程度.

（2）物聯(lián)管理技術(shù).

物聯(lián)管理平臺(tái)是狀態(tài)感知層和后續(xù)應(yīng)用層的鏈接通道.但由于設(shè)備層、電網(wǎng)層、業(yè)務(wù)層、運(yùn)營管理層等采集到的數(shù)據(jù)存在語言不通、操作系統(tǒng)不同、通信協(xié)議不同等問題.因此，DT電網(wǎng)中的物聯(lián)管理技術(shù)需適應(yīng)多語言、多操作系統(tǒng)的通信需求，并保證通信安全性、實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)共享.通過對(duì)數(shù)據(jù)規(guī)范和轉(zhuǎn)換格式的統(tǒng)一，可實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)共享需求.

（3）DT一致性構(gòu)建技術(shù).

DT技術(shù)的核心是高精度和一致性.在新型電力系統(tǒng)中，面臨海量數(shù)據(jù)采集和處理，通過從物理實(shí)體電網(wǎng)中采集到數(shù)據(jù)，并利用智能算法、深度學(xué)習(xí)算法等對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和優(yōu)化，并將數(shù)據(jù)輸送至虛擬電網(wǎng)中，實(shí)時(shí)模擬和預(yù)測電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，并對(duì)可能出現(xiàn)的設(shè)備故障和運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行模擬，得到預(yù)測決策，并將決策反饋給物理實(shí)體電網(wǎng)，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避或提前進(jìn)行設(shè)備檢修和更換.但這些都基于DT電網(wǎng)與實(shí)體電網(wǎng)的一致性和真實(shí)性，如果DT電網(wǎng)不能正確的反映實(shí)體電網(wǎng)在運(yùn)行狀態(tài)，則難以給出正確的決策，因此，虛擬數(shù)字電網(wǎng)和物理實(shí)體電網(wǎng)的運(yùn)行一致性是構(gòu)建DT電網(wǎng)運(yùn)營系統(tǒng)的重難點(diǎn).

4 電網(wǎng)運(yùn)營數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用分析

基于DT的電網(wǎng)運(yùn)營管理平臺(tái)下的電網(wǎng)運(yùn)營管理服務(wù)可實(shí)時(shí)感知電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，統(tǒng)籌資源并實(shí)時(shí)共享信息，消除溝通障礙，提高運(yùn)營管理效率和服務(wù)品質(zhì)，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)聚合和打造經(jīng)濟(jì)與品牌雙效益，成為應(yīng)對(duì)新型電力系統(tǒng)運(yùn)營管理的有力武器.在用戶側(cè)的應(yīng)用主要有如下幾方面價(jià)值.

（1）提升用電量的預(yù)測精度.

由于用戶側(cè)用電量受氣候、經(jīng)濟(jì)和用戶習(xí)慣等影響，具有難以預(yù)測和隨機(jī)性，而基于DT技術(shù)在電網(wǎng)運(yùn)營管理中的應(yīng)用在結(jié)合大數(shù)據(jù)處理精度，結(jié)合過去歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，預(yù)測用戶用電量，實(shí)現(xiàn)對(duì)將來某段時(shí)間的電量進(jìn)行精準(zhǔn)估算.

（2）用戶信用度分析.

在電網(wǎng)運(yùn)營管理中，可能存在部分客戶已經(jīng)產(chǎn)生巨額欠費(fèi)而未被及時(shí)發(fā)現(xiàn)的隱患，致使需投入大量人力與物力資源來催繳該部分欠款，這不僅增加了運(yùn)行成本，而且增加了運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn).而基于DT的運(yùn)營模式，能實(shí)時(shí)掌握客戶用電信息，及時(shí)預(yù)防欠費(fèi)情況，進(jìn)而降低經(jīng)濟(jì)損失和運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn).同時(shí)，利用大數(shù)據(jù)分析和處理技術(shù)，能及時(shí)有效發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)的竊電和違章數(shù)等數(shù)據(jù)信息，進(jìn)而實(shí)時(shí)完善和修正客戶信用評(píng)價(jià)模型.

（3）客戶用電行為分析.

近年來，隨著電網(wǎng)用戶側(cè)負(fù)荷水平的不斷提升，以及負(fù)荷類型的多樣化，大大增加了電網(wǎng)運(yùn)營管理難度，此時(shí)，電網(wǎng)企業(yè)可依靠DT技術(shù)，對(duì)客戶用電行為和負(fù)荷類型進(jìn)行全面分析，并在此基礎(chǔ)上，采取的差異化、個(gè)性化服務(wù)措施，進(jìn)而提高客戶服務(wù)水平.同時(shí)，電網(wǎng)企業(yè)也可以利用大數(shù)據(jù)技術(shù)來分析用戶繳費(fèi)、投訴、用電量和用電滿意度等數(shù)據(jù)信息，進(jìn)而滿足客戶用電需求和滿意度.

（4）停電分析.

停電分析主要包括對(duì)停電事故原因分析，從停電時(shí)間、范圍和損失等多個(gè)維度建立停電評(píng)價(jià)體系，在DT電網(wǎng)中，對(duì)停電事故進(jìn)行模擬分析和預(yù)測，進(jìn)而做出決策，進(jìn)而降低停電造成的影響.

綜上，此部分研究技術(shù)路線如圖5所示.

圖5 基于用采數(shù)據(jù)建模及用戶行為分析技術(shù)路線Fig.5 Roadmap for customer datamodeling and behavior analysis based on samplingdata

除此之外，通過電網(wǎng)運(yùn)營管理平臺(tái)的構(gòu)建與應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)營服務(wù)過程的精細(xì)化、規(guī)范化、可控化和資產(chǎn)保值增值.

（1）管理精細(xì)化和規(guī)范化.基于DT技術(shù)下的電網(wǎng)運(yùn)營管理，可實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)營管理的精細(xì)化和規(guī)范化，這不僅能降低運(yùn)營降本，而且能提高工作人員的工作效率.

（2）提升服務(wù)品質(zhì)和客戶滿意度.通過對(duì)用戶用電習(xí)慣和需求數(shù)據(jù)的收集和出來，制定對(duì)應(yīng)策略，可提升用戶滿意度；同時(shí)，通過對(duì)用戶投訴數(shù)據(jù)收集和處理，可有的放矢地改進(jìn)服務(wù)質(zhì)量，提高用戶體驗(yàn)感.

（3）資產(chǎn)保值增值.基于DT技術(shù)的電網(wǎng)運(yùn)營管理模型，可實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的及時(shí)巡檢、保養(yǎng)和更新，進(jìn)而降低設(shè)備故障率和損壞率，并在此基礎(chǔ)上，通過數(shù)據(jù)分析，制定預(yù)防性維護(hù)措施，促進(jìn)設(shè)備資產(chǎn)保值增值.

5 結(jié)論

在電網(wǎng)運(yùn)營管理方面，利用DT技術(shù)，可優(yōu)化電網(wǎng)資產(chǎn)管理、運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)、企業(yè)投資決策服務(wù)和電網(wǎng)全價(jià)值鏈協(xié)同，對(duì)電網(wǎng)企業(yè)實(shí)現(xiàn)智能化運(yùn)營管理和決策具有重要意義.

（1）DT技術(shù)是實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)營管理智能化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵技術(shù)之一.基于電網(wǎng)運(yùn)營管理的DT技術(shù)框架，可實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)營管理智能化管理和信息互通互聯(lián)共享，優(yōu)化資產(chǎn)和運(yùn)營管理.

（2）DT技術(shù)的應(yīng)用將給電網(wǎng)運(yùn)營管理方式、行業(yè)商業(yè)模式帶來巨大變革，可有效增強(qiáng)電網(wǎng)企業(yè)各環(huán)節(jié)的信息化和智能化程度，進(jìn)而提高電網(wǎng)企業(yè)的生產(chǎn)效率和競爭力.