2月16日10時，在遼寧電力科學(xué)研究院虎石臺高壓試驗場變壓器實驗室，試驗人員利用虛實聯(lián)動智能電網(wǎng)孿生系統(tǒng)開展現(xiàn)場試驗工作。
“當(dāng)前直流電阻測量試驗結(jié)果與仿真分析結(jié)果總體誤差4.62%，利用人工智能算法將本次結(jié)果與歷史試驗信息進行比對分析，顯示本次試驗結(jié)果正常。”國網(wǎng)信息通信產(chǎn)業(yè)集團有限公司信通研究院研發(fā)工程師王興濤介紹，虛實聯(lián)動智能電網(wǎng)孿生系統(tǒng)具備試驗全過程精確仿真演示、仿真分析及趨勢推演功能，可驗證試驗方案可行性和試驗結(jié)果準(zhǔn)確性。
近年來，國網(wǎng)信通產(chǎn)業(yè)集團推動數(shù)字孿生、人工智能等數(shù)字技術(shù)與電網(wǎng)業(yè)務(wù)深度融合，探索服務(wù)變電站智能化轉(zhuǎn)型，2021年2月起，支撐遼寧電科院打造面向真型試驗場的虛實聯(lián)動智能電網(wǎng)孿生系統(tǒng)，助力電網(wǎng)轉(zhuǎn)型升級。
數(shù)字孿生改造助力變電站智能化轉(zhuǎn)型
虎石臺試驗場可模擬電網(wǎng)事故工況和異常故障，為數(shù)字孿生技術(shù)研究提供缺陷樣本和故障樣本數(shù)據(jù)庫，同時可為數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用能力提供低風(fēng)險驗證服務(wù)，在數(shù)字孿生技術(shù)研究與驗證方面具有獨特的優(yōu)勢。在此背景下，國網(wǎng)信通產(chǎn)業(yè)集團協(xié)同遼寧電科院，聯(lián)合沈陽工程學(xué)院等產(chǎn)學(xué)研用創(chuàng)新主體，充分發(fā)揮試驗場優(yōu)勢，共同開展面向高壓試驗場的數(shù)字孿生改造，建設(shè)虛實聯(lián)動智能電網(wǎng)孿生系統(tǒng)，探索數(shù)字孿生技術(shù)助力變電站智能化新路徑。
該系統(tǒng)于2022年6月底建設(shè)完成，可自動識別試驗設(shè)備、所用儀器，并以便捷直觀的方式在數(shù)字孿生空間展示設(shè)備參數(shù)、結(jié)構(gòu);在作業(yè)過程中實時提醒儀器組裝方法、試驗接線方式、注意事項等信息;自動記錄、存儲試驗全過程數(shù)據(jù)與影像資料;利用人工智能技術(shù)，比對分析并判斷試驗數(shù)據(jù)是否正常，協(xié)助試驗人員分析設(shè)備可能存在的隱患，提升試驗智能化水平。
該系統(tǒng)利用數(shù)字孿生技術(shù)優(yōu)化虎石臺試驗場的生產(chǎn)試驗和管理模式，一方面，服務(wù)虎石臺試驗場開展相關(guān)業(yè)務(wù)，改進高壓試驗帶電作業(yè)方式，實現(xiàn)對試驗的智能化監(jiān)控、診斷與控制;另一方面，構(gòu)建可共享數(shù)據(jù)庫及可復(fù)用的設(shè)備診療模型，“以點帶面”推動國網(wǎng)遼寧省電力有限公司整體數(shù)字孿生電網(wǎng)建設(shè)。
虛實聯(lián)動智能電網(wǎng)孿生系統(tǒng)實現(xiàn)了試驗全過程管控、孿生空間仿真推演等功能，提升試驗運維智能化水平的同時，解決了變電設(shè)備異常樣本庫匱乏、設(shè)備診療效果不理想等痛點問題，驗證了數(shù)字孿生技術(shù)在變電站運維檢修業(yè)務(wù)的支撐能力。
構(gòu)建可共享可復(fù)用的三大資源庫
依托虎石臺試驗場可模擬事故工況和故障現(xiàn)象這一特點，國網(wǎng)信通產(chǎn)業(yè)集團利用虛實聯(lián)動智能電網(wǎng)孿生系統(tǒng)開展專項試驗驗證與研究，采集大量缺陷和故障樣本數(shù)據(jù)，打造完備可靠的正常和異常樣本庫;基于樣本庫進行人工智能算法優(yōu)化訓(xùn)練，打造高水平算法模型庫;構(gòu)建以孿生模型、機理模型、仿真模型為主體的設(shè)備模型庫，形成可共享可復(fù)用的三大資源庫，為電力設(shè)備狀態(tài)分析研判和趨勢預(yù)測等高級應(yīng)用提供支撐。
“虛實聯(lián)動智能電網(wǎng)孿生系統(tǒng)的建成對遼寧數(shù)字孿生電網(wǎng)建設(shè)意義重大。雖然前期投資規(guī)模較大，但建成的可共享可復(fù)用的三大資源庫能夠有效減少后期數(shù)字孿生技術(shù)在變電站應(yīng)用的成本。”國網(wǎng)遼寧電力數(shù)字科技互聯(lián)網(wǎng)部專責(zé)楊超介紹。
虛實聯(lián)動智能電網(wǎng)孿生系統(tǒng)在架構(gòu)和功能設(shè)計上考慮在運變電站的實際需求和現(xiàn)狀，開發(fā)預(yù)留中臺接口與接入功能，能夠無縫對接在運變電站已有系統(tǒng)和數(shù)據(jù)，支撐在運變電站智能運檢建設(shè)，降低在運變電站數(shù)字孿生系統(tǒng)開發(fā)投入成本，提升數(shù)字孿生技術(shù)在電網(wǎng)中應(yīng)用的水平和成效。
支撐設(shè)備故障隱患及缺陷預(yù)警
當(dāng)前，隨著新能源發(fā)電大量替代常規(guī)電源，以及儲能等可調(diào)節(jié)負荷廣泛應(yīng)用，電力系統(tǒng)“雙高”(高比例可再生能源、高比例電力電子設(shè)備)特征進一步凸顯。電力設(shè)備的運行條件發(fā)生變化，亟須提升電力設(shè)備精準(zhǔn)預(yù)警、故障診斷、狀態(tài)評估能力，保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。
虛實聯(lián)動智能電網(wǎng)孿生系統(tǒng)按照“物理變電站”和“數(shù)字變電站”融合思路，將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)化、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)化，在數(shù)字孿生空間深入挖掘數(shù)據(jù)資產(chǎn)價值，形成仿真推演能力，實現(xiàn)設(shè)備故障隱患及缺陷預(yù)警。
“數(shù)字孿生的數(shù)據(jù)連接與可視化能力實現(xiàn)了變電站運行數(shù)據(jù)的匯聚及全景可視化展示，幫助運維及管理者直觀了解變電站運行狀態(tài)，但它的更高價值是在此基礎(chǔ)之上開展更深層次的數(shù)據(jù)價值挖掘與應(yīng)用。因此，我們從機理仿真與AI數(shù)據(jù)分析兩個維度重點攻關(guān)，激活‘沉睡的數(shù)據(jù)’，為電網(wǎng)精準(zhǔn)‘把脈開方’。”國網(wǎng)信通產(chǎn)業(yè)集團信通研究院院長趙永生介紹。
該系統(tǒng)通過虛擬空間仿真分析對物理空間進行狀態(tài)分析和趨勢預(yù)測，實現(xiàn)物理實體空間和數(shù)字孿生空間雙向智慧協(xié)同，目前已形成變壓器油溫預(yù)測、變壓器運行仿真、變壓器狀態(tài)異常檢測預(yù)警等應(yīng)用。這些應(yīng)用已在鞍山500千伏變電站等多個變電站使用，有效保障主變壓器安全穩(wěn)定運行。
虛實聯(lián)動智能電網(wǎng)孿生系統(tǒng)發(fā)揮虎石臺試驗場“試驗暫態(tài)+運行穩(wěn)態(tài)”優(yōu)勢，通過“物理變電站”與“數(shù)字變電站”虛實協(xié)作，提升變電站數(shù)字化和智慧化水平，服務(wù)新型電力系統(tǒng)建設(shè)，可在智能電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)、安全生產(chǎn)、運行管理、優(yōu)質(zhì)服務(wù)工作中發(fā)揮作用，推動電網(wǎng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，助力“雙碳”目標(biāo)實現(xiàn)。（李文璞 李桐）
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