【论文集锦】“电力领域数字孪生技术应用研究与实践”专题

摘要：数字孪生(digital twin，DT)是推动电力装备领域数字化、智能化发展的关键技术之一，相关研究处于初期起步阶段，如何实现电力装备数字孪生成为亟需解决的问题。该文首先阐述了数字孪生的内涵及应用；从数字孪生框架与实现方法、其在装备全寿命周期的应用、主流厂商及其平台方面总结了装备领域数字孪生的研究与应用进展；其次分析了电力装备数字孪生实现所需的关键技术；最后以变压器为例给出了基于Microsoft Azure和ANSYS Twin Builder的电力装备多物理场数字孪生实现方法，并指出实现电力装备数字孪生在数据采集、模型构建与求解、平台使用方面的挑战。该文建议下一步开发高性能传感装置并构建合理的传感网络提升数据采集的深度与广度；开展电力装备全尺度多物理场模型的构建与实时求解算法研究；开发面向电力装备性能分析的国产化数字孪生平台。

摘要：数字孪生技术是电力装备行业数字化转型的关键技术。为此分析了电力装备行业数字化转型的研究现状，并提出了电力装备数字孪生通用架构。结合行业的发展情况指出与仿真建模方面相关的四大关键技术：统一信息建模技术、多层级仿真建模技术、多物理场多参数反演技术及复杂多维信息合成与可视分析技术。根据产业链不同环节的特点描述了数字孪生技术在智能设计、智能制造、供应链动态管理及运维管理等方面的典型应用场景，并分析了现阶段研究不足与未来研究重点。最后展望了数字孪生技术应用后为行业带来的变革，为电力装备行业的数字化转型提供了借鉴和参考。

摘要：对输变电设备的运行状态进行评估是保证电力系统安全稳定运行的重要手段。传统输变电设备状态评估存在状态感知不全面、数据质量低、评估模型构建困难等瓶颈问题。数字孪生技术打通了实体—感知—建模—应用的全链路流程，基于新型传感技术实现对输变电设备状态的全面感知，根据输变电设备的运行特征实现传感装置评估、数据深度治理，依靠大数据分析、数据挖掘等构建输变电设备数字孪生体，实现输变电设备的状态差异化评价、故障精准诊断和状态准确预测。数字孪生技术与状态评估技术的深度融合将推动输变电设备的运维管理迈向智慧时代。为此对数字孪生技术在输变电设备状态评估中的应用进行了分析，阐述了包括状态感知、数据治理、模型构建和应用在内的数字孪生技术的具体应用，总结探讨了数字孪生技术在输变电设备状态评估中的应用现状，并对其未来的发展趋势进行了展望。

摘要：为掌握气体绝缘金属封闭开关(GIS)筒体温变位移与其关键部件的行为关系，提高GIS运维技术水平，该文开展了基于数字孪生模型的GIS筒体关键部件温变行为仿真研究。同时提出基于实景点云数据的GIS筒体数字孪生模型重构方法，抽象建立了4种典型故障工况，给出基于ABAQUS软件的GIS筒体温变行为仿真参数取值与网格划分方法，并基于某变电站在役220 kV GIS数据开展了典型故障案例仿真研究。案例仿真结果表明：影响GIS筒体温变位移行为的关键部件主要有母线筒、支撑腿、盆式绝缘子及波纹管，GIS设备温变位移危害评估需综合考虑盆式绝缘子、支撑腿、波纹管的应力承受极限；波纹管的温变位移补偿能力受滑动支撑脚、母线筒弯曲形态影响较大，波纹管轴向位移变化量可作为与GIS设备温变位移行为表征的敏感参数，工程中应重点关注。研究结果可为GIS设备的检修及维护提供工程指导。

摘要：针对传统模型难以对具备时变特性的城轨牵引供电系统进行精准模拟的问题，总结分析了传统建模在预设负荷、固定参数及离线计算等方面的缺点，提出了一种基于数字孪生技术的模型与数据混合驱动建模方法；并结合城轨牵引供电系统实际特点，设计了数字孪生模型的运行架构及计算算法，建立信息交互体系对系统模型负荷进行精确输入，采用基于群智能优化的混合闭环校正算法实现模型参数的主动校正。理论分析及仿真结果表明：系统参数的全局优化校正可以通过基于群智能优化的闭环校正算法实现，采取子系统参数辨识和整体参数校正的混合校正策略有助于减小参数的寻优范围，降低群智能优化在系统参数校正的计算时间成本，保证模型对于参数变化的校正响应速度；具备负荷精确输入和参数主动校正能力的数字孪生模型，其潮流计算结果高度逼近采样数据，相比传统模型大幅提升了潮流计算的精度，对于牵引供电系统运行决策及设计优化具有实际意义。

摘要：随着电网建设规模的扩大和数字经济的推动，电网数字化和智能化越来越成为电力行业发展的迫切需求。数字孪生技术基于数字化标识、自动化感知、网络化连接、普惠化计算、智能化控制和平台化服务等信息技术体系，为推进电网安全稳定运行、建设能源互联网企业提供了新思路和途径。该文基于数字孪生的概念、基本架构和特征，提出了数字孪生电网的内涵，构建了数字孪生电网的框架，阐释了数字孪生电网的运行模式，分析了数字孪生电网的关键技术，并从设备层、电网层、业务层和运营管理层4个层面提出了数字孪生技术在电网企业可实现的典型应用，为数字孪生电网的建设提供了理论支撑，指明了发展方向和建设思路。

摘要：数字孪生技术的发展使配网中设备在线监测数据的获取愈加方便，利用实测数据对设备的运行情况进行安全性分析是数字孪生技术的一个重要应用。该文提出一种融合实测数据的配网断路器投切暂态过电压的建模方法，该方法通过采集10 kV配网断路器的实际运行数据，提取断路器的关键运行参数，可以对数值模型进行迭代修正，从而实现仿真模型对设备当前运行状态的跟随，提高分析结果的可靠性。仿真结果表明：所提模型计算得到的投切过电压水平标幺值最大为3.88，相较传统模型与实测值更为相近。该模型可用于配网真空断路器的运行安全分析。