12月2日，在上海電網(wǎng)500千伏五角場變電站內(nèi)，上海電力檢修公司運檢人員應(yīng)用變電站數(shù)字孿生系統(tǒng)巡檢設(shè)備。突然，系統(tǒng)報警界面提示出現(xiàn)PF1-3風機故障，運檢人員迅速點擊“故障定位”按鈕，系統(tǒng)以三維圖像顯示出該風機的具體位置，并提供相關(guān)的回路信息。收到檢修人員上報信息后，上海電力檢修公司迅速開展搶修。
變電站數(shù)字孿生技術(shù)以數(shù)字化方式為物理對象創(chuàng)建虛擬模型，模擬變電站在不同運行環(huán)境下的狀態(tài)。“孿生”的兩個變電站，一個是存在于現(xiàn)實中的實體變電站，負責實際供配電;另一個則存在于虛擬世界中，實時監(jiān)測實體變電站的運行情況，并通過各類智能技術(shù)實現(xiàn)對設(shè)備的評估和診斷。上海電力經(jīng)研院落實國家電網(wǎng)有限公司科技強企工程要求，推進實施數(shù)字化轉(zhuǎn)型工程，探索構(gòu)建數(shù)字孿生系統(tǒng)，助推電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施管理體系和管理能力現(xiàn)代化發(fā)展。
多維聚合提供運維檢修新體驗
2017年12月，500千伏五角場地下變電站投運。站內(nèi)有一萬多個主控、輔控信息點。運檢人員陳佳說：“想要定位輔助設(shè)備并找到關(guān)聯(lián)回路只能通過翻閱竣工圖查詢，要是監(jiān)控系統(tǒng)能展示變電站所有信息該多好。”過去，變電站監(jiān)控系統(tǒng)只能以圖表和文字形式展現(xiàn)遙信、遙測、遙控等信息。通過遠程系統(tǒng)直觀掌握變電站設(shè)備、環(huán)境、消防、技防等相關(guān)信息，是變電站運檢人員長久以來的愿望。
為了給變電站運維工作提供更強大的支撐，2018年3月，數(shù)字孿生系統(tǒng)的雛形——變電站全景監(jiān)視平臺在500千伏五角場變電站率先應(yīng)用。該平臺應(yīng)用數(shù)字孿生技術(shù)建立虛擬變電站三維模型，接入變電站內(nèi)主控、輔控、安防等設(shè)備的探測點，實時感知采集各類狀態(tài)信息。該變電站站內(nèi)的4000多個采集點、19141個信息點通過監(jiān)控數(shù)據(jù)與三維數(shù)字模型的聯(lián)動，實時反映實體變電站運行狀態(tài)。不僅如此，數(shù)字孿生技術(shù)的二三維聯(lián)動使該平臺具備地形瀏覽、設(shè)備查詢、設(shè)備告警等功能。運檢人員不再需要去變電站現(xiàn)場，便可掌握站內(nèi)各要素的運行狀態(tài)。同時，平臺也為變電站實現(xiàn)“不間斷設(shè)備巡視”提供了可靠的支持，通過對設(shè)備異常及時告警延長了設(shè)備使用壽命。
上海電力經(jīng)研院數(shù)字化團隊創(chuàng)新思維，通過建立標準化代碼規(guī)則，完成模型、信息、圖形的一體化自動關(guān)聯(lián)方案，提高數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)匹配的效率和質(zhì)量。目前，500千伏五角場變電站全景監(jiān)視平臺已被列為上海市建筑信息模型技術(shù)應(yīng)用試點項目。
智慧大腦構(gòu)建電網(wǎng)管理新模式
經(jīng)過不斷優(yōu)化升級，數(shù)字孿生系統(tǒng)的功能越來越完善，但僅能“看到”變電站的實時信息對運維管理水平的提升還十分有限。為此，上海電力經(jīng)研院依托狀態(tài)感知、智能決策分析等技術(shù)，在數(shù)字孿生系統(tǒng)中構(gòu)建變電站運維輔助“大腦”——專家知識庫和狀態(tài)判別模塊，實現(xiàn)了對設(shè)備狀態(tài)的快速分析、診斷判別和風險預(yù)測，進一步提升輸變電工程的可視化、精細化管理水平和智能決策能力。
11月27日，110千伏博藝變電站數(shù)字孿生系統(tǒng)在10千伏饋203線合閘時發(fā)出“控制回路斷線”異常的告警，而后又立馬復(fù)歸，線路恢復(fù)正常。數(shù)字孿生系統(tǒng)判斷其原因為“控制回路斷線發(fā)生誤報”，建議“增加位置繼電器判斷延時”。
面對這樣的異常誤報，數(shù)字孿生系統(tǒng)是如何判斷出來的呢?
原來，開關(guān)在合閘過程中，位置繼電器的觸點切換不同步，中間會有幾十毫秒跳閘與合閘位置繼電器都閉合的情況，系統(tǒng)會誤報控制回路斷線。這種異常情況經(jīng)常表現(xiàn)為分合閘時提示“控制回路斷線”異常后又立馬復(fù)歸。“像這樣的誤報在變電站運行中十分常見，如果每個誤報都要人員去現(xiàn)場勘查確認，將耗費大量的人力、物力和財力，成本太高。”上海電力經(jīng)研院數(shù)字化團隊成員劉鑫解釋道，“數(shù)字孿生系統(tǒng)已將這一系列狀態(tài)數(shù)據(jù)儲存于專家知識庫中，遇到告警便能及時調(diào)用和判斷，向運檢人員提供判斷結(jié)果并給出建議。”
變電站規(guī)劃、設(shè)計、設(shè)備生產(chǎn)、施工、運維、檢修等各階段對系統(tǒng)信息數(shù)據(jù)的需求不盡相同，這也對數(shù)字孿生系統(tǒng)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性提出要求。針對這一問題，上海電力經(jīng)研院數(shù)字化團隊開展了輸變電工程全壽命周期多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性研究，編制了上海電網(wǎng)“電網(wǎng)工程數(shù)字化交付標準”等相關(guān)標準，為打通全過程的多元信息模型提供標準化模式及技術(shù)支撐。
“新基建”開拓數(shù)字孿生新空間
通過幾年的試點、推廣和技術(shù)演變，目前上海電網(wǎng)已部署了20多個孿生子站系統(tǒng)，并將在2021年正式上線數(shù)字孿生變電主站系統(tǒng)，實現(xiàn)子站數(shù)據(jù)的再聚合，為智能決策提供大數(shù)據(jù)支撐。
今年5月份，上海市政府發(fā)布“上海市推進新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)行動方案(2020-2022年)”通知，要求將數(shù)字孿生等新技術(shù)全面融入城市生產(chǎn)生活，新型基礎(chǔ)設(shè)施成為上海經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展和城市高效治理的重要支撐。目前數(shù)字孿生系統(tǒng)可以為變電站的規(guī)劃、設(shè)計、施工、運檢提供輔助信息參考，進一步擴大應(yīng)用面是當前數(shù)字孿生技術(shù)的發(fā)展方向。
上海電力經(jīng)研院在大數(shù)據(jù)、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等“新基建”領(lǐng)域全面攻堅核心技術(shù)，采用“云-網(wǎng)-端”架構(gòu)推動數(shù)字孿生系統(tǒng)升級，使數(shù)字孿生系統(tǒng)應(yīng)用在個人電腦、移動設(shè)備、可穿戴設(shè)備等多種前端設(shè)備中，實現(xiàn)現(xiàn)實世界與數(shù)字世界之間的“動態(tài)鏈接”和“雙向傳輸”。
未來，運檢人員通過佩戴“數(shù)字孿生眼鏡”即可實時查看變電站各類設(shè)備狀態(tài)，并通過5G網(wǎng)絡(luò)接入專家知識庫接收規(guī)范作業(yè)指導(dǎo)，完成變電站巡檢工作。
上海電力經(jīng)研院將進一步尋求合作、開發(fā)機會，結(jié)合變電站數(shù)字孿生技術(shù)發(fā)展，將數(shù)字孿生理念、系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及設(shè)備向供水、供氣、供熱等公共事業(yè)及其他行業(yè)推廣，提供數(shù)據(jù)增值服務(wù)。
作者：王紫雷
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