近年来，南方电网正在加速推进数字电网建设。“十四五”期间，南网将投资6700亿元，推进数字电网建设和现代化电网进程，推动新型电力系统构建。
数字孪生，是数字电网的关键技术。电网数字化，是物理电网在数字世界的完整映射，建立数字孪生模型，通过数字世界的操作作用于物理世界，实现数字世界与物理世界的双向互动，从而实现电网状态感知、在线监测、行为跟踪、趋势分析、科学决策等。
利用数字技术手段，连接、创造与现实世界映射交互的虚拟世界，这不就是“元宇宙”吗？
本篇一起来看南方电网如何将数字孪生技术应用在电网？电网“元宇宙”是怎样的呢？
01
什么是数字孪生？
随着“双碳”、构建新型电力系统等目标的提出，具有随机性、间歇性、波动性特征的分布式能源比例将快速增长，储能装置、V2G 等交互式能源设施以及其他多种能源基础设施接入，使得电力系统呈现出结构更加复杂、设备更加繁多、技术更加庞杂的趋势。
数字孪生电网应运而生，通过虚拟现实交互激活电网、设备的多源数据，特别是运行时空大数据，通过数据挖掘，提供高维、量化、多层次的视角辅助运营调控相关决策。虚实结合，实现电网虚拟、现实空间的实时动态映射。
简单而言，数字孪生电网，就是针对复杂的电网场景，通过创造虚拟空间来运行生产过程的模拟，识别和分析出如何更高效、更安全地完成工作。
从电力行业的特征来看，发、输、变、配、用全流程都有较大应用潜力。
02
南方电网数字孪生应用实践
南方电网数字孪生技术的应用，主要体现在“南网智瞰”。
南网智瞰，是实现“全网一张图”的门户及应用，基于南网公司数字化技术基础平台和数字孪生技术，融合地理、物理、管理和业务信息，建立动态鲜活电网，提供灵活组合共享服务模式，快速响应上层业务应用的平台。融合了关系、图、三维的电力领域数据建模技术，构建了覆盖设备全要素、全时空的数字化模型，覆盖源网荷储，支撑全域物联的透明管理。
目前南网智瞰平台，累计接入地理要素超245万，管理源网荷储2000多种设备类型共1.2亿台设备设施、超10亿设备台账，接入约570亿条实时数据，实现186万配电变压器负荷精细化管理、分界点精益线损分析。上线配电网规划、九防管理、线损异常分析等9个典型应用场景，支撑配网规划、电网管理平台、智能台区等13套业务系统图形应用。
主网数字孪生基础设施
电网三维数字化，是南方电网“十四五”期间电网的数字化基础设施，目前已建成南方电网110kV及以上主网数字孪生，形成新型电力系统数字主网架示范。
南方电网目前已完成110kV及以上架空输电线路与变电站图形、台账、拓扑等信息治理，76万基杆塔、4794座变电站坐标准确率达99%；西电东送“八交十一直”直流线路约1.5万公里，佛山供电局、汕头供电局全局35kV及以上架空输电线路约7000公里，从±800kV换流站到35kV变电站19座试点变电站的三维数字孪生建设。
发电
案例：南网调峰调频公司
南网调峰调频公司基于“南网智瞰”，通过将发电生产领域帐卡物一致性管理、缺陷管理、发电设备状态监测等应用的数据进行集成，探索涵盖机组启停状态、可靠性指标、电量统计、缺陷统计等业务场景的数据多维立体融合分析展示。
基于领域信息模型，形成调峰调频公司生产业务数字化转型建设的方法模式，按照业务框架，策划构建业务模型，精准表达业务需求，实现业务规范与IT系统建设的无缝对接。此外，还构建了业务领域信息模型建模工具，标准化了业务领域信息模型的构建方法。
以清远抽水蓄能电站为试点，开展抽水蓄能电站三维建模与可视化的研究及应用，为进一步的数据分析和管理及相关决策优化等应用系统，提供三维可视化平台支持。以设备为中心，串联生产管理主要业务活动，彻底消除数据孤岛。
输电
“十四五”期间，南方电网在智能输电建设方面，将加快提升输电智能化水平，推进输电线路智能巡视和智能变电站建设。到2025年，35千伏及以上线路实现无人机智能巡检全覆盖。
案例：输电三维数字化通道
三维数字化通道，是数字输电的典型应用，以南网智瞰地图服务为基础，通过激光建模技术、模式矢量化技术开展架空线路信息建模，信息模型融合在线监测、机巡等数据。三维数字化通道，是数字输电的基础与载体，支撑线路智能验收、强化数字赋能、开展无人机自动驾驶、提升空间距离监测。
目前全网已完成500kV及以上线路数字化通道建设5.7万公里，500kV及以上线路外部隐患风险点安装智能终端3700余套，输电线路无人机巡视80.8万公里，机巡业务占比首次超70%。
案例：昆柳龙直流工程数字化建设
南网超高压公司依托世界首个特高压多端混合直流——昆柳龙直流工程开展“数智管控”研究工作，形成了南网跨区域输电工程基建“数智管控”典型案例。
昆柳龙直流工程打造了电网工程数字化资产全生命周期管理，服务全域上层应用，以设备为核心，精准关联工程属性、设计属性、设计图纸、现场照片、台账层级结构，并在竣工投产阶段全面接入调度实时运行、生产在线监测、周边气象环境等动态数据，解决特高压复杂电网数字化建设难题，在新型电力系统建设具有重要的推广意义。
变电
案例：200kV大英山数字孪生变电站
220kV大英山数字孪生变电站，是基于统一数字电网模型开展的物理电网“孪生”数字电网实践案例，全面融合海南数字电网平台，实现生产运行状态实时在线测量，物理设备、控制系统和信息系统的互联互通。同时贯通主配网动态拓扑，支撑全电压等级全链路的电网拓扑分析。
数字孪生变电站模型设计，从企业级全局出发，统筹兼顾各部门视角及需求，统一设计，消除冗余，加强协同，实现资产全生命周期信息贯通共享。
依据模型层级与设备、部件颗粒度分类，对每个配电区域、间隔、一次设备、隔离开关和短路器等进行设备实例化，通过相应的编码和电气一次主接线图，实现量测数据实例化。相关数据统一汇聚到南网公司数据中心，形成数据的统一入口、存储、出口。采用三维Wed端三维可视技术，重构立体孪生世界，实现变电站生产设备、调度运行融合管理。
配电
“十四五”期间，南方电网在智能配电建设方面，将全面推进以故障自愈为方向的配电自动化建设，有效实现配网状态监测、故障快速定位、故障自动隔离和网络重构自愈。
案例：深圳供电局配电全链条数字化案例
深圳供电局依托南网智瞰平台，打通配电网“全链条”业务视图，实现数字化电网全景、网格化智能规划、智能化台区监控和透明化停电全过程管理，实现配电网管理全链条数字化转型。
深圳供电局配电网实现配电网状态、运行、资源等数据的全贯通。融合管理信息、自动化、在线监测和外部数据4大类数据，贯通500kV到300V的电网拓扑。业务全链条，实现规划、运行运维和客户服务的横向协同。
用电
案例：松山湖数字用电示范区
松山湖数字用电示范区，利用数字孪生+物联网+云边融合技术，构建了分层级多能协同优化体系，实现多种能源形式并网运行和高效消纳。
松山湖数字用电示范区接入570个充电站、3013个充电桩，6326个光伏站点、1组冷热电联产系统、12个储能站、3个柔性负荷点、4个微网；3000+复杂并行计算模型，日处理数据超200TB；客户年平均停电时间小于2分钟，分布式清洁能源消纳率大于97%，2021年度累计减少客户用电经济损失大于600万元。
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电网数字化，将构建覆盖电网全生命周期与生产安全环节的数字孪生电网，提升复杂电网驾驭能力；以数据作为提升生产力的核心要素，提升数据资产价值，实现电网管理与业务变革；以“电力+算力”推动能源革命和新型电力系统建设。
未来数字孪生技术将在电网设备状态诊断与与预测、生产业务调试、电网发展规划、电网运行分析与控制等方面有更多应用实践。数字孪生会更系统地引入人的概念，增强人对数字孪生体的感知控制能力，最终在真实物理空间和虚拟数字空间搭建“信息-物理-人”交互的系统，创造电网的“元宇宙”。
