一文了解数字孪生变电站是怎么回事

孪生，即双胞胎；数字孪生，顾名思义，就是数字形式的双胞胎。

在“数字孪生”中，双胞胎中的一个是存在于现实世界的实体，小到零件，大到工厂，简单如螺丝，复杂如人体的结构。

而双胞胎中的另一个则只存在虚拟和数字世界之中，是利用数字技术营造的与现实世界对称的镜像。

如果以家用电脑为例，Word文档和打印出来的文稿就是“数字孪生”。若以导航软件为例，城市中的实体道路和软件中的虚拟道路也是“数字孪生”。

此外，这个数字孪生体，不仅是对现实实体的虚拟再现，还可以模拟对象在现实环境中的行为。因此可以说，数字孪生是将物理对象以数字化方式在虚拟空间呈现，模拟其在现实环境中的行为特征。

首先，数字孪生可以通过设计工具、仿真工具、物联网、虚拟现实等各种数字化的手段，将物理设备的各种属性映射到虚拟空间中，形成可拆解、可复制、可转移、可修改、可删除、可重复操作的数字镜像。

这极大的加速了操作人员对物理实体的了解，激发模拟仿真、批量复制、虚拟装配等设计活动。

过去，在没有数字化模型帮助之下，制造一件产品要经历很多次迭代设计。

现在，采用了数字化模型的设计技术，就可以在虚拟的三维数字空间轻松地修改部件和产品的每一处尺寸和装配关系，这使得几何结构的验证工作和装配可行性的验证工作大为简单，大幅度减少了迭代过程中物理样机的制造次数、时间，以及成本。

此外，数字孪生还可以通过采集有限的物理传感器指标的直接数据，借助大样本库，通过机器学习推测出一些原本无法直接测量的指标。

由此实现对当前状态的评估、对过去发生问题的诊断，以及对未来趋势的预测，并给予分析的结果，模拟各种可能性，提供更全面的决策支持。

例如，针对大型设备运行过程中出现的各种故障特征，可以将传感器的历史数据通过机器学习训练出针对不同故障现象的数字化特征模型，并结合专家处理的记录，将其形成未来对设备故障状态进行精准判决的依据，最终形成自治化的智能诊断和判决。

随着物联网技术、人工智能和虚拟现实技术的不断发展，更多的工业产品、设备具备了智能的特征。在这样的背景下，数字孪生技术正直接影响着智慧城市、人工智能、安防、物联网等未来发展。

数字孪生这一概念最早出现于2002年，由Grieves教授在美国密歇根大学发表的一次关于产品生命周期管理的演讲中首次提出。

他认为，通过利用物理设备的数据，人们可以在虚拟（信息）空间构建一个可以表征该物理设备的虚拟主体和子系统，并且这种联系不是单向和静态的，而是在整个产品的生命周期中都联系在一起。

后来，美国国防部将数字孪生技术引入航天飞行器的健康维护中，并在美国国家航空航天局（NASA）的阿波罗计划中应用。

随着数字技术的不断发展，以及人们多年来在数字世界里做设计和仿真，虚拟和现实越来越对应、融合，数字虚体越来越赋能物理实体系统。

而数字孪生技术就是以数字化方式为物理对象创建的虚拟模型，来模拟物理实体在现实环境中的行为。

工业互联网延伸了数字孪生的价值链条和生命周期，凸显出数字孪生在模型、数据、服务方面的优势和能力，打通了数字孪生应用和迭代优化的现实路径，正成为数字孪生的孵化床。

充分运用物联网、人工智能和区块链等先进技术，打造数字孪生模型，可以为智慧城市、智慧制造、智能变电站等提供新的建设思路和方法。

在国内，数字孪生技术的应用正处于起步阶段，但已在能源基础设施建设中得到应用。

我国一些能源企业在基础设施建设中设计了完全沉浸式的数字孪生模型，从而实现工程设计可视化，并可以确定潜在的障碍和问题，提升工作效率。

在电力行业中，数字孪生技术也在变电、配电领域实现了应用。

在第六届世界互联网大会上，新投运的乌镇“互联网之光”博览会新展馆10千伏配电房运用数字孪生技术，构建了与真实场景无缝匹配的虚拟场景。

坐落于中新天津生态城旅游区的110千伏游乐港智能变电站全息模型于2019年6月建设完成，为数字孪生变电站建设打下基础。

数字孪生变电站建设完成后，运维人员将通过“孪生”变电站轻松获取并分析处理各类运行数据，实现对变电站的全域和全生命周期管理。

电力物联网是电力系统各个环节万物互联、人机交互，实现人与人、人与物、物与物之间的实时交互及高效协同。

而数字孪生在数字空间构建了一套表征对象在设计、研发、运行、迭代过程中的虚拟体，犹如物联网中各种实体对象的“基因”，是实现人机协同的重要桥梁与技术，可以说是电力物联网和电力数字化转型升级的底层逻辑。

同时，数字孪生技术也将对电力系统结构、运行逻辑、交易方式、商业模式、技术体系与管理机制带来重要影响。

以数字孪生电力机房应用为例，当前，巡检以人工巡检为主，实时性差，效率较低。

在数字孪生技术的支撑下，把人工智能、物联网和三维可视化等技术应用到机房的环境监测和调控中，构建起机房生产运行虚拟环境，可以实时监控机房温度等环境因素。

一旦发生预警，系统将及时自动调节，当故障恢复后，机房服务器设备及环境控制设备自动启动，并将环境因素调节至理想状态，保障电力机房安全稳定运行。

目前，国网信息通信产业集团有限公司正依托人工智能、物联网、云计算等方面的技术优势，形成多个数字孪生科研项目储备。

其中，“基于数字孪生模型的机房运行环境监测及一站式调控的关键技术研究与应用”项目即将实现试点应用。

未来，国家电网有限公司经营区域内分布广泛、数量众多的电力机房和变电站都将成为数字孪生节点部署的最佳选择。