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变电站数字孪生技术应用探究

摘要：变电站作为电网构架中不可或缺的组成部分，对电网的安全稳定运行起着举足轻重的作用。随着变电站技术的发展，智慧变电站是以原有的智慧型变电站设计经验为基础，进行全面的优化提升。在进行此项工作落实的过程中，势必要以人工智能技术、大数据技术、云计算技术、移动互联网技术及物联网技术等技术的应用来实现全面整合，并通过搭配先进的传感技术来进行优化升级，进一步降低运检人员的工作压力，有效确保运行设备的安全稳定，对未来的发展而言具有十分重要的意义。

关键词：智慧变电站；数字孪生技术；应用

引言

当前社会经济可持续发展的需求下，以新能源为主体的新型电力系统“双高”“双峰”特征凸显，亟待运用数字化技术手段面对电力系统平衡和安全稳定的挑战。数字孪生技术融合了物联网、大数据、建模仿真、人工智能和自动控制等技术，实现现实与虚拟空间的映射交互，正推动全社会进入数字化时代。

数字孪生变电站是数字孪生电网最基础、最重要的组成部分，通过构造与实体变电站对应的数字变电站，推进变电运检和管控智能化、数字化，奠定电网数字化转型基石。数字孪生变电站能够深入挖掘电网数据资产价值，实现智能运维、精准作业和远程协作等，实现“数”与“智”的融合，通过推动数字电网建设，使新型电力系统更好地服务于“双碳”目标。

1数字孪生技术内涵

近年来，得益于物联网、大数据、云计算和人工智能等新一代信息技术的发展，数字孪生的实施已逐渐成为可能。现阶段，除了航空航天领域，数字孪生还被应用于电力、船舶、城市管理、农业、建筑、制造、石油天然气、健康医疗和环境保护等行业[1]。数字孪生技术以数字化方式在虚拟空间建立物理实体的多维度、多时空尺度、多学科和多物理量的动态虚拟模型，实时反映物理实体在真实环境中的属性、行为和规则等，从而实现物理信息空间的映射、交互和融合。

将孪生技术应用到智慧变电站中，并以数字化优化为基础，实现对孪生技术的升级。在系统构建的过程中，以智能机器人的应用实现搭载传感器，并通过监测手段的落实，实现对变电站内的所有电气设备进行数据资源的确认[2]。人工智能技术的应用，则能实现通过深度挖掘来对设备的运行情况进行智能诊断，通过其智能预判来确保运维工作的落实效果，将管控与管理工作合二为一，提升各项工作的落实效果。

2数字孪生技术特点

2.1产品数字化

对于孪生系统技术的应用来看，在产品数字化的体现上，其实包含着所有的设计元素当中的信息。如，三维几何模型在构建的过程中，其实就是以信息应用为基础来进行的数据加工，而对于BOM表、系统工程模型、多学科的仿真模型、一维至三维、软件与控制系统设计、电气系统设计等，其实都包含其中。对于该技术的应用其关键技术涉及以下几点：

首先，针对数字建模工作的开展，不仅需对各类产品的几何结构进行三维建模，更要实现对其内部的运行进行运动约束。如，电气系统的接触形式、控制算法、软件应用等内容，以建模技术的应用为基础，通过全面的数字化建设来实现优化整合[3]。因此，针对数字化的孪生系统构建来看，其实是以同样的建设产品为基础来实现基础技术的应用。

其次，对于数字孪生系统技术的应用，其实离不开一体化的仿真验证技术。在现实技术应用的过程中，想要实现对单个维度的物理性能进行处理，或是实现对单个系统的性能进行处理，在数值控制上通过仿真技术的应用能实现达到优化的效果[4]。但对于一些具备着复杂性质的实际产品，由于在运行过程中会涉及多学科、多物理场的综合应用，这也使其具备着更难的技术攻破点。

再次，想要完善孪生系统技术并提升其应用效果，也需在建模技术与仿真技术应用的同时实现其他技术的共同使用。如，针对创成式设计技术的应用，能有效实现优化孪生系统技术的应用效果，而且对于历史数据的仿真结果校准技术的应用来看也能起到优化作用。

2.2生产数字化

在孪生系统技术应用的过程中，针对生产数字化来看，它其实是以生产装配过程的优化为基础，实现仿真等技术手段的应用。对于生产数字化来看，需要通过以下几个关键技术的应用来进行质量保障：

首先，针对各个生产单元来看，由于需在共同时间内进行共同运作，因此在进行生产流程的建模工作落实上，也须以仿真技术的应用来实现优化，这时才能建立出有关于生产的数字化运行模式，并以孪生系统技术应用为基础来进行整合，其中就包含了对各个生产单元的数字化建模与展示工作[5]。

其次，对于生产的执行阶段，需以生产单元内整体工作流程的确认为基础来实现数据应用，而且要以整体生产过程的运行效率为基础来实现建模。在这个过程中也需要通过仿真技术的应用来实现优化整合，并以此来体现孪生系统技术应用的基础内容。其中包括了机械设备自动化操作过程当中的全部内容，并也需要以仿真技术的融入来实现全面优化。

除此以外，针对自动化运行的设备来看，在生产过程中也需要通过人机交互来实现仿真技