配电网台区数字孪生技术的实现与运用

配电网台区数字孪生技术的实现与运用摘要：电力系统的实际运行中，容易受到运行环境、电力设备等因素影响，一定程度上增加了设备故障、线路故障的发生概率，且给电力用户带来安全威胁。为了保证电力系统的稳定运行，很多供电企业不断加强运维管理工作的落实，但传统的配电网台区运行模式无法满足新时期的发展要求，应增强技术创新意识。本文分析了数字孪生技术的主体架构，明确了此项技术的主要功能及作用，并提出技术实现路径及实际应用要点，意在构建健全的配电网台区数字孪生技术应用体系。此外，在配网线路的可观可测中，研究实现了对部分设备及指标的监测，满足部分专业化管理需求，从而在云南电网实现配网设备智能感知及运行状态的“鲜活”展示，通过调整及优化配电网台区数字孪生技术应用方案，有利于突显技术应用实效性，强化对电力系统的运维管理，不断提升电力行业的服务水平。关键词：配电网台区；数字孪生技术；实现路径；运用要点数字孪生技术应用在配电网台区实际运行中，能够有效处理常见的状态异常问题，还能强化各项数据分析的准确性，在此基础上实现对配电网台区运行情况的有效预测。因此，需要加大数字孪生技术研究力度，明确此项技术的适用范围及应用要点，让配电网台区的高效稳定运行目标得以实现，进一步提升电力行业的综合发展水平。1.数字孪生技术的主体架构立足于数字孪生技术基本原理的角度进行分析，其属于高度集成的多物理场、多概率以及多尺度的仿真模型，可以通过对历史数据以及传感器数据的利用，实现对物理实体实时状态的准确反映，还能预测未来的演变趋势。通过构建数字孪生体系，能够强化状态反映的实效性，在数字孪生体系中，主要包含物理实体、数字孪生，同时涉及到物理实体与数字孪生之间的双向交互通道主要用于状态信息以及分析结果的传递。物理实体向数字孪生发送状态信息，并配合进行同步演化，依托于数字孪生，能够实现相关的计算分析，如诊断和预测等，之后向物理实体反馈具体的分析结果，有助于实现对物理实体的调整及优化。通常情况下，数字孪生技术的主体架构可以分为5层，即物理层、数据层、功能层、模型层以及展现层，物理实体构成物理层；而数据层主要为数字孪生提供基础依据；功能层内部的功能模块较为丰富，实现了对描述、预测诊断等功能的集成；模型层为数字孪生的核心，主要包含不同类型的计算分析模型；展现层主要用于功能层重要数据信息的输出，通过利用3D模型、VR/AR以及GIS等技术实现相关功能。数字孪生体系如图1所示。图1

数字孪生体系2.配电网台区数字孪生技术的有效实现路径2.1配电网台区数字孪生的技术架构电网公司为了进一步提升自身的电网数字化建设水平，通常会构建专门的用电信息采集系统，同时在电网GIS平台以及数据中台建设中取得显著成效，使得配电网台区数字孪生建设拥有可靠依据。对于数字孪生架构来说，物理层主要包含配电网台区的分布式光伏、配电线路以及配电变压器等多种物理设备，数据中台的数据集成层则包含了传输网络以及采集装置；立足于分析服务层的构成角度，主要针对一系列的计算分析模型进行了封装，得到数字孪生架构的模型层；功能层的主体构成包含面向不同功能开发的微应用群；数字孪生机构中的展现层包含台区拓扑图、电网GIS以及信息系统用户界面等相关内容。通过总结分析技术架构，能够强化对数字孪生技术的深刻理解，掌握基本特点和主要特征。2.2了解配电网台区数字孪生技术的关键要素依托于上述技术架构的主体构成，为了实现配电网台区数字孪生的目标，需要明确相应的关键要素，即准确的数据、合理的分析模型、专业计算能力。配合做好各类关键要素的分析工作，为数字孪生技术的实际应用奠定良好基础。2.2.1保证数据获取的准确性对于配电网台区数字孪生的实现来说，与配电网台区相关的各类数据是不可或缺的重要基础，为了突显此类数据的实际价值，应该重视落实采集装置的安装工作，进而达到采集配电网台区关键物理量的目的，关键物理量包含低压断路器的通断情况、配电变压器的温度以及电力用户的实际电力使用信息等。与此同时，还要求具备充足的储存空间，实际作用是针对配电网台区全寿命周期产生的各类数据进行存储，避免出现数据不完整等情况，为相关工作的开展提供可靠参考依据。需保证网络通道的通畅性、采集装置的稳定性，有利于获取更加真实准确的数据信息。此外，应增强业务流程管理意识，做好各类档案数据的收集工作，如拓扑关系、设备档案等，且要保证此类数据的准确性、可参照性。2.2.2强化分析模型的科学性对于配电网台区数字孪生核心功能的实现来说，如预测、诊断及监测等，离不开对科学分析模型的创建。为此，需要加强对电力学理论知识的学习和利用，重点针对配电网台区的物理特征展开研究，在此基础上，加强与不同类型历史数据的融合，使得以上数据成为分析模型创建的可靠依据。以此为前提，增强配电网台区演变规律的总结提炼意识，目的是强化分析模型创建的科学性、规范性，让数字孪生技术的高效应用拥有可靠保证。2.2.3提高系统的计算能力因为在电力系统中，设置的配电网台区数量较多，需要通过利用数字孪生技术达到监测、预测以及诊断分析等目的，所以，涉及到很大的数据计算量。并且，在开展实际计算工作的过程中，要求具备较强的实时性，例如，进行停电研判的过程中，为了避免因长时间停电影响居民电力的正常使用，需要保证在短时间内完成停电研判工作。为此，需要保证硬件资源的充足，在此基础上，针对部署架构进行合理设置，目的是提高配电网台区的计算能力，强化配电网台区的稳定运行。3.配电网台区数字孪生技术的应用要点通过分析配电网台区数字孪生技术的实际应用特点，能够为其实际应用提供合理依据，有关工作人员应该做好业务需求的调查分析及总结工作，制定切实可行的数字孪生技术应用计划。同时，依据以上内容明确配电网台区数字孪生技术的应用场景，让相关的运维管理工作得到规范化落实。3.1台区状态评价中数字孪生技术的运用因为配电网台区不仅具备数量多的特点，还体现出地域分散性强的特征，部分工作人员缺乏配电网台区实际运行状态的判断及评估意识，所以，在缺少合理依据的情况下，很难提高运维工作效率。针对部分相关文献的分析，通常以配电网台区档案数据及运营指标为依据综合评价台区运行状态，而此类数据信息一般在多个信息系统中分散储存，一定程度上增加了数据集约化分析与利用的难度。而采用配电网台区数字孪生技术，能够实现对实际运行状态的真实反映，保证设备参数、拓扑关系以及运营等信息反馈的准确性，有助于实现对台区运行状态的高效、准确评估，进一步提升整体的运维水平。3.2可开放容量分析中数字孪生技术的运用为了保证电网能够维持稳定运行，供电公司应该增强配电网的综合评估意识，尤其需重视配电网接入点的可开放容量的评估，使得相关工作拥有可靠依据，如业扩报装工作等。现阶段，部分配电网台区的工作人员不了解设备参数，且缺少对设备实际运行状态的实时掌控，无法保证配电网接入点可开放容量评估的客观性、准确性。而依托于数字孪生技术，在此项技术精准反应能力的支撑下，可以基于配电网台区的拓扑关系和接入点的具体位置，针对配电变压器到接入点的电能传输途径进行推算，之后，将配电变压器容量与负载情况作为基础依据，配合分析供电线路的允许载流量，能够实现对接入点的可开放容量的准确计算。3.3线损精益管理中数字孪生技术的运用部分地区配电网台区受到技术及经济条件等因素限制，仅能够针对配电网台区进行整体的线损计算，一旦某配电网台区出现异常的线损值，就很难明确线损值发生异常的具体位置，给线损治理工作的效率和质量带来不良影响。因为运用配电网数字孪生技术，能够实现对配电网台区设备参数及用户信息的准确反映，进而达到分段计算配电网台区线损的目的。除此之外，在完成线损的分段计算工作后，能够实现对线损管理颗粒度的细化，有助于在短时间内针对线损异常的区域进行定位，进而达到大幅提升配电网台区线损定位能力的目的。3.4停电范围研判中数字孪生技术的运用针对配电网台区故障信息的获取来说，主要通过电力用户的报修来电获得，仅依据用户提供的基本信息，很难针对具体的故障点和故障范围进行准确研判，一定程度上降低了故障抢修的工作效率，且延长了用户的停电时间，不仅无法满足用户的基本用电需求，还容易引发用户投诉问题。此时，运用配电网台区数字孪生技术，能够针对配电网台区的实时运行状态进行准确反映，包含各节点的电压信息、各线路的电流信息以及电力用户的用电负荷等，能够为停电范围研判提供可靠依据。而对于以上数据信息的日常更新而言，影响因素主要有集中器、电能表等，此类采集设备的采集频度直接影响相关数据信息的更新速度。在HPLC技术及用电信息采集系统的实际应用过程中，电流以及电压信息会每隔15min进行一次更新，且停电信息能够实现实时更新，有助于缩短停电时间，减少用户投诉数量。3.5异常识别诊断中数字孪生技术的运用由于配电网台区具备地域分散及数量较多的特点，不利于相关工作人员及时发现配电网台区运行中的异常情况。依托于配电网台区数字孪生技术，能够达到研判各类异常情况的目的，并创建相应的异常研判模型，进而达到准确判断配电网台区接线及拓扑情况的目的。以某单相电力用户为例，立足于此电力用户用电负荷的角度，明确始终为负值，配电网台区数字孪生技术的运用，能够针对现有的拓扑关系、设备参数、电流信息以及电压信息，创建专门的异常诊断模型，有助于识别和判断常见的异常状态，还能为电力公司提供处于异常状态的用户地址，及时为其安排专业的技术人员进行接线校正。3.6过载风险预判中数字孪生技术的运用通常情况下，在不同时期，配电网台区需承载的用电负荷存在差异，如在迎峰度冬以及迎峰度夏期间，用电负荷会出现明显的升高，一定程度上增加了用电设备的潜在风险。传统的电网运行模式中，受到技术手段及专业能力等因素限制，技术人员很难针对配电网台区不同设备负载率进行准确预测，导致无法顺利完成过载风险研判工作，当电力用户的电力使用体验被弱化后，容易降低满意度，从而引发投诉问题。而基于数字孪生技术的运用，能够提升整体的研判预测能力，有利于提前发现线路存在的过载风险。3.7三相不平衡治理中数字孪生技术的运用因为不同的电力用户在生活习惯等方面存在差异，所以，导致用户用电行为体现出波动性特点，很容易引发配电台区三相负荷不平衡的情况。部分地区的配电网台区依然采用人工离线调整负荷的方式，很难保证工作质量和提高工作效率，虽然一些相关文献针对三相不平衡问题的治理展开了研究，但由于技术水平达不到理想状态，很难实现对用户负荷数据及配电网台区拓扑信息的准确掌握。但配电网台区数字孪生技术的应用，能够实现对整体运行策略的优化，实现对调整方案的自动化编制，还能达到提前推演验证调整效果的目的。4.配电网台区数字孪生技术应用中的注意事项4.1加强对配套传感装置的广泛推广现代化发展环境下，智能电表得到广泛的推广和应用，能够实时监控电力用户的用电信息，还可以了解配电变压器电流及电压等重要参数。而现阶段的电力信息获取中，无法获取准确的分支线路电流、配电变压器触头温度以及户外变压器拓扑关系等重要信息。为此，应该合理选择配套的传感装置，安装在配电网台区内部，能够保证重要数据信息获取的全面性，逐步实现反映与分析配电网台区实际运行情况的工作目标。4.2重视搭建多维度数据融合共享平台由于配电网台区的档案数据分散性较强，主要分布在不同的设备及财务信息系统中，一定程度上增加了配电网台区数字孪生配套计算分析模型的构建难度，且不利于实际的高效利用。为此，需要增强多维度数据的融合共享意识，搭建专门的融合共享平台，强化相关工作的规范化落实，让配电网台区数字孪生技术的高效应用拥有坚实基础。4.3加大计算分析模型的高效开发力度针对配电网台区数字孪生技术的实际应用而言，为了达到开发与实现各类功能的目的，应该提高对计算分析模型的重视，结合实际情况及各类数据信息，创建专门的计算分析模型，让配电网台区数字孪生技术的核心工作内容得到突显。新时期发展背景下，人工智能、物联网以及大数据等多元化的先进科学技术得到广泛应用和创新，通过开发高效计算分析模型，能够提升配电网台区数字孪生技术的应用水平。结语：对于电网系统的整体结构来说，配电网台区通常位于电网末端，主要作用是为电力用户供电，占据不可或缺的关键地位。构建数字孪生体的配网运行状态实时监控模型，对配网设备运行工况实时还原，同时对配网拓扑逻辑进行研判从而提升数据可靠性，配电网台区的运维管理效能直接影响电力用户对供电服务的满意度，且与供电企业的经营管理成本存在密切联系，由此可见，通过提高配电网台区的管理质量，有助于电力系统维持良好的运行状态，强化成本控制的基础上保证系统运行的安全性。而传统的运行模式中，不仅无法提高运维管理效率，还很难针对重要的参数信息进行准确获取，因此，需加大配电网台区数字孪生技术的利用力度，构建健全的技术运用体系，为电力行业的长远可持续发展提供动力。参考文献：[1]江民圣,鲁效平,张维杰,孙明.数字孪生技术在家电领域的模型架构与应用[J].制造业自动化,2023,45(03):183-187.[2]杜晓