数字孪生电网示范区建设方案及进展

数字孪生电网示范区建设方案01建设背景02建设思路03架构设计04建设目标05建设内容06工作进展建设背景建设背景国网公司为深入贯彻习近平总书记关于“碳达峰、碳中和”以及构建以新能源为主体的新型电力系统的重要指示精神，践行能源领域“四个革命、一个合作”，实现全方位高质量发展超越。国网公司积极落实国网公司新型电力系统行动方案总体部署积极落实国网公司新型电力系统行动方案总体部署，打造“数字福建公司闽电”，推动能源与数字技术融合创新，加快构建以新能源为主体的新型电力系统，推进碳达峰、实现碳中和。贯彻“数字闽电”建设要求贯彻“数字闽电”建设要求，紧抓福州全力推进滨海新城建设、大力发展数字经济的机遇，选取长乐滨海新城核心区域，开展数字孪生电网示范区建设，推动数字孪生在电网规划、建设、运行、服务等领域的应用，为打造“全国数字应用第一城”聚智汇力。福州公司现状与挑战以新能源为主体的新型电力系统，源侧新能源大体量接入，网侧电力电子设备高比例接入，荷侧有源化、互动化、多样化，导致传统机理模型分析和优化控制方法已无法适应新型电力系统下电网精准分析与协同可靠运行需求，亟需深化数字技术在能源领域的应用。235福建公司在推动新型电力系统建设过程中，面临安全可靠供应压力增大、能源高效利用水平不足、运行技术亟待突破、能源体制机制有待完善四方面的挑战。235目前，在福建电网领域，已逐步实现基于物联-中台-应用的数字应用体系，数字孪生技术具备了应用条件。长乐滨海新城核心区已基本完成世界一流城市配电网建设，已实现“高可靠，零闪动，快自愈”的供电需求，物联感知基础扎实，正在逐步过渡至以新能源为主体的新型电力系统，具备开展新型电力系统建设的良好基础，能够起到示范引领作用。建设思路建设思路坚持“底层统一、成果复用、共享开放、实用实效”原则，实施建设启航、引领示范、孪生共智3步走战略，打造一个数字孪生服务中心，集孪生体构建、孪生体仿真、孪生体运行3大服务和N个组件的数字孪生电网体系，推进数字孪生技术在电网规划、建设、运行、服务4个领域，9大典型专业应用场景的落地，打造全景复现、数据融合、现实虚拟智能互动的“数字应用第一城”数字孪生电网示范区。架构设计体系架构数字孪生电网体系架构由设备级、单元级、系统级数字孪生三个层级所构成。设备级指电网中单个设备的数字孪生，单元级指电网中由多个设备所组成的功能单元的数字孪生，系统级是指电网中由多个功能单元所组成的系统的数字孪生。技术架构按照“底层统一、成果复用、共享开放、实用实效”的原则，数字孪生电网建设在整合公司现有企业级中台资源基础上，打造企业级“数字孪生服务中心”，形成孪生体构建、孪生体仿真、孪生体运行三大服务和N个组件。数据架构数字孪生服务中心通过数据服务与各中台、专业系统进行数据交互，其中，中台方面交互主要涉及技术中台、数据中台、物联管理平台、业务中台等；专业类系统包括输电全景智慧物联监控系统、变电站辅助监控系统、配电自动化四区主站、PMS、营销SG186系统、供电服务指挥系统、用电信息采集系统、网上电网、车联网及机器人巡检系统等。部署架构数字孪生服务中心部署资源包括渲染服务器、应用服务器和数据库服务器，均部署在省公司云平台，位于信息内网（四区用户可通过PC端或大屏访问系统。建设目标建设目标-总体目标构建覆盖电网规划、建设、运行、服务四大环建设目标-分阶段建设范围1第一阶段（2022年4月）以110kV四站变为中心开展数字孪生电网示范建设，向上延伸至110kV昆站线，向下拓展至10kV新村线921线路、10kV会展三线941线路、10kV会展四线942线路等3条馈线，以及湖坂5等台区。2第二阶段（2022年12月）3第三阶段（2024年12月）以110kV四站变、百户变为中心扩展示范范围，向上延伸至110kV董奉-四站、董奉-百户等5条110kV线路，向下拓展至10kV产业园线、新东湖I线等30条线路，及沙尾村1台区等113个公用台区。数字孪生电网建设范围扩展至滨海新城核心区全域，涵盖220kV董奉变，110kV沙尾变等6座110kV变电站，86条10kV线路，370个公用台区。15建设目标-分阶段建设目标第一阶段：建设起航（2022年4月）完成“数字孪生服务中心”整体框架建设，初步构建数字孪生体构建、仿真、运行三大服务，完成输电线路及变配电站全景监控、源网荷储协同控制、重要场馆智慧保电、故障缺陷智能分析研判场景建设，数字孪生电网建设初具成效。第二阶段：引领示范（2022年12月）全面打造滨海新城数字孪生电网先进示范，全面形成电网生产全过程的“设备-单元-系统”孪生模型，完成电网状态预演预判、沙盘式抢修指挥和网格服务场景的建设，推动滨海新城电网向新型电力系统的演进。第三阶段：孪生共智（2024年12月）实现“设备-单元-系统”孪生模型之间共享智慧、共同进化的孪生共智状态，完成新型电力系统建设规划仿真、三维模型全寿命周期管理、分布式电源并网数字化服务场景的建设，引领并支撑全省新型电力系统的建设，打造全国领先的能源互联网企业。16建设内容建设内容建设内容数字孪生电网基础建设-物联感知建设（1/3）一是更换智能无功补偿装置，二是加装低压互联备投装置，一是更换智能无功补偿装置，二是加装低压互联备投装置，三是新增站房环境监控装置，实现配电站房实时感知。更换站房内分散式DTU、直流智能在线监测、电缆在线监测、局放在线监测设备，实现在线监测。在110kV昆户线全线38基杆塔上安装各类智能监测、识别装置，实现电力线路状态及廊道、!环境实时监测。、!在110在110kV昆站线251米电缆隧道内安装智能监测、识别装置，实现电缆线路和隧道实时监测。对四站变进行视频监控、动环监控系统、机器人新增改造，主变室新增声纹探测设备，实现四站变运行状态智能监测。数字孪生电网基础建设-物联感知建设（2/3）开展数字会展中心配套感知设备建设开展数字会展中心配套感知设备建设，部署电气感知设备和高清摄像头为碧海银滩小区加装具有智能化采集控制功能的智能微用电场景分析提供支撑。对滨海新城台区低压智能开关改造，对碧海银滩#3配电室及电缆沟盖板进行标准化升级，实现智能化采集与控制。!!!!!建设V2G充电桩10个建设V2G充电桩10个，配套V2G电动车4台，接入充电桩平台，建设分布式储能装置1套，支撑源网荷储协同控制。研究四足机器人在低压配电网的巡视维护应用，通过对四足机器人进行升级改造，实现在电力系统中的典型应用，提升四足机器人服务能力。数字孪生电网基础建设-物联感知建设（3/3）第三阶段第一阶段完成四站变、碧海银滩、会展中心、湖坂村等改造，支撑变配电站全景监测、智慧保电场景的状态感知与可视化服务。2022年第二阶段完成输电线路、低压台区、小区智碧海银滩配电站房、碧海银滩小区等场景提供全面的感知支撑。2022年2022年完成示范区输-变-配-用全环节感知升级，为数字孪生电网提供全方位感知支撑，助力打造先进的数字孪生电网示范区。20242024年底分阶段建设概况4月分阶段建设概况数字孪生电网基础建设-数字孪生服务中心（1/2）数字孪生服务中心基于国网云平台，提供孪生体资源分配、数据填充、运行监视、注册发布等功能。为数字孪生体提供仿真分析能力，提供机理基于国网云平台，提供孪生体资源分配、数据填充、运行监视、注册发布等功能。为数字孪生体提供仿真分析能力，提供机理模型仿真、数据驱动模型仿真，以及机理与数据驱动混合模型仿真服务。模型仿真、数据驱动模型仿真，以及机理与数据驱动混合模型仿真服务。析析析析擎数字孪生电网基础建设-数字孪生服务中心（2/2）分阶段建设概况分阶段建设概况2022年12月2024年底2022年4月完成数字孪生服务中心整体框架的搭建以及三大服务和N个组件的建设与上线，支撑变配电站全景监控、会展中心智慧保电场景的数字孪生应用。进一步夯实数字孪生服务中心能力，支撑输-变-配-用全业务典型场景的镜像映射与三维建模，为新型电力系统提供高质量的数字孪生服务。全方位为电网高质量规划、智能计算分析、精准仿真模拟、高效预测预演和智能辅助决策等提供深化应用支撑与全景可视化展现，助力打造数字孪生电网示范区。建设内容 运行类应用-输电线路及变配电站全景监控（1/2）应用数字孪生服务中心的精准映射、可视化等能力，利用统一视频平台的视频图像数据，结合三维模型虚拟构图，打造全景透明的输变配数字孪生设备模型，实现对“输-变-配”各环节设备、变配电站所全景监控•结合数字化表计、视频监控等改造，实现变配电站全景监测；•展示线路设备运行信息，并生成巡视报告推送至PMS系统；•开展主变室绝缘串、刀闸开关等重要部件智能巡检。电力线路走廊全景监控电力线路走廊全景监控•基于架空线路感知设备的改造，开展线路三维全景建模；•监测线路状态，预测树木与导线的净空距离，实现植被动态监控；•自动识别杆塔缺陷、预警入侵信息，研判故障点，提高运维效率。数字孪生电缆线路全景监控•基于电缆隧道内智能终端、监测设备的升级实现全线可视与自动预警；•实现直流系统、开关柜局放等数据接入，构建虚实同态的数字孪生电缆；•实现开关柜三遥、直流系统绝缘监测等功能，监测电缆状态和隧道内环境信息，达到虚拟巡视目的。 运行类应用-输电线路及变配电站全景监控（2/2）分阶段建设概况第一阶段第一阶段完成四站变、碧海银滩配电站房智能化全景监测，实现自动寻路功能。第二阶段第二阶段完成昆户、完成昆户、昆站电力线路走廊及隧道全景监控，实现三维虚拟联合巡视、线路走廊（隧道）的设备、环境监测预警、灾害分析等。第三阶段第三阶段完成滨海新城核心区域完成滨海新城核心区域变配电站智能监控，实现设备虚实交互、状态评估、故障推演、主动预警等。完成滨海新城核心区域输电架空线路、管廊、通道模型构建，实现虚实交互、全景感知、智能诊断等功能。 运行类应用-源网荷储协同控制（1/2）建立“源-网-荷-储”数字孪生全局优化及运行推演模型，跨专业业务资源协同与智能决策，用户低压配电网智能化改造工作•开展基于融合终端和“云边协同”低压配电网改造，实现台区“自治”等；开展充电桩V2G试点应用•引导用户参与台区乃至电网削峰填谷，实现用户侧充放电效益最大化、电网侧运行效率最优化，并为后续充电桩布点和充放电市场机制提供优化策略支撑。结合台区柔性直流互联技术实现台区容量互济、动态增容•通过数字孪生系统实现负荷预测、分布式电源出力预测、推动实现最优运行控制等，提高分布式电源利用率和台区电能质量综合治理成效。建立“源、网、荷、储”物理模型和业务信息协同机制•开发“源、网、荷、储”协调控制算法，进行需求响应全过程的动态仿真模拟与全程可视化演示，实现区域低压配电网智能化自治，台区用能精细化、实时化调控。 运行类应用-源网荷储协同控制（2/2）分阶段建设概况第一阶段开展湖坂村#05、#7台区分布式光伏、储能、V2G充电桩及柔直互联等基础设备建设，现实台区“可观、可测、可控、可调”。第二阶段建成“源、网、荷、储”物理模型和业务信网、荷、储”协调控制。第三阶段依托数字孪生服务中依托数字孪生服务中心的模型仿真能力，实现源网荷储灵活资源需求响应，构建友好型、互动性智能电网。 运行类应用-故障缺陷智能分析研判（1/2）架设多场景感知设备，获取多源感知数据和信息，利用边缘设备完成信息的统一汇聚，应用数字孪生模型模拟作业现场全景视图，结合数据中台、技术中台、电网GIS平台等，构建机理模型和•铺设激光、可见光、声纹等感知设备，实现感知数据的收集；•完成多源数据叠加，实现对空间场景的高精度实景复现，可提升设备缺陷诊断的可靠性和缺陷定位的准确度。•利用AI技术，智能识别、分析现存或潜在的隐患风险，实现现场故障精准定位并在虚拟空间实景展示•对已经发生故障的设备提供故障分析，智能生成处置工单、智能推送工单，实现故障隐患的快速响应与高效处置。 运行类应用-故障缺陷智能分析研判（2/2）分阶段建设概况开展110kV四站变数字化改造，建立其数字孪生模型，并开展智能运维试点应用。2022年4月2024年底2022年12月2022年4月2024年底2022年12月开展碧海银滩#03站房全景监开展碧海银滩#03站房全景监控视频联动、运检机器人智慧协同作业、缺陷自动识别和工单主动推送等，实现缺陷识别与异常诊断和可视推送。现场作业仿真模拟现场作业仿真模拟，对现场处置带来的未来态变化进行分析预判，深化数字孪生对现场作业能力的智能化指导，提升作业数字化、智能化水平。 运行类应用-电网状态预演预判（1/2）以数字孪生服务中心为载体，聚合生产环境下设备级、单元级对象的全生命周期数据，以海量设备缺陷及资源预测建立设备级故障缺陷预测模型，预测设备发生故障的时间、概率、影响范围等，建立动态检修计划，灵活调整检修周期及优先级，减少无效检修；预测为缩短停电时长需人车物等资源，对资源可能出现的缺口提前进行补充。用户需求主动预测对低压用户的电流、电压越限情况等进行数据分析挖掘，对用户用电行为进行评价，对需要增容的专变、用户表计增容等情况进行主动预测。态势预演推理报告基于故障缺陷预测、用户需求预估等应用场景分析结果，自动生成周、月、季、年态势预演推理报告。 运行类应用-电网状态预演预判(2/2)分阶段建设概况分阶段建设概况第第一阶段第第一阶段2022年4月2022年12月第二阶段开展电网状态预演预判的需求调研与需求分析，为后续的建设工2022年12月第二阶段构建“云指挥官”的人机交互构建“云指挥官”的人机交互功能，实现业务实时查询、智能问答、分级分区智能预警等场景高级第三阶段2024年底第三阶段2024年底深化电网状态预演预判的智能化推理与仿真模拟分析能力，拓展覆盖范围，实现为电网运行、维护、资源调度、客户服务的AI赋能。建设内容 服务类应用-沙盘式抢修指挥和网格服务（1/2）借助数字孪生服务中心的镜像映射、可视化能力，对计划停（故障）停电、巡视、保供电等业务可视化展示；依托其空间分析、仿真推演能力，分析抢修影响范围、预测投诉风险；抢修过程中数据数据历史、动环、气象等准实时数据、GIS地图数据等应用智能穿戴终端以及北斗应用应用智能穿戴终端以及北斗应用业务信息周边业务受理情况、停复电情况、人车物的位置等信息•全景展示周边业务受理情况、停送电事件、设备运行情况；•智能分析电力事件（计划停电、故障消缺、巡视、保供电等）可能造成的服务风险；•辅助调派抢修资源，并对抢修指挥和网格服务进行全流程预警监控；•提供辅助决策、节点管控、服务品质监管等功能。 服务类应用-沙盘式抢修指挥和网格服务（2/2）分阶段建设概况第一阶段2022年4月2022年4月完成全景沙盘指挥场景功能的展示开发及供电服务AI指挥生态体系网的指挥侧赋能建设。第二阶段2022年12月2022年12月完成全景沙盘指挥场景功能的资源研判开发及供电服务AI指挥生态体系网的网格侧赋能建设。第三阶段2024年底2024年底完成供电服务AI指挥生态体系网的四足机器人升级改造网格侧赋能建设。 服务类应用-重要场馆智慧保电（1/2）集成电网调度运行监控、电网拓扑结构识别、巡检机器人自动巡视、视频监控、保电资源定位等功全景保电资源展示全景立体化展示人、物资、车辆远程人机协同作业实时调用保电现场各类视频监控远程人机协同作业实时调用保电现场各类视频监控，结合三维模型虚拟构图，动态展示保障现场的全景和局部情况。故障辅助分析判定通过三维建模，结合电缆管线的空间位置信息，实现对故障停电影响范围的判定和溯源，提升故障研判和抢修效率。故障应急模拟仿真对故障应急处置过程进行模拟故障应急模拟仿真对故障应急处置过程进行模拟仿真，可作为反事故演习或模拟故障应急演练平台，直观展示演习效果。设备状态实时感知实现重要场馆电网设备运行状态实时监测，设备运行信息和拓扑结构在数字孪生电网上的可视化直观展示。342 服务类应用-重要场馆智慧保电（2/2）分阶段建设概况完善提升智能感知能力，实现现场精细化感知、智能识别分析与全景可视化展示，为场馆提供虚实融合的仿真模拟、趋势预测等服务，全面保障各类重要会展活动的顺利举办。年底第三阶段第一阶段）完成数字中国会展中心智慧保电场景三维模型开发与镜像映射，实现设备、线路全景展示第一阶段）完成数字中国会展中心智慧保电场景三维模型开发与镜像映射，实现设备、线路全景展示，保电现场环境、资源全景监控，故障定位与影响范围预测等。测、智能推演场馆保电过程中的未来态趋势，对各类事件提前预演预判。 服务类应用-分布式电源并网数字化服务（1/2）依托数字孪生服务中心的虚实融合、仿真推演等能力，构建全景分布式电网并网服务，基于营完成长乐供电区分布式电源并网运行状态看板与用电信息采集系统互联互通，以台区为单位，直观查看分布式电源分布情况、发电上网异常情况、客户投资收益分析等信息，实现全方面分布式电源的监管和分析。完成分布式电源并网全流程模拟对分布式电源的并网过程，采用现场实景与三维模拟相结合的方式，展示数字化、智能化并网服务的全过程。完成分布式电源全流程跨专业业务协同模拟和推演分布式电源高渗透电网运行状态，评估接纳能力，测评电能质量及治理方法决策；基于故障诊断技术和运维技术，服务运检、营销、调度等专业部门，提升跨专业业务资源协同能力。 服务类应用-分布式电源并网数字化服务（2/2）分阶段建设概况 2022年4月2022年12月2024年底开展需求收集准备工作。针对分布式电源并网场景，开展需求调研、分析工作。对分布式电源的并网过程进行仿真模拟、实景展示；通过仿真模拟并网对未来态的影响，为运检、营销、调度等专业部门提供数字化、智能化的故障诊断和运维服务，提升跨专业开展需求收集准备工作。针对分布式电源并网场景，开展需求调研、分析工作。建设内容规划类应用-新型电力系统建设规划仿真（1/2）系统级规划仿真孪生模型•构建“区域-设备-能量”全关联的数据驱动模型，强化覆盖滨海新城核心区全域的系统级规划仿真孪生模型。分布式电源接入模拟验证•开展供电裕度、电能质量等方面仿真分析，支撑分布式电源接入方案模拟验证。多元负荷精细预测•对分布式电源、储能、电动汽车、需求响应负荷等清洁能源及多类型负荷的时空特性进行建模，考虑多元负荷不确定性影响多时间尺度负荷预测模型。“源网荷储”协同规划仿真•智能分析源网荷储在每一种态势下的最优化发展方案，形成高适应性、强灵活性、多场景化的源网荷储协同规划仿真。规划类应用-新型电力系统建设规划仿真（2/2）分阶段建设概况分阶段建设概况第一阶段开展需求底第二阶段开展算法第三阶段实现多元负荷不确定性影响的多时间尺度负荷预测，构建系统级规划仿真孪生模型，实现供电裕度、电能质量等方面仿真分析；智能分析源网荷储在每一种态势下的最优化发展方案，形成高适应性、强灵活性、多场景化的源网荷储协同规划方案。分析。建设内容建设类应用-电网建设三维模型全寿命周期管理（1/2）将输变电工程三维设计模型纳入数字孪生管理，在竣工时形成与物理电网相一致的数字孪生电网，为运维部门后续运行维护和应用场景拓展提供基础数据平台，将输变电工程三维设计模型纳入数字孪生管理，在竣工时形成与物理电网相一致的数字孪生电网，为运维部门后续运行维护和应用场景拓展提供基础数据平台，建立数字孪生电网建设三维模型建转运典型模式。在工程施工时，同步更新输变电三维模型，直观展现工程施工进度，预测下阶段施工风险，预判下阶段施工计划。建设类应用-电网建设三维模型全寿命周期管理（2/2）分阶段建设概况分阶段建设概况完成电网建设三维设计模型与数字孪生构建服务的模型匹配分析2022年4月2024年底2022年12月2022年4月2024年底2022年12月需求收集与前期准备工作。构建数字孪生施工动态模型，实现工程三维模型设计、施工、投运、运维的全过程建运一体化应用，具备应用场景扩展能力。工作进展工作进展-三维建模2022年1月31日2021年11月15日2022年1月31日l完成湖坂村建筑及光伏、V2G、低压柔直互联设备的三建场景建模工作。ll完成湖坂村建筑及光伏、V2G、低压柔直互联设备的三建场景建模工作。2022年2月28日l完成示范区域110kV四站变②2022年2月28日l完成示范区域110kV四站变②2021年11月30日l完成示范区域（会展中心配电室及下属各场馆）三维场景建模工作。三维场景建模工作。l完成示范区域内110kV四站变沿线区域的110kV昆户线及会展中心沿线的10kV馈线的建模工作。阶段进展：u阶段进展：u已完成长乐碧海银滩配电站房、会展中心配电室、会议室等示范区域范围内的数据资料收集与分析，交付标准、作业方案的确定，完成初步的现场拍摄采集；u已完成碧海银滩配电站房室内外测量及二次拍摄等数据采集，分类处理工作；u正在开展碧海银滩配电房的初步建模工作。u正在开展会展中心建筑部份外立面三维摄影及外部建模；工作进展-数据贯通2021年11月20日2022年2月15日l完成示范区域内湖坂村建筑及光伏、V2G、低压柔直互联相关数据接入工作。l完成示范区域内湖坂村建筑及光伏