智能配电网数字孪生构建和应用关键技术研究

双创进运能源互联网智能配电网数字李生构建和应用关键技术研究何开元双创专领创中国电科院配电技术中心主办：中国电科院双创示范中心承办：国网上海能源互联网研究院有限公司协办：中国电力百科网国网数科控股公司双创中心NTS智能配电网数字生背景及发展智能配电网数字李生关键技术智能配电网数字李生典型应用场景双创进运、智能配电网数字李生背景及发展能源互联回1.1数字李生概述（1）数字李生定义标准化组织：数字李生是具有数据连接的特定物理实体物理空间数字李生美国容歌极 国空军研究德国工业4.0西门子正式 GARTNERF或过程的数字化表达，该数据实验维出用频究肤启动 发布数字字 测数字学生生体应用模 在未余5年特连接可以保证物理状态和虚拟出教学学生 锦盼机体维产生装环性的概化，状态之间的同速率收敛，并提供物理实体或流程过程的整个生命周期的集成视图，有助于优化整体性能。国内学术组织：数字李生是综合运用感知、计算、建模等信息技术，通过软件定义，国学者理对物理空间进行描述、诊断、可数字字报告中板正参发鼠的关 车间的概念 技术之容预测、决策，进而实现物理空间与赛博的交互映射。图1数字李生发展历程图2物理空间与赛博空间的交互映射3双创进运一、智能配电网数字李生背景及发展能源互联应1.1数字李生概述（2）数字李生特征①等价映射：双向映射、数据连接和状态交互。实时交互：实时虚拟映射，数据及指令互动。数字李生与仿真的区别：仿真是创建和运行数字李生的核心技术物理实体数字李生体是数字李生实现数据交互和融合的基础数字李生基于确定性规律和完整机理模③共生演进：同步构建，相型来模拟物理世界，使用包括仿真、实测、互依存，不断演变。数据分析在内的手段对物理实体状态进行感知、诊断和预测，进而优化物理实体，同时进化自身的数字模型预测优化：预测实体未来辅助用户合理决策图1数字李生特征4双创进运一、智能配电网数字李生背景及发展能源互联网1.1数字李生概述(3)数字李生技术的优势1.能够实现数据驱动和知识驱动的融合考虑配电网运行的不确定输入条件?实现复杂配电网的随机动态模拟以宏观的角度分析配电网发展态势2.能够实现复杂动态过程到数学模型的映射及仿惠进行的多物理量、多时空尺度、多概率的仿真过程，取得最优解在虚拟空间中完成运行推演，反映配电网的全生命周期过程。3.能够通过虚拟与现实的互动，实现优化送代通过融合现实数据与虚拟场景，不断细化模型在规划建设运行全寿命周期内对现实场景持续优化4.基于数字李生的多场景、多边界、多目标的、平行的规划通过随机的、基于概率的、海量场景的生成构建，充分考虑各种边界下的系统状态根据不同目标（可靠性、经济性、能效等）实现方案的优选双创进运、智能配电网数字李生背景及发展能源互联国1.1数字李生概述（4）数字李生体系架构物理模型李生口智能分析物理世界数据模型数据驱动口模拟预测服务模型口应用服务控制执行自学习数据是基础模型是核心服务是重点6双创进运一、智能配电网数字李生背景及发展能源互联威1.2智能配电网数字李生（1）智能配电网需求随机性分布式间歇性一电源结构更加复杂、设备更加繁多、技术更加庞杂波动性战略目标①碳达峰、碳中和控制装置具有显著的动态自调节特征②构建以新能源为主体的新型电力系统储能交互式①传统机理模型和优化控制方法已经难以满足配电装置能源设施网规划设计、监测分析和运行优化的要求。V2G②电网运营策略的优化调整严重依赖于人工经验难以达到最佳效果。7双创进运、智能配电网数字季生背景及发展能源互联1.2智能配电网数字李生(2)数字李生技术关键要素配电网数字李生能够通过在虚拟空间中完成对象的映射，能够随时在空间里通过李生体实现对有源配电网运行状态的感知、预测、推演与优化等，从而为高比例分布式能源接入的配电网故障诊断、优化控制、风险评估提供支撑无法映射未知恢复0效果图1数字李生图2高比例分布式电源接入的配电网图3实体配电网与数字配电网交互8双创进运一、智能配电网数字李生背景及发展能源互联网1.2智能配电网数字李生(2)数字李生技术关键要素数字体验物理配电网对象通信数字李生数据M状态感知辅助决策实时信结果电气量业务洞察息反馈反馈采集应用物理系统M数字李信息生模型匹配行为计划设计施工维修作先知太智(a)数字李生架构(b)数字李生配网业务应用图1数字李生的基本要素和作用机制图2基于数字李生架构的配电网业务应用示意图9双创进运一、智能配电网数字李生背景及发展能源互联网1.2智能配电网数字李生（3）智能配电网数字李生技术现状充电桩虚拟映射储能数字电厂管理......能源存储智慧楼宇能源生产智慧数字李生技术在能源消费风电新型配电网中电动汽的应用车李生能源传输能源分配设备全生命周期设计评估数字李生电站数宇生电网双创进运、智能配电网数字李生背景及发展能源互联团1.2智能配电网数字李生（4）典型应用范围智能配电网数字李生主要功能监测配网诊断配网预测配网优化配网实时状态异常原因发展趋势运营策略通过智能配电网数字通过智能配电网数字通过智能配电网数字通过智能配电网数字李生可以实时反映开关通断李生可以实现配电网电压异李生可以准确预测新能源出李生可以优化设备检修频率设备负载、用户负荷、新能常、电能质量异常、电费异力、电力用户用电负荷、电电力设施配置、联络开关投源出力等运行状态，还可以常等各类异常的溯因分析，气设备负载情况，还可以预切、相间负荷调整等运营策实时反映配电网的异常信息准确研判出共导致异常的原测设备故障、客户投诉等。略。故障信息。因。11双创进运一、智能配电网数字李生背景及发展能源互联网1.2智能配电网数字李生（5）智能配电网数字李生价值四大方面五大环节可观测规划1通过建设跨电压等级的配网数字李生体提升配建设可描述健全配电网的智能感知能力网智能运行可预测化水平低碳可互动②通过研发跨环节的能源控制数字李生体服务增强多能源协调控制能力助力双价值导向智能配网碳总目市场引导3通过助推行业各数字李生体互动融合技术，数字李生标实现提升电力供给效率和效益多能协同4通过推广数字李生技术示范，推进电力行推动行业的服务延伸与数字化转型。新技术应用业数?能源转型引领者化转型5通过发展数字季生技术打造行业体认识助力碳达峰，碳中和”总体自标图1智能配网数字李生体系架构12双创进运一、智能配电网数字李生背景及发展能源互联网1.2智能配电网数字李生（6）关键技术体系数字化建模：数字测量技术、建模技术、全景可视化技术等李生基础感知互动：虚拟现智能传感技术、同步技术、数字线程技术、传输技术等实实时交互智能配仿真计算：模拟物数值仿真技术、仿真模型校验、验证技术、模型进化技术、网数字理运行过程模型融合技术等。手牵异构通信：海量数高速、大容量、低延迟接入的5G等新型异构网络技术据双向传输智能诊断：预测数据预处理技术、人机交互技术、故障诊断与预测技术、智诊断分析能诊断技术等。双创进运一、智能配电网数字李生背景及发展能源互联网1.2智能配电网数字李生（7）机遇和挑战②构建新型电力系统、促进③促进电网企业提质、增效机遇①推动企数字化转型绿色低碳转型降本。挑战①数据。模型。③平台。数字李生模型的构建需要来自于电力建设、运行、检修等全电网数字李生需要建立全尺配网设备运行状态建模涉及生命周期的完整