《数字孪生电网建设技术方案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数字孪生电网建设技术方案.docx（50页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、数字拿生电网建设技术方案一、建设背景1二、建设思路2三、主要目标2四、平台架构设计3（一）总体架构3（二）应用架构6（三）技术架构8（四）数据架构9（五）安全架构11（六）部署架构13五、平台建设13（一）平台功能建设14L模型库统一管理142 .李生场景编排管理153 .模型数据融合组件164 .运行引擎组件175 .虚实互动组件186 .空间分析计算组件197 .数据分析组件20（二）平台服务能力201 .镜像映射能力222 .可视化服务223 .空间分析计算能力234 .数据融合能力235 .虚实融合互动能力246 .仿真推演能力25六、典型应用场景26（一）精准投资规划仿真26（二）建
2、设运行全寿命周期管理29（三）电网全景监控及诊断颈测321 .源网荷储全景监控322 .现场作业智能管控353 .电网状态预判预演39（四）客户服务能力提升411.沙盘式抢修指挥和网格服务412.重要场馆智慧保电44一、建设背景随着“碳达峰、碳中和”，“构建以新能源为主体的新型电力系统”等战略目标的提出，电网将会接入大量具有随机性、间歇性、波动性特征的分布式能源，以及储能装置、V2G等交互式能源设施，呈现出结构更加复杂、设备更加繁多、技术更加庞杂的趋势。传统机理模型和优化控制方法已经难以满足电网规划设计、检测分析和运行优化的要求。此外，受产业结构调整、能源领域改革、电价下调等政策因素影响，依靠
3、电量增长拉动收入的传统经营发展模式难以为继,公司迫切需要优化经营策略，实现企业的精益化管理，由于对电网缺乏精准刻画，无法准确掌握电网的状态信息，致使电网的运维效率难以得到有效提升；另外，对电网运行策略的优化调整，严重依赖于人工经验，难以达到最佳效果。当前，数字化转型已成为我国经济社会发展的必由之路。数字李生技术作为推动实现企业数字化转型、促进数字经济发展的重要抓手，已建立了普遍适应的理论技术体系，并在产品设计制造、工程建设和其他学科分析等领域有较为深入的应用。在电网领域，随着近年来云平台、数据中台、技术中台、业务中台等各类平台的建设完善，已逐步实现基于物联-中台-应用的数字应用体系，数字李生技
4、术具备了应用条件。通过物理电网和虚拟电网融合，运用数字李生技术优势来感知、仿真、预测和优化物理电网，将有力推动电网数字化转型发展，支撑新型电力系统建设。同时，通过与能源生数字李生电网建设技术方案态、智慧城市等其它数字李生体系建立数据交换或分享机制,有助于做好电网配电的规划工作，助力建设多种数据驱动的数字李生城市，以便提供更好的公共服务和促进产业发展。二、建设思路以新型电力系统建设为导向，充分落实省公司“数字M电”的建设要求，围绕能源互联网核心价值链，紧抓能源和数字技术融合创新，面向“能源电力”和“数字化”两个关键，按照“物理电网”和“虚拟电网”融合互动思路，坚持“成果复用、共享开放、实用实效”
5、原则，推进数字李生电网平台建设。通过融合BIM.CIM.GIM.SG-CIM等各类物理、信息模型，促进规划、设计、建设、运行等全过程物理模型唯一、不同阶段共享；基于数据中台，根据专业应用需求，按需建设机理模型、数据驱动模型，支撑各类数字李生应用场景建设，精准刻画电网历史态、当前态、未来态。通过镜像映射、模型仿真、反馈控制，实现虚拟电网和实体电网的高效互动，进一步提升电网安全生产、公司精益管理水平，为“数字闽电”落地赋能，为后续在全省推进数字李生电网应用提供指导意见。三、主要目标充分应用测量感知、图形建模、分析计算、反馈控制等数字李生技术，在数字空间构建涵盖电网、环境、人员、业务等要素的数字李生
6、体，建设三维建模、仿真预测等公共服务能力，结合数据中台分析计算能力，人工智能、统一视频等技术中台能力，面向电网规划、建设、运行、客服四大领域，构建典型数字李生应用场景，实现三维模型在规划、建设、运行阶段的全生命周期管理，通过“虚实”互动，优化电网运营能力，实现电网感知、诊断、预测、优化的全寿命周期管理目标，进一步提升电网数字化和智慧化水平，促进电网智能升级，向新型电力系统演进发展。四、平台架构设计（一）总体架构按照“平台统一、分场景应用”的原则开展数字李生电网平台总体架构设计，总体架构包括物理设施层、数据管理层、平台功能层、模型构建层、仿真分析层、业务应用层五个部分。平台应用数字李生技术建立三
7、维模型，全景复现物理电网实景与电网设备的形态位置；构建统一对外服务接口,与各类中台实现数据集成和服务集成；基于平台构建的数据底座及能力中枢，开展数字李生典型应用场景建设，面向班组、专责、领导等用户，涵盖电网规划、建设、运行、客户服务等业务领域。MMSW 1划仿KRftKK力升统一安金防护体Kt学季生模叟caebim) sm梅甘斫平台孳生(SU撑建VISIfltMaMMI件,行胤!件功传虚实互动但件空口分析计算但体敷据分析始件BM.理缉杓化或IS时序微图率结梅化0tft-a*GIS 平平台台KR/MM-M中台- 业务敏事S技术中台物联建平台交Qa/开竣，.联SMSiiMi Msie知tt用gQf
8、*iSSSmMi . mIhHW费电感知设备配电圈为设备用电爨如过各湛松机日人五、平台建设图4-6数字李生电网部署架构图以平台化、中台化理念为基础，将先进数字技术与电网技术、业务、数据深度融合，打造一体化、智能化、覆盖电网全生命周期的数字挛生平台。(一)平台功能建设数字李生电网平台提供丰富的功能组件及API,可极大降低第三方数字李生应用的开发成本，提高项目交付效率，实现技术增值和客户应用实用价值。平台功能主要分为：模型库统一管理、李生场景编排组件、模型数据融合组件、运行引擎组件、虚实互动组件、空间分析计算组件、数据分析组件。1 .模型库统一管理电网数字李生模型库中的模型以主题域形式集中分类管理
9、，使其能够为业务层提供准确的模型数据支撑以及标准高效的调用。模型库功能框架设计包含模型数据接口、模型资源管理、模型统一服务和模型库维护四个部分。电网数字挛生模型库功能框架图5-1数字李生电网模型库功能框架(1)电网李生模型数据接口实现构建模型所需基础数据汇聚、清洗、转换等功能,主要分为：系统数据接口、本地数据接口、接口权限控制、接口监测、接口管理。(2)电网李生模型资源管理实现不同数字李生模型资源的存储和管理，主要分为：三维物理模型资源管理、机理模型资源管理、数据驱动模型资源管理。(3)电网李生模型统一服务实现用户侧模型发布、调用、拼装等功能，主要分为：模型发布、模型目录、模型调用、模型拼装。
10、(4)电网李生模型库维护实现模型及模型库的管理维护功能，主要分为：模型查询统计、模型编辑、模型属性管理、模型版本管理等。2 .李生场景编排管理结合提供应用场景及业务逻辑编辑工具，完成模型组装及对模型光源、材质、特效进行设置与编辑。(1)场景可视化编排开发人员通过拖拉拽的可视化操作方式在平台上进行业务场景开发设计，完成展示页面布局，将二维态势、三维场景、视频矩阵、数据看板、图文介绍等元素根据用户可视化需求进行不同场景界面的展示编排。(2)模型组合可选择不同的数字李生模型进行组合编排。(3)场景管理统一对场景编排文件进行维护管理。(4)多平台展示实现大屏端、桌面端、网页端、移动端、XR设备端多终端
11、多样化展示,满足不同业务和应用场景需求。3 .模型数据融合组件实现将接入的数据类型融合编排到数字李生业务模型场景中，使数字李生体能够更为精确全面的呈现和表达电网运行状态。(1)空间数据关联融合模型与专题数据融合工具根据业务专题数据(文本数据、矢量数据)包含的地名地址信息，利用中文地理编码技术与三维数据进行时空关联，实现业务数据空间化操作，实现房屋基底数据与诸如法人空间数据和地址数据等矢量空间化关联建立。(2)视频与三维场景融合视频融合工具能够将一个或多个由视频采集设备采集的关于某场景或模型的图像序列视频与场景融合展现，支持多种空间数据融合的场景与视频数据(多路实时视频流、监控相机位置姿态、视频
12、可视范围)的融合与可视化；支持视频流的动态调度，确保用户可在大范围场景下同时浏览多路监控视频。(3)模型与物联网感知数据融合I。T融合工具基于数字李生模型，将I。T物联设备进行空间关联和数据关联，以实现基于空间的传感数据的调取和可视化应用。同时，在大尺度空间体系下，将IOT物联点位和数字李生模型进行空间坐标的融合关联。4 .运行引擎组件由运行引擎读取模型库文件、场景编排文件，结合虚实互动组件动态加载数据，将模型、场景、数据、特效进行还原，形成数字李生全场景展示。(1)图形文件加载图形文件加载功能实现数字李生图像文件加载，实现图像文件多层次实时渲染。(2)场景图像渲染实现对模型的多层次实时渲染、
13、场景环境变量控制、场景与模型文件加载运行，提供场景管理、纹理渲染、刚体碰撞检测和光源系统等功能，并支持渲染展现宏大开阔的场景和设备信息局部特征。(3)模型动态运行模型动态运行实现对模型的多层次实时渲染、场景与模型文件加载运行，提供场景管理、纹理渲染、刚体碰撞检测和光源系统等功能。(4)物理规则运行基于物理规则的数字李生模型运行。(5)机理模型运行基于数据中台实现机理模型驱动运行，例如潮流计算模型、线损计算模型、短路计算模型、谐波分析模型、电能质量分析模型等模型驱动运行。(6)数据驱动模型运行基于人工智能平台实现数学计算模型驱动运行，例如负荷预测模型、主变温度预测模型、窃电用户识别模型、欠费风险
14、预测模型等数据模型驱动。5 .虚实互动组件实现感知业务数据的高效连接，满足虚拟空间与物理空间的一致性与同步性需求，提供全要素、全流程、全业务数据及服务交互支撑。(1)数据传输服务数据传输服务实现正向数据传输，获取数据李生体设备状态、运行等数据，支撑数字空间与物理空间之间的高效连接与双向互动，满足两者间的数据及状态一致性和同步性需求。(2)反向控制服务反向控制服务实现反向控制传输，实现技术数字李生的设备控制信息下发，支撑数字空间与物理空间之间的高效连接与双向互动，满足两者间的数据及状态一致性和同步性需求。(3)数据管理服务数据管理服务实现正向数据、反向控制数据管理。数据类型主要分为：结构化数据、
15、时序数据、非结构化数据。(4)数据传输监控数据传输监控实现对数据传输的统一监控，及时发现数据传输缺陷，并进行预警。6 .空间分析计算组件提供空间分析计划组件，包括距离测量、面积测量、体积测量等测量服务、路径规划、漫游定制、可视域分析，以及全景图定制以及场景标注等。(1)空间测量在三维场景中进行线段长度测量，闭合图形面积与周长的测量，满足三维空间测距、测地块面积、测城市建筑高度、外立面面积等需求。(2)可视域分析展示基于某个观察点，展示一定的水平视角、垂直视角及指定范围半径内区域所有通视点的集合，可以帮助了解电网场景空间内任一点的可见区域情况。(3)空间路径规划基于GlS平台，结合电网GIS数据
16、，根据真实世界中的路网分布，实现起始点与目的地之间的最短路径绘制与规划。当发生应急事故时，可以迅速制定应急方案，就近整合调度应急物资，集合应急抢修队伍等。(4)空间对象搜索和统计分析通过选择特定的空间区域，提供快速定位搜索对象、快速统计空间中对象数据等功能。7 .数据分析组件数据分析处理组件负责统一调用外部的模型和算法服务，并对数据进行统一处理、转换、封装、输出。为场景构建提供数据计算分析公共服务能力。(1)模型及算法统一管理统一获取数据中台的机理模型数据，如潮流计算模型、线损计算模型、短路计算模型、谐波分析模型、电能质量分析模型等。统一调用人工智能平台的数据驱动模型的算法分析服务，获取分析结
17、果数据，如负荷预测模型、故障预测模型等。(2)数据处理数据处理以多源数据兼容为原则，统一规则编制，将不同标准的数据进行处理，通过坐标统一、格式转换兼容等，对接入数据以及调用的模型数据、算法分析服务的结果数据进行标准化统一。(3)服务能力共享将数据分析组件的分析处理能力作为服务提供给业务需求侧使用。通过服务调用，可触发执行预定义的分析模型,获取分析计算结果。(二)平台服务能力数字李生电网平台提供六大核心服务能力。一是镜像数字李生电网建设技术方案映射能力，构建电网语义信息模型，实现现实电网的虚拟数字化还原。二是可视化服务能力，渲染数字空间效果，通过对电网场景、电网实体的三维渲染，叠加业务数据的可视
18、化呈现，实现对电网运行状态的透明监控。三是空间分析计算能力，呈现广域范围内万物三维空间精确关系，是模拟仿真的基础条件能力。四是数据融合能力，有序治理数据资源,建立数据资源关系，促进数据资源高效开发利用。五是虚实融合互动能力，从数字空间观看实体空间情况或控制实体空间设施，通过实体空间设备随时进入李生空间。六是仿真推演能力，基于电网运行规律构建分析算法模型，提前模拟推演运行效果及趋势预测，能力架构图如下所示：图5-2数字李生电网平台能力架构图L镜像映射能力实现物理实体的三维模型构建与镜像映射展示，通过不同层面和不同级别的数据采集，结合全景扫描、照片仿真等测绘技术，对电网进行全要素数字化建模，实现由
19、粗到细、从宏观到微观、从室外到室内等不同粒度、不同精度的数字李生还原，形成全空间一体化并且相互关联的数据底板，实现数字空间与物理空间一一映射，为数字李生可视化展现、智能计算分析、仿真模拟和智能决策等提供数据基础。(1)电网全要素数字化标识能力支持对电网要素进行精确标识，实现对电网数据的物体快速索引、定位及关联信息加载，将空间剖分、时间细分整合为物体的唯一标识，支撑数据资源互联互通。(2)电网场景图层呈现支持电网场景多图层展示，每一层分别有不同的数据要素，主要包括地理方面的地形层、道路层、建筑层及公共服务资源层等多类图层的展示。(3)电网实体模型构建实现电网实体模型构建，针对电网设备实体进行建模
20、,针对不同专业应用对实体对象精细程度的需求，多尺度、分层次在数字空间呈现实体，涵盖主变、配变、用电等不同类型电网设备。2 .可视化服务通过三维引擎，提供多层次、实时渲染数字挛生体的能力。可以渲染开阔的电网场景，又可展示电网实体的局部特征，实现全貌大场景到局部细节，再到场景实时视频的多层次渲染，真实展现样貌、自然环境、部件细节、实时画面等各种场景，实现空间分析、数据分析、仿真结果等可视化。(1)电网场景可视化主要实现对电网场景图层的建模及呈现，电网场景图层,主要包括地理方面的地形层、道路层、建筑层、资源层等多类图层的展示。(2)电网实体可视化主要实现对电网设备单体的建模及呈现，针对不同类型的电网
21、设备，针对不同专业对电网实体对象精细程度的需求,多尺度、分层次在数字空间精准映射电网实体。3 .空间分析计算能力基于数字李生电网三维模型，结合时空网格技术、北斗定位服务等技术，提供空间数据相关计算、分析、查看、展示等能力，包括距离测量、面积测量、体积测量等测量服务，叠加分析、序列分析和预测分析等时空分析，路径规划、漫游定制、可视域分析等场景分析，以及全景图定制以及场景标注等。4 .数据融合能力提供数据与模型的叠加与融合，以数据流方式供给行业机理模型、数据驱动模型，三维模型，使数字李生能够更为精确全面的呈现和表达，更准确地实现动态监测、趋势预判、数字李生电网建设技术方案虚实互动等核心功能。（1）
22、数据关联集成能力以管理对象（实体模型对象）为关联标识，将电网各种原始的、离散的业务数据叠加在统一的三维空间、一维时间之中，通过对管理对象的各种属性信息、业务状态信息进行多维关联，实现数据关联、业务集成以电网实体模型对象为关联标识，将各种业务数据（如台账数据、量测数据、告警数据）叠加在三维空间中，通过各种属性信息、业务状态信息进行多维关联，实现数据关联和业务集成。（2）数据模型融合能力以业务运行模型为基础，通过节点（实体模型对象）及节点之间逻辑关系，构建物理实体之间关联关系、指标关系、空间关系等，从而快速形成数据模型及知识图谱，通过统一的数据模型及知识图谱融通相关数据资源，主要包括物理对象属性数
23、据、物理对象活动运行数据、物理对象之间的关系数据等。5 .虚实融合互动能力实现数字空间与物理空间之间的互操作与双向互动，既能在数字空间再现与影响现实世界，也可在现实世界中进入虚拟空间，二者满足实时、动态、自动、互动等属性。包括数字李生场景的自动实时动态演变、数字李生运行态势自动实时动态还原、数字李生系统反向干预物理世界、物理世界多入口触达数字李生系统等多种需求。(1)视频虚实融合将真实世界中的多路视频图像融合到虚拟空间中，用视频图像中的纹理和动态信息去丰富虚拟场景，提高虚拟环境的真实性，并实现视频画面的聚焦、缩放、切换、视野跟随及调整。(2)人机交互针对人员无法进入或还没有物理实现的特殊场景，
24、可通过控制监控装置、巡检机器人、远程VR控制及AR方式,实现人员对物理场景的决策增强。例如通过VR进入虚拟配电房进行设备巡检，将真实的设备运行数据实时映射到虚拟场景中，完成配电房的运维巡检等日常工作。6 .仿真推演能力通过数据建模、事态拟合，进行某些特定事件的评估、计算、推演，为仿真预测设备运行状态、规划设计方案验证提供反馈参考。数字世界具有可重复性、可逆性、全量数据可采集、重建成本低、实验后果可控等特性。在虚拟李生世界中，可以为电网规划、应急预案等方案的评估与优化提供细化的、量化的、变化的、直观化的分析与评估结论。(1)空间类模拟仿真涉及实体对象体积、容积、距离、面积、碰撞、遮挡、强度、刚度
25、等空间矢量参数的模拟仿真，常用在可视域分析、深度计算等典型场景。(2)流程类模拟仿真涉及模型对象之间的拓扑关系、串联并联、节点分散、流转效率等流程参数的模拟仿真，常用在应急事件流程推演等场景。(3)态势预测支持在海量数据汇聚的基础上，同云计算、深度学习等技术融合，借助技术中台能力，推演电网环境中不同要素状态的变化规律，实现态势预测。六、典型应用场景基于数字李生平台，用户可根据业务需求开展不同场景的数字李生构建，包括电网规划、建设、运行、客户服务等具体数字李生场景。基于数字李生平台的场景构建，可提高场景构建效率、降低构建成本、降低数字李生技术使用门槛，形成标准化数字李生场景、提高场景运维效率，从
26、而提升电网运行安全水平、企业经营科学决策能力、客户服务满意度。数字李生平台赋予电网更多的新特征和新应用场景，其影响超出技术范畴，更强调“数”，将以数字表现出来“数据流、信息流、能量流、资金流、物流”贯穿整个电网的发输配送用环节，通过新一代的数据技术进行采集、分析、决策，让电网更加安全、绿色、经济、高效。(一)精准投资规划仿真基于网上电网规划业务输出图形和数据，结合数据中台以及系统外部相关数据源综合分析的基础上，应用数字李生电网模型仿真预测电网规划成效，辅助形成具体的电网规划项目建议和投资方向，高效支撑以新能源接入为主题的新型电力系统构建规划。1 .功能应用(1)负荷预测运用数字李生电网，综合分
27、析经济电力增长历史特征、国民经济发展规划及趋势、影响电力需求增长的其他相关因素分析，并分析影响电力需求的宏观经济形势、重点行业发展、重点项目进展以及气候气温因素、节能减排及大气污染防治等其他影响因素，采用多种预测方法进行规划期内用电量、最大负荷、负荷特性、需求侧响应等电力需求预测。运用数字李生电网，综合分析电源规划及建设情况、跨省跨区输电情况等电力供应预测。在此基础上，开展多场景电力供需平衡展示。(2)规划设计验证根据公司电网规划目标和重点，运用数字李生电网仿真预测规划设计规模、规划设计重点、规划设计计划、规划设计成效等。通过快速的“假设”分析和虚拟规划设计，快速摸清电网“家底”，把握规划精准
28、投资“脉搏”，形成具体的电网规划项目建议和投资方向，协助编制公司电网规划，了解电网特性、评估电网规划影响，直观展现规划成效，避免规划设计上的投资浪费与时间浪费。(3)新能源接入方案验证构建数字挛生电网新能源接入模型，综合运用模型接入的同步感知数据，测试、分析新能源接入谐波、电压偏差、电压波动、电压闪变、电压不平衡、直流分量等并网技术要求，并开展功率控制、电压调节、启停、运行适应性等模拟测试；同时，开展新能源出力预测、源网荷储互动分析等,综合分析对电网规划电量供需、电网调峰影响等，验证新能源接入方案可行性，推动电网规划顶层设计快速部署落地。2 .实现方案对接网上电网，在数字李生电网中反馈已有的网
29、上电网的规划仿真分析结果、负荷预测结果、规划设计验证、新能源接入方案验证等，直观展现规划成效；对公司网上电网尚未开展或实现的的规划分析需求，应用发展专业权威规划、仿真分析方法与模型实现相应的电网规划分析需求。3 .数据来源按照数字李生电网模型构建标准，通过数据中台获取机理数据、数据驱动模型数据，主要接入电网工程数据中心、电网规划仿真实验室仿真系统、网上电网等系统中，关于输变电工程电网基础设施三维模型、规划基础数据与仿真预测结论、新能源接入信息等相关数据。数据来源如下表所示:序号一级应用功能所需数据数据频次要求源系统1负荷预测仿真预测结论按需电网规划仿真实验室仿真系统2规划设计验证输变电工程电网
30、基础设施三维模按需电网工程数据中心型、规划基础数据3新能源接入方案验证新能源接入信息(谐波、电压偏差、电压波动、电压闪变、电压不平衡、直流分量等)定时同步网上电网(二)建设运行全寿命周期管理以实物ID为唯一标识，构建数字李生电网设备模型，集成设备型号信息、规格参数、性能参数、运行数据等，通过三维建模，对电网场景、电网设备设施的外观结构等进行三维仿真展示，接入输电、变电、配电、用电等各环节的运行监测数据、异常告警数据、视频监控数据，以及工程实施辅助设施、工具等三维模型，叠加展示在数字李生电网建设过程中，实时展现电网工程进度、建运一体化应用等。1.功能应用(1)工程进度跟踪在工程建设前期，分析工程
31、涉及的相关电网设备、辅助设施、主体建筑等，构建数字李生电网施工模型，预计每个施工阶段涉及的相关设备、工期要求。在工程施工时，根据感知采集、视频监控、人工汇报等反馈的工程进度信息，同步在数字李生电网施工模型中，直观展现工程施工进度、剩余施工量、施工剩余天数、下阶段施工风险点等信息，实施根据工程施工进度信息和质量信息。(2)建运一体化应用不断迭代更新数字李生电网设备的模型和功能，动态适配电网建设、运行关于设备基础数据的新需求，实现电网建运模型应用管理一体化。根据数字李生电网建设标准规范要求，在三维模型上不断叠加数据信息，跟随工程进度同步规范开展数据采集、数据整理、数据移交，建立数字李生电网建转运典
32、型模式。2 .实现方案应用数字挛生电网平台提供的统一建模服务组建，绘制输变电工程的三维设计图，实现模型底层构建标准化，从源头上确保数字建模的统一性。根据工程的不同阶段和建转运的差异化需求，同步叠加更新相关数据，打通建设、运维数据界面，滚动迭代数字李生电网设备建运一体化模型和功能,为项目建成投运后的运维工作提供全景监测，提升数字化运维能力，同时通过调用技术中台的通用技术服务组件等，具备应用场景扩展能力。3 .数据来源三维建模的初始数据来源于设计阶段输变电工程三维设计模型图，在设计、施工、竣工、投运阶段按照数字李生电网模型构建标准，通过数据中台溯源到PMS系统、调控云平台、配电自动化四区主站、输电全景智慧物联监控系统、变电
