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數(shù)字孿生技術讓電網(wǎng)更智慧

中國電力網(wǎng)發(fā)布時間:2020-12-11 14:51:45  作者:王紫雷

  12月2日,在上海電網(wǎng)500千伏五角場變電站內(nèi),上海電力檢修公司運檢人員應用變電站數(shù)字孿生系統(tǒng)巡檢設備。突然,系統(tǒng)報警界面提示出現(xiàn)PF1-3風機故障,運檢人員迅速點擊“故障定位”按鈕,系統(tǒng)以三維圖像顯示出該風機的具體位置,并提供相關的回路信息。收到檢修人員上報信息后,上海電力檢修公司迅速開展搶修。

  變電站數(shù)字孿生技術以數(shù)字化方式為物理對象創(chuàng)建虛擬模型,模擬變電站在不同運行環(huán)境下的狀態(tài)。“孿生”的兩個變電站,一個是存在于現(xiàn)實中的實體變電站,負責實際供配電;另一個則存在于虛擬世界中,實時監(jiān)測實體變電站的運行情況,并通過各類智能技術實現(xiàn)對設備的評估和診斷。上海電力經(jīng)研院落實國家電網(wǎng)有限公司科技強企工程要求,推進實施數(shù)字化轉(zhuǎn)型工程,探索構建數(shù)字孿生系統(tǒng),助推電網(wǎng)基礎設施管理體系和管理能力現(xiàn)代化發(fā)展。

  多維聚合提供運維檢修新體驗

  2017年12月,500千伏五角場地下變電站投運。站內(nèi)有一萬多個主控、輔控信息點。運檢人員陳佳說:“想要定位輔助設備并找到關聯(lián)回路只能通過翻閱竣工圖查詢,要是監(jiān)控系統(tǒng)能展示變電站所有信息該多好。”過去,變電站監(jiān)控系統(tǒng)只能以圖表和文字形式展現(xiàn)遙信、遙測、遙控等信息。通過遠程系統(tǒng)直觀掌握變電站設備、環(huán)境、消防、技防等相關信息,是變電站運檢人員長久以來的愿望。

  為了給變電站運維工作提供更強大的支撐,2018年3月,數(shù)字孿生系統(tǒng)的雛形——變電站全景監(jiān)視平臺在500千伏五角場變電站率先應用。該平臺應用數(shù)字孿生技術建立虛擬變電站三維模型,接入變電站內(nèi)主控、輔控、安防等設備的探測點,實時感知采集各類狀態(tài)信息。該變電站站內(nèi)的4000多個采集點、19141個信息點通過監(jiān)控數(shù)據(jù)與三維數(shù)字模型的聯(lián)動,實時反映實體變電站運行狀態(tài)。不僅如此,數(shù)字孿生技術的二三維聯(lián)動使該平臺具備地形瀏覽、設備查詢、設備告警等功能。運檢人員不再需要去變電站現(xiàn)場,便可掌握站內(nèi)各要素的運行狀態(tài)。同時,平臺也為變電站實現(xiàn)“不間斷設備巡視”提供了可靠的支持,通過對設備異常及時告警延長了設備使用壽命。

  上海電力經(jīng)研院數(shù)字化團隊創(chuàng)新思維,通過建立標準化代碼規(guī)則,完成模型、信息、圖形的一體化自動關聯(lián)方案,提高數(shù)據(jù)關聯(lián)匹配的效率和質(zhì)量。目前,500千伏五角場變電站全景監(jiān)視平臺已被列為上海市建筑信息模型技術應用試點項目。

  智慧大腦構建電網(wǎng)管理新模式

  經(jīng)過不斷優(yōu)化升級,數(shù)字孿生系統(tǒng)的功能越來越完善,但僅能“看到”變電站的實時信息對運維管理水平的提升還十分有限。為此,上海電力經(jīng)研院依托狀態(tài)感知、智能決策分析等技術,在數(shù)字孿生系統(tǒng)中構建變電站運維輔助“大腦”——專家知識庫和狀態(tài)判別模塊,實現(xiàn)了對設備狀態(tài)的快速分析、診斷判別和風險預測,進一步提升輸變電工程的可視化、精細化管理水平和智能決策能力。

  11月27日,110千伏博藝變電站數(shù)字孿生系統(tǒng)在10千伏饋203線合閘時發(fā)出“控制回路斷線”異常的告警,而后又立馬復歸,線路恢復正常。數(shù)字孿生系統(tǒng)判斷其原因為“控制回路斷線發(fā)生誤報”,建議“增加位置繼電器判斷延時”。

  面對這樣的異常誤報,數(shù)字孿生系統(tǒng)是如何判斷出來的呢?

  原來,開關在合閘過程中,位置繼電器的觸點切換不同步,中間會有幾十毫秒跳閘與合閘位置繼電器都閉合的情況,系統(tǒng)會誤報控制回路斷線。這種異常情況經(jīng)常表現(xiàn)為分合閘時提示“控制回路斷線”異常后又立馬復歸。“像這樣的誤報在變電站運行中十分常見,如果每個誤報都要人員去現(xiàn)場勘查確認,將耗費大量的人力、物力和財力,成本太高。”上海電力經(jīng)研院數(shù)字化團隊成員劉鑫解釋道,“數(shù)字孿生系統(tǒng)已將這一系列狀態(tài)數(shù)據(jù)儲存于專家知識庫中,遇到告警便能及時調(diào)用和判斷,向運檢人員提供判斷結果并給出建議。”

  變電站規(guī)劃、設計、設備生產(chǎn)、施工、運維、檢修等各階段對系統(tǒng)信息數(shù)據(jù)的需求不盡相同,這也對數(shù)字孿生系統(tǒng)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性提出要求。針對這一問題,上海電力經(jīng)研院數(shù)字化團隊開展了輸變電工程全壽命周期多源異構數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性研究,編制了上海電網(wǎng)“電網(wǎng)工程數(shù)字化交付標準”等相關標準,為打通全過程的多元信息模型提供標準化模式及技術支撐。

  “新基建”開拓數(shù)字孿生新空間

  通過幾年的試點、推廣和技術演變,目前上海電網(wǎng)已部署了20多個孿生子站系統(tǒng),并將在2021年正式上線數(shù)字孿生變電主站系統(tǒng),實現(xiàn)子站數(shù)據(jù)的再聚合,為智能決策提供大數(shù)據(jù)支撐。

  今年5月份,上海市政府發(fā)布“上海市推進新型基礎設施建設行動方案(2020-2022年)”通知,要求將數(shù)字孿生等新技術全面融入城市生產(chǎn)生活,新型基礎設施成為上海經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展和城市高效治理的重要支撐。目前數(shù)字孿生系統(tǒng)可以為變電站的規(guī)劃、設計、施工、運檢提供輔助信息參考,進一步擴大應用面是當前數(shù)字孿生技術的發(fā)展方向。

  上海電力經(jīng)研院在大數(shù)據(jù)、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等“新基建”領域全面攻堅核心技術,采用“云-網(wǎng)-端”架構推動數(shù)字孿生系統(tǒng)升級,使數(shù)字孿生系統(tǒng)應用在個人電腦、移動設備、可穿戴設備等多種前端設備中,實現(xiàn)現(xiàn)實世界與數(shù)字世界之間的“動態(tài)鏈接”和“雙向傳輸”。

  未來,運檢人員通過佩戴“數(shù)字孿生眼鏡”即可實時查看變電站各類設備狀態(tài),并通過5G網(wǎng)絡接入專家知識庫接收規(guī)范作業(yè)指導,完成變電站巡檢工作。

  上海電力經(jīng)研院將進一步尋求合作、開發(fā)機會,結合變電站數(shù)字孿生技術發(fā)展,將數(shù)字孿生理念、系統(tǒng)關鍵技術及設備向供水、供氣、供熱等公共事業(yè)及其他行業(yè)推廣,提供數(shù)據(jù)增值服務。

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