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电力变压器设备数字孪生

一、项目背景

supET工业互联网平台是2018年由阿里云计算有限公司牵头、联合

浙江中控技术股份有限公司、之江实验室、国家工业信息安全发展研

究中心、等六家单位共建supET工业互联网平台。阿里云supET工业

互联网平台致力于打造包容、共赢、开放、协作的工业互联网生态，

为制造业企业提供一站式的数字化、网络化、智能化服务促进工业互

联网和消费互联网的融通发展。

基于仿真的数字孪生解决方案是ANSYS公司的数字孪生解决方案。通

过对物理设备建立高保真度、高稳定性、高可视化的实时仿真模型，

并经由IOT平台，实现实际物理设备与虚拟仿真设备之间的映射。在

实际设备运行过程中，虚拟设备可经由实际设备传感器采集到的实时

数据，实现与现实设备的同步运行。因此，基于仿真的数字孪生解决

方案所定义的数字孪生是动态的，不仅具备与实际设备一致的属性，

更能够与实际设备以相同工况运行。因此，运维操作人员可通过监视

数字孪生模型的工作状态，获取实际设备的全面运行信息，并对设备

状态进行预测判断。

在电网运行过程中，变电站的主变压器的运行维护存在较大痛点。作

为变电站的主要设备，主变压器承担了输电过程中的变压任务。在主

变压器工作中，铁芯和线圈的发热量较高，因此需要采用较强的冷却

措施。而且铁芯和线圈的温度是运维人员极为关心参数。为了对铁芯

和线圈进行冷却，在设计中，整个铁芯和线圈是浸泡在冷却油中的。

这一结构虽然可以保证铁芯和线圈在工作中维持正常的温度，却阻碍

了在铁芯和线圈上安装温度传感器。因此，对铁芯和线圈的温度监控

成为了一大难题。

当前在大多数装备行业中，当“产品”被企业制造出来后，交付

给用户后，同样也成为大量的“产品孤岛”。特别对于大型、复

杂的“装备产品”，产品一旦交付，制造企业很难再从“产品”

的获取有价值的运行信息，更加无法为“用户”给出对产品的运

维保养的建议。虽然“物联网技术”可以解决设备的“在线”的

通讯问题，但是仅仅完成“连接”还是远远不够，还是需要对采

集数据进行“语义化”、“模型化”的解析，更需要把设备的“设

计域知识”带到“设备运维域”，完成对设备的全生命周期管

理。

因此在工业互联网的建造中，设备装备、制造流程的“数字孪生”

是一种不可或缺的技术。“数字孪生”可以定义为一个基于历史

数据和当前数据的不断发展的数字模型镜像，它首先包含了产

品的“设计知识”，也就是“机理模型”、“3D模型”等，设

计知识是“数字孪生”的起点；第二，数字孪生拥有通过“IoT

技术”采集到的“运行时状态”，并对其建立统一的信息模型，

对外提供标准数据调用接口，实现设备的互联、互通、互操作；

最后，在“数字孪生”中还包含了进行物理仿真、3D渲染的“计

算引擎”。概括地说，数字孪生通过大量积累的、实时实际的测

量数据，通过“实时仿真”进行实时计算，并给出场景下的仿真、

渲染结果，从而为系统性能分析、优化提供指标化的建议，指导

物理世界的行动，比如设备动作，并可以为产品设计或流程变更

提供建议。

二、项目实施

1.案例定位

资产级（设备/产品）

应用对象车间级

企业级

应用深度描述诊断预测处置

设计生产管理运维

应用领域设计制造一体化

全生命周期

流程行业：

覆多品种小批量离散行业：

行业

盖少品种大批量离散行业：

内建筑交通电力行业

容涉及的单一领域技术或融合技术

仿真IOTAI