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数字孪生技术在电力系统的应用分析

摘要：在科技技术的的推动下各个行业迎来更高的发展，促使我国经济建设脚步更加

迅猛，现阶段数字化在电力事业中得到广泛应用。数字孪生指由具有多种功能的物理终端

产生的数字化孪生双胞胎“”，它使用智能传感器、大数据分析、实时通信及人工智能等互

联网技术，在虚拟终端搭建一个与物理终端实时映射的孪生“”个体。数字孪生的关键技术

涉及数值建模与仿真、机器学习以及将信息连接起来的物联网、云平台等领域。文章通过

对数字电网概念及特征，数字孪生技术概念及应用领域进行研究，构建数字电网架构图。

关键词：数字孪生技术；电力系统；应用

引言

目前，大数据、物联网、云计算等数字技术，已经引领新的工业革命发展，数字孪生

技术也将成为电力领域各项技术、业务和信息发展和升级的方向。

1数字孪生定义与特征

数字孪生（DigitalTwin）是利用模型模拟、传感器更新、运行日志等数据从多角度多

层次集成各学科、尺度、概率与物理量开展的数字化模拟进程，通过建立从客观世界到虚

拟空间的实体映射，以此反映对应实体在目标环境下的整个生命周期。借助模拟、仿真与

数据分析等过程能完成对物理实体对象状态的全程感知、自我诊断与未来预测，并通过数

字模型与实体模型间的相互参照推进模型的自我进化与自我学习，从而实现对实体对象相

关行为的实施控制与全面优化。数字孪生具有以下特点：（1）保真性：数字世界内的虚

拟映射在构成元素、实体行为、运行机理、存储规则等属性上均与现实世界的对应实体保

持一致。（2）可扩展性：数字模型可根据数字世界内的自我学习与物理世界的形态转化

等活动完成拆解、集成、复制、维护与管理等一系列行为。（3）可操作性：数字世界与

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现实世界之间存在标准接口与规范定义，不同模型之间、不同终端之间、模型与终端之间

均可以进行数据交互，具有高度的可操作性。

2数字孪生技术研究现状

我国较早将数字孪生技术应用到生产车间的模型中，并提出数字孪生车间模型。该模

型的核心部分主要包括车间的虚拟化、真实车间、车间运行系统以及车间中的孪生信息4

个部分，通过车间内各种真实设备与孪生数据的交互，全面提升智能化车间的管理和生产

水平。同样，对基于数字孪生技术的制造领域的应用，数字孪生技术依旧可以实现对制造

业中各类设备层、生产流程的数字孪生式全流程管控。基于数字孪生技术，构建面向电力

的虚拟化与数字化模型，实验结果进一步表明，数字孪生技术的运用显著提升了电力设备

故障判别时效性，极大减少了人工人力。通过将数字孪生实现虚拟映射，同时运用大数据

结合深度学习技术提出了一种车间设备智能化管理方法，有效解决了传统车架设备管理与

设备运行中数据孤岛“”问题。

3数字孪生技术在智能电网的应用方向

3.1电网状态环境可视化监控应用

基于数字孪生技术对电网主要设备、厂站与环境精细三维全景仿真，实现与采集数据

实时交互，能够在仿真场景中动态融合展示设备与关键传感数据。通过在厂站内部署的视

频网络和传感器网络，实时反馈环境变化并进行实时分析。基于生成的数字化模型，可全

面分析3D架构的数据系统。在平台后期维护期间，可通过数字孪生模型对输变电项目进

行全方位监控，借此掌握各装置工作状态的数据资料，并能查看其整体的变化走向。通过

虚拟空间，显现出变电站的实际位置、装置基本参数与相关设计资料等。这既能提升实际

的管控效果与程度，还可有效规避异常情况的出现，为启