隨著無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)、5G、無(wú)人機(jī)巡線、可視化等新技術(shù)在輸電線路場(chǎng)景的引入,目前已經(jīng)極大地提高了輸電線路運(yùn)維效率,并且也為輸電線路的智能化提供了基礎(chǔ)設(shè)施和數(shù)據(jù)基礎(chǔ),但還未達(dá)到輸電線路運(yùn)行狀態(tài)的全面感知與智能分析的要求,數(shù)字孿生技術(shù)的快速發(fā)展為解決這些問(wèn)題提供了新的思路。
輸電線路是電力系統(tǒng)的核心組成部分,為了提升輸電線路數(shù)字化、智能化水平,可用一種基于數(shù)字孿生技術(shù)的輸電線路架構(gòu),并將該架構(gòu)應(yīng)用于輸電全鏈路數(shù)字孿生建設(shè)的場(chǎng)景中,數(shù)字孿生技術(shù)與輸電線路的結(jié)合是數(shù)字化新基建與電力公司數(shù)字化轉(zhuǎn)型的必要探索,是挖掘輸電線路數(shù)據(jù)價(jià)值的必要手段,是輸電線路運(yùn)檢智能化的必要支撐。
線路全景感知場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)。基于地圖,將輸電線路設(shè)施資源和重要城市景觀,在一張圖中進(jìn)行宏觀展示,通過(guò)全景展示電網(wǎng)鏈路關(guān)系,并依托攝像頭和傳感裝置展示線路、設(shè)施、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)情況,實(shí)時(shí)掌握輸電線路運(yùn)行情況、運(yùn)行監(jiān)測(cè)情況和影響線路設(shè)施的重要因素(溫度、風(fēng)速、外破等),結(jié)合大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、圖像識(shí)別算法和缺陷識(shí)別等技術(shù)手段,實(shí)現(xiàn)輸電線路狀態(tài)監(jiān)測(cè)、高風(fēng)險(xiǎn)智能識(shí)別以及對(duì)線路狀態(tài)和全景感知。
1.數(shù)字孿生系統(tǒng)架構(gòu)
感知層:感知層主要包括物理實(shí)體中搭載先進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的各類新型基礎(chǔ)設(shè)施。
數(shù)據(jù)層:數(shù)據(jù)層主要包括保證運(yùn)算準(zhǔn)確性的高精度的數(shù)據(jù)采集、保證交互實(shí)時(shí)性的高速率數(shù)據(jù)傳輸、保證存取可靠性的全生命周期數(shù)據(jù)管理。
運(yùn)算層:運(yùn)算層是數(shù)字孿生體的核心,其充分借助各項(xiàng)先進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)下層數(shù)據(jù)的利用,以及對(duì)上層功能的支撐。
功能層:功能層是數(shù)字變生體的直接價(jià)值體現(xiàn),實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)認(rèn)知、系統(tǒng)分析、故障診斷、預(yù)測(cè)推演功能,從而起到輔助決策作用。系統(tǒng)認(rèn)知,數(shù)字孿生體能夠真實(shí)描述及呈現(xiàn)物理實(shí)體的狀態(tài),它是實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生體其它高級(jí)和智能化功能的基礎(chǔ)。系統(tǒng)分析可實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生體的狀態(tài)監(jiān)測(cè)功能,發(fā)揮對(duì)物理實(shí)體的早期預(yù)警作用。故障診斷,通過(guò)分析物理實(shí)體的運(yùn)行狀態(tài),了解現(xiàn)象背后的原因。預(yù)測(cè)推演,是利用仿真技術(shù)來(lái)預(yù)見物理實(shí)體未來(lái)的狀態(tài)演變,從而指導(dǎo)當(dāng)前的運(yùn)行決策。
應(yīng)用層:應(yīng)用層是面向各類場(chǎng)景的數(shù)字孿生體的最終價(jià)值體現(xiàn),具體表現(xiàn)為不同行業(yè)的各種產(chǎn)品,能夠明顯推動(dòng)各行各業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。
2.數(shù)字孿生系統(tǒng)的典型特征
等價(jià)映射:數(shù)字孿生體是對(duì)物理實(shí)體的等價(jià)描述,是對(duì)物理實(shí)體進(jìn)行數(shù)字化而松建的模型數(shù)字孿生體的變化能夠真實(shí)反映現(xiàn)實(shí)世界中的物理實(shí)體的變化。數(shù)字孿生體能夠?qū)崿F(xiàn)雙向映射、數(shù)據(jù)連接和狀態(tài)交互,起到“數(shù)化”、“保真”效果。
實(shí)時(shí)交互:基于實(shí)時(shí)傳感等多元數(shù)據(jù)的獲取,孿生體可全面、精準(zhǔn)、動(dòng)態(tài)反映物理對(duì)象的狀態(tài)變化,包括外觀、性能、位置、異常等?!皩?shí)時(shí)”體現(xiàn)數(shù)字孿生體所處狀態(tài)是物理實(shí)體狀態(tài)的實(shí)時(shí)虛擬映射;“交互”體現(xiàn)數(shù)字孿生體與物理實(shí)體間存在數(shù)據(jù)及指令互動(dòng)。
共生演進(jìn):“共生”體現(xiàn)在數(shù)字孿生體與物理實(shí)體同步構(gòu)建,在全生面周期中相互依存,孿生體隨著孿生對(duì)象的生長(zhǎng)而不斷演變。共智體現(xiàn)在三個(gè)層面:孿生體與孿生對(duì)象間共享智慧(包括:數(shù)據(jù)、算法)、孿生體內(nèi)部各種孿生模型間共享智慧、不同生命周期階段的孿生體間共享智慧。
預(yù)測(cè)優(yōu)化:根據(jù)物理實(shí)體的各項(xiàng)真實(shí)數(shù)據(jù),通過(guò)數(shù)字孿生體進(jìn)行仿真,實(shí)現(xiàn)對(duì)物理實(shí)體未來(lái)狀態(tài)的預(yù)測(cè),預(yù)先知曉未來(lái)狀態(tài)能夠輔助用戶做出更合理的決策。根據(jù)物理實(shí)體的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài),通過(guò)數(shù)字孿生體進(jìn)行監(jiān)測(cè),實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)不穩(wěn)定狀態(tài)的預(yù)測(cè),預(yù)先覺察即將可能發(fā)生的不穩(wěn)定狀態(tài),使用戶更從容地處理該問(wèn)題。
建立數(shù)字孿生體的最終目的,是通過(guò)描述物理實(shí)體集合內(nèi)在機(jī)理,分析規(guī)律、洞察趨勢(shì),基于分析與仿真對(duì)物理世界形成優(yōu)化指令或策略,實(shí)現(xiàn)對(duì)物理實(shí)體決策優(yōu)化功能的閉壞。根據(jù)數(shù)字孿生的典型特征,可以得出數(shù)字孿生的體系架構(gòu)。
3.智慧輸電線路數(shù)字孿生監(jiān)測(cè)運(yùn)維系統(tǒng)功能
(1)輸電線路實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)
通過(guò)數(shù)字孿生技術(shù),可以將輸電線路的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)反饋到數(shù)字模型中,并以直觀的圖形方式展示出來(lái)。用戶可以通過(guò)可視化界面實(shí)時(shí)了解輸電線路的電流、電壓、功率等參數(shù)的變化情況,以及各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài),及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況并采取相應(yīng)措施,保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
(2)輸電線路性能分析和優(yōu)化
通過(guò)數(shù)字孿生技術(shù),可以將輸電線路的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比和分析,并通過(guò)可視化界面展示出來(lái)。用戶可以通過(guò)可視化界面觀察到輸電線路的負(fù)載情況、功率損耗、損耗分布等信息,進(jìn)一步分析系統(tǒng)的運(yùn)行狀況和潛在問(wèn)題,并根據(jù)分析結(jié)果做出相應(yīng)的優(yōu)化措施,提高輸電線路的運(yùn)行效率和經(jīng)濟(jì)性。
(3)輸電線路故障診斷
通過(guò)數(shù)字孿生技術(shù),可以將輸電線路的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與故障模式進(jìn)行比對(duì),并通過(guò)可視化界面展示出來(lái)。用戶可以通過(guò)可視化界面直觀地了解到輸電線路的故障位置、故障類型以及故障原因,并根據(jù)診斷結(jié)果及時(shí)采取相應(yīng)的修復(fù)措施,減少故障對(duì)電力系統(tǒng)的影響,提高系統(tǒng)的可靠性和可用性。
(4)輸電線路仿真與預(yù)測(cè)
通過(guò)數(shù)字孿生技術(shù),可以將輸電線路的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)輸入到數(shù)字模型中進(jìn)行仿真計(jì)算,并通過(guò)可視化界面展示出來(lái)。用戶可以通過(guò)可視化界面觀察到輸電線路在不同負(fù)載、不同運(yùn)行條件下的電流、電壓、功率等參數(shù)的變化情況,預(yù)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況,并根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果采取相應(yīng)的預(yù)防措施,避免潛在問(wèn)題的發(fā)生。