南方电网:数字孪生电网落地案例

来源:能源电力说 发布时间:2022-03-25 15:57 关键词: 南方电网数字孪生
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近年来,南方电网正在加速推进数字电网建设。“十四五”期间,南网将投资6700亿元,推进数字电网建设和现代化电网进程,推动新型电力系统构建。


数字孪生,是数字电网的关键技术。电网数字化,是物理电网在数字世界的完整映射,建立数字孪生模型,通过数字世界的操作作用于物理世界,实现数字世界与物理世界的双向互动,从而实现电网状态感知、在线监测、行为跟踪、趋势分析、科学决策等。


利用数字技术手段,连接、创造与现实世界映射交互的虚拟世界,这不就是“元宇宙”吗?



此前能源电力说发布了《南方电网:发、输、变、配、用数字化落地案例》。本篇一起来看南方电网如何将数字孪生技术应用在电网?电网“元宇宙”是怎样的呢?


什么是数字孪生?


随着“双碳”、构建新型电力系统等目标的提出,具有随机性、间歇性、波动性特征的分布式能源比例将快速增长,储能装置、V2G 等交互式能源设施以及其他多种能源基础设施接入,使得电力系统呈现出结构更加复杂、设备更加繁多、技术更加庞杂的趋势。


数字孪生电网应运而生,通过虚拟现实交互激活电网、设备的多源数据,特别是运行时空大数据,通过数据挖掘,提供高维、量化、多层次的视角辅助运营调控相关决策。虚实结合,实现电网虚拟、现实空间的实时动态映射。



简单而言,数字孪生电网,就是针对复杂的电网场景,通过创造虚拟空间来运行生产过程的模拟,识别和分析出如何更高效、更安全地完成工作。


从电力行业的特征来看,发、输、变、配、用全流程都有较大应用潜力。


南方电网数字孪生应用实践


南方电网数字孪生技术的应用,主要体现在“南网智瞰”。


南网智瞰,是实现“全网一张图”的门户及应用,基于南网公司数字化技术基础平台和数字孪生技术,融合地理、物理、管理和业务信息,建立动态鲜活电网,提供灵活组合共享服务模式,快速响应上层业务应用的平台。融合了关系、图、三维的电力领域数据建模技术,构建了覆盖设备全要素、全时空的数字化模型,覆盖源网荷储,支撑全域物联的透明管理。


目前南网智瞰平台,累计接入地理要素超245万,管理源网荷储2000多种设备类型共1.2亿台设备设施、超10亿设备台账,接入约570亿条实时数据,实现186万配电变压器负荷精细化管理、分界点精益线损分析。上线配电网规划、九防管理、线损异常分析等9个典型应用场景,支撑配网规划、电网管理平台、智能台区等13套业务系统图形应用。


主网数字孪生基础设施


电网三维数字化,是南方电网“十四五”期间电网的数字化基础设施,目前已建成南方电网110kV及以上主网数字孪生,形成新型电力系统数字主网架示范。


南方电网目前已完成110kV及以上架空输电线路与变电站图形、台账、拓扑等信息治理,76万基杆塔、4794座变电站坐标准确率达99%;西电东送“八交十一直”直流线路约1.5万公里,佛山供电局、汕头供电局全局35kV及以上架空输电线路约7000公里,从±800kV换流站到35kV变电站19座试点变电站的三维数字孪生建设。


发电


案例:南网调峰调频公司


南网调峰调频公司基于“南网智瞰”,通过将发电生产领域帐卡物一致性管理、缺陷管理、发电设备状态监测等应用的数据进行集成,探索涵盖机组启停状态、可靠性指标、电量统计、缺陷统计等业务场景的数据多维立体融合分析展示。


基于领域信息模型,形成调峰调频公司生产业务数字化转型建设的方法模式,按照业务框架,策划构建业务模型,精准表达业务需求,实现业务规范与IT系统建设的无缝对接。此外,还构建了业务领域信息模型建模工具,标准化了业务领域信息模型的构建方法。


以清远抽水蓄能电站为试点,开展抽水蓄能电站三维建模与可视化的研究及应用,为进一步的数据分析和管理及相关决策优化等应用系统,提供三维可视化平台支持。以设备为中心,串联生产管理主要业务活动,彻底消除数据孤岛。



输电


“十四五”期间,南方电网在智能输电建设方面,将加快提升输电智能化水平,推进输电线路智能巡视和智能变电站建设。到2025年,35千伏及以上线路实现无人机智能巡检全覆盖。


案例:输电三维数字化通道


三维数字化通道,是数字输电的典型应用,以南网智瞰地图服务为基础,通过激光建模技术、模式矢量化技术开展架空线路信息建模,信息模型融合在线监测、机巡等数据。三维数字化通道,是数字输电的基础与载体,支撑线路智能验收、强化数字赋能、开展无人机自动驾驶、提升空间距离监测。



目前全网已完成500kV及以上线路数字化通道建设5.7万公里,500kV及以上线路外部隐患风险点安装智能终端3700余套,输电线路无人机巡视80.8万公里,机巡业务占比首次超70%。


案例:昆柳龙直流工程数字化建设


南网超高压公司依托世界首个特高压多端混合直流——昆柳龙直流工程开展“数智管控”研究工作,形成了南网跨区域输电工程基建“数智管控”典型案例。



昆柳龙直流工程打造了电网工程数字化资产全生命周期管理,服务全域上层应用,以设备为核心,精准关联工程属性、设计属性、设计图纸、现场照片、台账层级结构,并在竣工投产阶段全面接入调度实时运行、生产在线监测、周边气象环境等动态数据,解决特高压复杂电网数字化建设难题,在新型电力系统建设具有重要的推广意义。


变电


案例:200kV大英山数字孪生变电站


220kV大英山数字孪生变电站,是基于统一数字电网模型开展的物理电网“孪生”数字电网实践案例,全面融合海南数字电网平台,实现生产运行状态实时在线测量,物理设备、控制系统和信息系统的互联互通。同时贯通主配网动态拓扑,支撑全电压等级全链路的电网拓扑分析。


数字孪生变电站模型设计,从企业级全局出发,统筹兼顾各部门视角及需求,统一设计,消除冗余,加强协同,实现资产全生命周期信息贯通共享。



依据模型层级与设备、部件颗粒度分类,对每个配电区域、间隔、一次设备、隔离开关和短路器等进行设备实例化,通过相应的编码和电气一次主接线图,实现量测数据实例化。相关数据统一汇聚到南网公司数据中心,形成数据的统一入口、存储、出口。采用三维Wed端三维可视技术,重构立体孪生世界,实现变电站生产设备、调度运行融合管理。


配电


“十四五”期间,南方电网在智能配电建设方面,将全面推进以故障自愈为方向的配电自动化建设,有效实现配网状态监测、故障快速定位、故障自动隔离和网络重构自愈。


案例:深圳供电局配电全链条数字化案例


深圳供电局依托南网智瞰平台,打通配电网“全链条”业务视图,实现数字化电网全景、网格化智能规划、智能化台区监控和透明化停电全过程管理,实现配电网管理全链条数字化转型。



深圳供电局配电网实现配电网状态、运行、资源等数据的全贯通。融合管理信息、自动化、在线监测和外部数据4大类数据,贯通500kV到300V的电网拓扑。业务全链条,实现规划、运行运维和客户服务的横向协同。


用电


案例:松山湖数字用电示范区


松山湖数字用电示范区,利用数字孪生+物联网+云边融合技术,构建了分层级多能协同优化体系,实现多种能源形式并网运行和高效消纳。


松山湖数字用电示范区接入570个充电站、3013个充电桩,6326个光伏站点、1组冷热电联产系统、12个储能站、3个柔性负荷点、4个微网;3000+复杂并行计算模型,日处理数据超200TB;客户年平均停电时间小于2分钟,分布式清洁能源消纳率大于97%,2021年度累计减少客户用电经济损失大于600万元。


电网数字化,将构建覆盖电网全生命周期与生产安全环节的数字孪生电网,提升复杂电网驾驭能力;以数据作为提升生产力的核心要素,提升数据资产价值,实现电网管理与业务变革;以“电力+算力”推动能源革命和新型电力系统建设。


未来数字孪生技术将在电网设备状态诊断与与预测、生产业务调试、电网发展规划、电网运行分析与控制等方面有更多应用实践。数字孪生会更系统地引入人的概念,增强人对数字孪生体的感知控制能力,最终在真实物理空间和虚拟数字空间搭建“信息-物理-人”交互的系统,创造电网的“元宇宙”。


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