隨著連接虛擬世界和物理世界的技術(shù)基礎(chǔ)不斷增強(qiáng)，數(shù)字孿生的價(jià)值正在加速顯現(xiàn)。在電網(wǎng)行業(yè)，數(shù)字孿生可以幫助改善決策，并在虛擬化/軟件定義的環(huán)境中使用強(qiáng)大的模擬器及分析技術(shù)，來(lái)優(yōu)化電網(wǎng)的業(yè)務(wù)。那么，應(yīng)用于這一領(lǐng)域的數(shù)字孿生正經(jīng)歷著哪些發(fā)展變化，又如何面對(duì)業(yè)務(wù)需求的挑戰(zhàn)?

業(yè)務(wù)及技術(shù)驅(qū)動(dòng)因素，共同促進(jìn)數(shù)字孿生應(yīng)用發(fā)展

與之前相比，數(shù)字孿生在電網(wǎng)行業(yè)的應(yīng)用和發(fā)展無(wú)疑正在加速。施耐德電氣認(rèn)為，來(lái)自業(yè)務(wù)和技術(shù)方面的驅(qū)動(dòng)因素將共同促進(jìn)這一發(fā)展趨勢(shì)。例如，軟件的增加和各種模擬器、協(xié)同模擬和多階段模擬的持續(xù)改進(jìn)，都將成為推動(dòng)數(shù)字孿生進(jìn)一步發(fā)展的動(dòng)力。

具體而言，在業(yè)務(wù)層面，數(shù)字孿生的增長(zhǎng)反映了人們認(rèn)識(shí)到進(jìn)一步優(yōu)化需要更廣泛的系統(tǒng)視圖，例如電網(wǎng)和電網(wǎng)邊緣資源等資產(chǎn)之間的互動(dòng)。另一個(gè)驅(qū)動(dòng)因素則是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行估值的意愿，因?yàn)樵絹?lái)越多的利益相關(guān)者將數(shù)據(jù)視為一種資產(chǎn)。與此同時(shí)，在可持續(xù)性、風(fēng)險(xiǎn)管理和網(wǎng)絡(luò)安全等方面的新需求，同樣正在推動(dòng)行業(yè)對(duì)數(shù)字孿生的需求。未來(lái)，在需求的推動(dòng)下，甚至有望誕生出數(shù)字孿生市場(chǎng)這一新模式，從而使得市場(chǎng)中的各方可以利用數(shù)據(jù)共同創(chuàng)造價(jià)值。

來(lái)自技術(shù)層面的驅(qū)動(dòng)因素，同樣有著強(qiáng)勁的動(dòng)力。隨著“軟件定義一切”理念的日趨成熟，軟件將越來(lái)越多地定義自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)中心等設(shè)施。另一個(gè)驅(qū)動(dòng)因素，則是平臺(tái)業(yè)務(wù)在生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)有選擇地共享數(shù)據(jù)。例如，混合云技術(shù)的出現(xiàn)，使公共信息可以存儲(chǔ)在公共云中，而敏感信息則可以存儲(chǔ)在私有云中。同樣，數(shù)據(jù)不斷被“容器化”以加速業(yè)務(wù)流程的趨勢(shì)，也推動(dòng)了數(shù)字孿生的發(fā)展。

高級(jí)配電管理系統(tǒng)、建筑數(shù)據(jù)管理為兩大應(yīng)用場(chǎng)景

施耐德電氣認(rèn)為，未來(lái)，數(shù)字孿生與電網(wǎng)相關(guān)的應(yīng)用場(chǎng)景，主要將集中在高級(jí)配電管理系統(tǒng)及建筑數(shù)據(jù)管理。一方面，伴隨著電網(wǎng)擴(kuò)張、新型工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) (IIoT) 設(shè)備的滲透、新系統(tǒng)與公用事業(yè)信息技術(shù)/運(yùn)營(yíng)技術(shù) (IT/OT) 的整合，公用事業(yè)收集和處理的數(shù)據(jù)量正在顯著增加，而所有這些數(shù)據(jù)都將被傳送到高級(jí)配電管理系統(tǒng)。

施耐德電氣對(duì)高級(jí)配電管理系統(tǒng)模型管理的愿景是高度自動(dòng)化、端到端、無(wú)縫的模型管理體驗(yàn)，只需最少的用戶干預(yù)即可進(jìn)行電網(wǎng)管理。這意味著，數(shù)字孿生需要提供一個(gè)準(zhǔn)確的、最新的、可訪問(wèn)的網(wǎng)絡(luò)模型，使公用事業(yè)能夠應(yīng)對(duì)氣候變化和其他挑戰(zhàn)。

另一方面，在發(fā)達(dá)國(guó)家，建筑行業(yè)是最大的最終能源消費(fèi)者之一，其消耗占比高達(dá)總能源的40%。現(xiàn)有建筑尤其是商業(yè)建筑中，蘊(yùn)藏著改善終端能效、需求響應(yīng)、本地電網(wǎng)支持、可再生能源滲透率和彈性的巨大機(jī)會(huì)。因此，建筑數(shù)據(jù)管理同樣是與電網(wǎng)相關(guān)的數(shù)字孿生的一大應(yīng)用場(chǎng)景。

在這方面，一個(gè)建筑的數(shù)字孿生應(yīng)該包括一個(gè)使用建筑信息模型的靜態(tài)結(jié)構(gòu)模型、一個(gè)功能性的、動(dòng)態(tài)的建筑能源模型，以及結(jié)合了來(lái)自電表和傳感器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的自適應(yīng)模型。隨著物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的日益普及，這項(xiàng)技術(shù)越來(lái)越容易實(shí)現(xiàn)。

建筑數(shù)字孿生不僅可以促進(jìn)更準(zhǔn)確、更可預(yù)測(cè)的設(shè)計(jì)和施工交付過(guò)程，還有助于建筑在竣工試運(yùn)行后的運(yùn)維。建筑運(yùn)維人員可以使用該數(shù)字孿生來(lái)分析建筑的行為，并最終定義新的控制方案，根據(jù)目標(biāo)調(diào)整建筑的性能。此外，建筑還將在電動(dòng)汽車(chē)智能充電領(lǐng)域發(fā)揮核心作用。建筑層面的智能充電可以避免大量的基礎(chǔ)設(shè)施投資，提高本地和全球電網(wǎng)的彈性，并節(jié)省大量的運(yùn)營(yíng)成本。

多數(shù)字孿生協(xié)同及軟件、服務(wù)的復(fù)雜性成為挑戰(zhàn)

在不斷發(fā)展的應(yīng)用需求面前，數(shù)字孿生同樣面臨技術(shù)和業(yè)務(wù)層面的挑戰(zhàn)。在技術(shù)層面，由于來(lái)自物聯(lián)網(wǎng)等來(lái)源的數(shù)據(jù)量正在迅速增長(zhǎng)，且新的模擬需求不斷涌現(xiàn)，因此配電公司將需要不止一個(gè)數(shù)字孿生。

例如，人們未來(lái)可能同時(shí)需要促進(jìn)控制中心和變電站之間數(shù)據(jù)模型交換的靜態(tài)孿生、促進(jìn)高級(jí)配電管理系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)之間動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)模型更新和驗(yàn)證的功能性孿生、包含動(dòng)態(tài)變化功能的自適應(yīng)數(shù)字孿生，以及為復(fù)雜規(guī)劃方案提供支持的智能數(shù)字孿生等。因此，確保多個(gè)數(shù)字孿生通過(guò)協(xié)作或聯(lián)合來(lái)協(xié)同工作，將成為一項(xiàng)關(guān)鍵的技術(shù)挑戰(zhàn)。

而在業(yè)務(wù)層面，數(shù)字孿生也面臨著挑戰(zhàn)。數(shù)字孿生的實(shí)現(xiàn)需要日益復(fù)雜的軟件和服務(wù)，軟件關(guān)系到離線運(yùn)行或接收實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)等不同類(lèi)型的模擬器，以及模型管理平臺(tái)。隨著數(shù)據(jù)增加，由各方提供的服務(wù)可能也將增多。此外，還需要盡量避免為每個(gè)應(yīng)用程序重新創(chuàng)建數(shù)字孿生。

施耐德電氣提供模型驅(qū)動(dòng)的電網(wǎng)管理解決方案

針對(duì)這些挑戰(zhàn)，施耐德電氣能夠通過(guò)可互操作的電網(wǎng)數(shù)字孿生，為配電公司提供模型驅(qū)動(dòng)的電網(wǎng)管理解決方案。這些解決方案適用于企業(yè)層面、變電站和饋線層面，以及使用數(shù)字日志的互聯(lián)資產(chǎn)層面。

在這一領(lǐng)域，施耐德電氣的目標(biāo)包括打破數(shù)據(jù)孤島、提供標(biāo)準(zhǔn)化和模板化的電網(wǎng)資產(chǎn)數(shù)字孿生，并繼續(xù)推進(jìn)不同軟件應(yīng)用程序之間的深度整合，例如高級(jí)配電管理系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)或變電站自動(dòng)化工程之間的整合。

數(shù)字日志是一個(gè)在線存儲(chǔ)庫(kù)，可以將所有利益相關(guān)者提供的所有設(shè)備信息、維護(hù)記錄和項(xiàng)目文檔保存在更安全、更易于訪問(wèn)的地方，還可以使用多種數(shù)字工具進(jìn)行訪問(wèn)。數(shù)字孿生使人員能夠記錄重要的施工文件、用戶指南和維護(hù)計(jì)劃。這改善了協(xié)作，增進(jìn)了洞察，同時(shí)也降低了成本。

數(shù)字孿生同樣為更強(qiáng)的數(shù)據(jù)分析能力提供了良好的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)分析不僅將用于提高電網(wǎng)用戶的成本效益，還將用于一系列能產(chǎn)生重要價(jià)值的舉措，包括實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性和柔性的提升。在這方面，OSIsoft 的PI系統(tǒng)提供了一個(gè)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)架構(gòu)，可以幫助公用事業(yè)和其他機(jī)構(gòu)開(kāi)發(fā)分析工具。

這一平臺(tái)，還能夠?yàn)橘Y產(chǎn)框架、資產(chǎn)分析等建立一個(gè)開(kāi)發(fā)工具箱。這些能力將使 "高級(jí)分析 "以各種方式得到應(yīng)用。對(duì)于現(xiàn)有領(lǐng)域，高級(jí)分析將使分析更加深入、快速和可靠。對(duì)于新興領(lǐng)域，高級(jí)分析將融合傳統(tǒng)的獨(dú)立分析與綜合分析，并改善可持續(xù)性結(jié)果。

以ETAP數(shù)字孿生應(yīng)用，應(yīng)對(duì)未來(lái)電網(wǎng)“時(shí)空”挑戰(zhàn)

今天，施耐德電氣在電網(wǎng)側(cè)已經(jīng)擁有了以電力系統(tǒng)建模和仿真的領(lǐng)先軟件平臺(tái)ETAP為代表的數(shù)字孿生應(yīng)用。ETAP 以模型為驅(qū)動(dòng)的高級(jí)功能，包括配電狀態(tài)估計(jì)、故障定位、隔離和供電恢復(fù)、數(shù)據(jù)趨勢(shì)分析、智能減載、負(fù)荷預(yù)測(cè)、開(kāi)關(guān)優(yōu)化及開(kāi)關(guān)序列管理等功能，能夠?yàn)殡娋W(wǎng)的高效運(yùn)行提供一套可靠的解決方案。

這樣一來(lái)，通過(guò)構(gòu)建以ETAP模型為基礎(chǔ)的數(shù)字孿生平臺(tái)，就可以幫助客戶打造實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)綠色能源轉(zhuǎn)型的“利器”，以切實(shí)解決電網(wǎng)在空間和時(shí)間兩個(gè)維度上面臨的未來(lái)挑戰(zhàn)。

在空間維度上，倡導(dǎo)在配網(wǎng)側(cè)以互聯(lián)互通的智能化電氣設(shè)備為基礎(chǔ)，通過(guò)大量的邊緣數(shù)據(jù)的接入，構(gòu)建出一套完整的電力系統(tǒng)模型;在應(yīng)用、分析和服務(wù)層，還可以有效整合傳統(tǒng) SCADA 的分析能力以及 ETAP 對(duì)電力網(wǎng)絡(luò)專業(yè)的分析能力，有效地把握整體電網(wǎng)的運(yùn)行實(shí)時(shí)狀態(tài)。

在時(shí)間維度上，提出利用數(shù)字孿生技術(shù)以及微電網(wǎng)解決方案，在新能源消納從設(shè)計(jì)、建造到運(yùn)營(yíng)維護(hù)的全生命周期內(nèi)，為客戶提供完整的解決方案和系統(tǒng)工程交付，讓新能源消納帶來(lái)的社會(huì)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值清晰可見(jiàn)。

關(guān)于數(shù)字孿生應(yīng)用于電網(wǎng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的更多洞察，請(qǐng)參閱施耐德電氣最新發(fā)布的白皮書(shū)《價(jià)值驅(qū)動(dòng)的電網(wǎng)數(shù)據(jù)管理指南》，下載鏈接為：

https://download.schneider-electric.com/files?p_Doc_Ref=ECATA_Power_Grid_220402