當(dāng)前，基于當(dāng)前國內(nèi)經(jīng)濟社會發(fā)展新形勢和世界能源發(fā)展新趨勢，各地都陸續(xù)建成了涵蓋能源數(shù)據(jù)庫、能源監(jiān)測協(xié)調(diào)優(yōu)化中心的區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)平臺，并基于平臺實現(xiàn)了分布式電源、儲能、充電樁和可調(diào)負(fù)荷的持續(xù)接入。
另一方面，伴隨著我國新能源規(guī)模的擴大和企業(yè)運營模式的創(chuàng)新，各地區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的源網(wǎng)荷儲協(xié)同運行面臨越發(fā)復(fù)雜的運行環(huán)境、運行約束和運行目標(biāo)。具體來看，主要是以下三點：
1. 直接管理大規(guī)模的分布式電源的調(diào)控難度大;
2. 伴隨可再生能源發(fā)電量的提升，電網(wǎng)安全經(jīng)濟運行面臨新能源消納與管控、電能質(zhì)量諸多問題;
3. 源、荷、儲地理分布式散、運行特性差異大，三者空間匹配度、時間匹配度差，優(yōu)化協(xié)調(diào)調(diào)度難度大。
現(xiàn)有系統(tǒng)運行仿真技術(shù)無法適應(yīng)區(qū)域內(nèi)源、網(wǎng)、荷、儲分散、靈活、互動的運行特點，無法有效降低分布式電源調(diào)度的復(fù)雜性和控制對象的數(shù)量級，難以通過特性等值、出力穩(wěn)定性、可調(diào)控性和虛擬電廠的形式參與現(xiàn)有電力系統(tǒng)的調(diào)度。
據(jù)了解，部分國內(nèi)區(qū)域電力公司已經(jīng)在變電站等場景展開數(shù)字孿生相關(guān)項目探索，通過實時采集傳感器數(shù)據(jù)，監(jiān)測系統(tǒng)運行狀態(tài)，推演設(shè)備系統(tǒng)運行態(tài)勢，為反饋控制提供決策方案。對于電網(wǎng)業(yè)務(wù)來說，電網(wǎng)數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用，對電網(wǎng)歷史數(shù)據(jù)資產(chǎn)分析、生產(chǎn)作業(yè)模式改變、設(shè)備運維成本控制、系統(tǒng)運行效率提升等領(lǐng)域都有明顯的提升作用。
數(shù)字孿生是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)落地的核心和關(guān)鍵，目前實用場景主要有兩大類：一是產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計，主要體現(xiàn)為產(chǎn)品生命周期管理解決方案。二是產(chǎn)品使用過程的數(shù)字化，主要服務(wù)模式是基于狀態(tài)的維護(hù)。因此，積極基于數(shù)字孿生技術(shù)開展區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)協(xié)調(diào)優(yōu)化方案，能助力指導(dǎo)能源互聯(lián)網(wǎng)數(shù)字孿生云平臺建設(shè)，滿足多個區(qū)域、多系統(tǒng)之間的孿生體仿真運行以及在線交互，為新能源消納、變電站/換流站智能監(jiān)測運維、電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制等能源互聯(lián)網(wǎng)典型業(yè)務(wù)場景提供運行推演決策支撐。
對于“數(shù)字孿生”，我們通常將其定義為“物理對象或系統(tǒng)在其生命周期中的虛擬表示，使用實時數(shù)據(jù)來實現(xiàn)理解、學(xué)習(xí)和推理。因此，數(shù)字孿生體是真實電網(wǎng)的一比一的虛擬仿真鏡像。簡單來看，數(shù)字孿生體和真實電網(wǎng)的關(guān)系如圖所示：
每一個物理世界中的電網(wǎng)設(shè)備在虛擬世界中都有一個與之相對應(yīng)的數(shù)字孿生電網(wǎng)設(shè)備。數(shù)字孿生電網(wǎng)設(shè)備的輸入輸出表現(xiàn)與物理世界中與之對應(yīng)的電網(wǎng)設(shè)備相同。物理世界中的電網(wǎng)設(shè)備運行數(shù)據(jù)通過傳感器采集后發(fā)送給虛擬世界中的數(shù)字孿生電網(wǎng)設(shè)備，用于數(shù)字孿生電網(wǎng)設(shè)備的模型校準(zhǔn)。虛擬世界中的數(shù)字孿生電網(wǎng)設(shè)備模擬運行中產(chǎn)生的相關(guān)信息傳回物理世界中的電網(wǎng)設(shè)備，操控電網(wǎng)設(shè)備以提高電網(wǎng)運行效率。
能源互聯(lián)網(wǎng)數(shù)字孿生系統(tǒng)由云平臺、容器平臺、容器治理、微服務(wù)、微服務(wù)治理、實時總線、消息總線等多個軟件模塊構(gòu)成。各個軟件模塊協(xié)同工作，進(jìn)行數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)、消息交互，共同完成能源互聯(lián)網(wǎng)數(shù)字孿生系統(tǒng)的業(yè)務(wù)需求。數(shù)字孿生模型之間通過實時總線交互，進(jìn)行實時數(shù)據(jù)傳遞和相互影響，實現(xiàn)對電力系統(tǒng)的暫態(tài)模擬和穩(wěn)態(tài)模擬;數(shù)字孿生模型之間通過消息總線交互，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，實現(xiàn)低時間要求的電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)模擬、模型參數(shù)修正、模型參數(shù)查詢等功能。基于各個分布的私有云之間同步電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)和暫態(tài)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)不同地理位置的數(shù)字孿生私有云的協(xié)同計算，實現(xiàn)對整個大電網(wǎng)的數(shù)字孿生模擬。通過北斗衛(wèi)星校時、授時協(xié)議、多地同步原子鐘等手段，實現(xiàn)數(shù)據(jù)幀的時間同步。要注意電流的傳輸耗時、對時間同步數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的延遲處理以便真實的模擬出物理電網(wǎng)的狀態(tài)變化時序和各子電網(wǎng)相互影響的距離特征。
數(shù)字孿生模型是運行在容器上的仿真程序，數(shù)字孿生模型根據(jù)模擬物理實體的不同屬性、精度以及響應(yīng)速度要求，可以包含各種子模型，例如機理子模型、數(shù)據(jù)驅(qū)動子模型(神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)實現(xiàn))、3D構(gòu)造模型、電磁暫態(tài)模型、穩(wěn)態(tài)模型等。同時，數(shù)字孿生模型還包括模型適配器和自適應(yīng)計算單元。
1、模式適配器：用來跟第三方和歷史仿真程序進(jìn)行適配，從而對外提供統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)接口，并能充分利用現(xiàn)有軟件資源。
2、自適應(yīng)計算單元：根據(jù)總線數(shù)據(jù)和自身參數(shù)的合理性校核，更改輸入輸出數(shù)據(jù)并反饋給連接的下游數(shù)字孿生模型，經(jīng)多次循環(huán)后迅速達(dá)到系統(tǒng)平衡，實現(xiàn)數(shù)字孿生體的自我治理、自我適應(yīng)、相互關(guān)聯(lián)、相互博弈的群體性智能能力。
不同數(shù)字孿生子模型由數(shù)字孿生體總模型組織在一起，并提供對外界交互需求的自動路由功能，根據(jù)傳入數(shù)字孿生體的請求類型，自動路由分配到對應(yīng)的數(shù)字孿生子模型進(jìn)行處理，并反饋數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)需求方。對外提供標(biāo)準(zhǔn)化的統(tǒng)一接口，降低系統(tǒng)復(fù)雜度，提升數(shù)字孿生體系的可擴展性和插件化。
從設(shè)備、封裝、計算三個方面構(gòu)建數(shù)字孿生三級模型體系，包含一級設(shè)備模型，二級封裝模型，三級計算模型，提供能源互聯(lián)網(wǎng)仿真計算服務(wù)和人工智能訓(xùn)練框架，支撐業(yè)務(wù)模型的迭代優(yōu)化。
一級設(shè)備模型：構(gòu)建能源互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)風(fēng)力電站、光伏電站、儲能電站、可調(diào)負(fù)荷等相關(guān)孿生體模板，實現(xiàn)孿生體注冊與管理;
二級封裝模型：對能源互聯(lián)網(wǎng)中的分布式能源進(jìn)行聚合降維構(gòu)成虛擬電廠，基于數(shù)據(jù)驅(qū)動技術(shù)對虛擬電廠爬坡率、電力潮流、出力上下限、調(diào)度成本等調(diào)度特性進(jìn)行封裝，實現(xiàn)源荷儲孿生體向虛擬電廠的封裝;
三級計算模型：構(gòu)建優(yōu)化調(diào)度算法，實現(xiàn)虛擬電廠和電網(wǎng)數(shù)據(jù)的實時融合、實時計算、動態(tài)分析、輔助決策，集成多尺度仿真模型，支撐能源互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的實時平衡、一次調(diào)頻、二次調(diào)頻。
模型體系涵蓋能源互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的三道防線、一次設(shè)備和二次設(shè)備、軟開關(guān)等。因此，如何實現(xiàn)降低數(shù)字孿生體系的計算復(fù)雜度、實現(xiàn)數(shù)字孿生體模擬體系的可擴展性、扁平化、快速擴容能力等，建議是可以基于傳統(tǒng)有限元計算方法實現(xiàn)模型的計算。例如，最近出現(xiàn)利用機器學(xué)習(xí)AI求解電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)數(shù)字孿生模型PDE(偏微分方程)的新方法,即通過機器學(xué)習(xí)的方法自動對連續(xù)的物理方程進(jìn)行離散化的方法，此類方法將預(yù)期帶來數(shù)字孿生模型的求解效率的大幅提升，機器學(xué)習(xí)得到的獲得PDE數(shù)值解的方法不僅在準(zhǔn)確度上秒殺傳統(tǒng)的PDE離散方法，更是省去了傳統(tǒng)方法中需要對PDE構(gòu)造不同的復(fù)雜離散格式的繁瑣工作，很適合能源互聯(lián)網(wǎng)數(shù)字孿生模型的求解和模擬。
寄云科技NeuSeer工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品，以基于數(shù)據(jù)智能的完整開發(fā)方案，為構(gòu)建基于數(shù)字孿生的區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)協(xié)調(diào)優(yōu)化方案持續(xù)賦能。一方面，寄云科技為企業(yè)提供了豐富的工業(yè)數(shù)據(jù)采集和邊緣計算能力，支持公式指標(biāo)計算、AI算法模型計算、規(guī)則計算、工業(yè)大數(shù)據(jù)湖和物聯(lián)網(wǎng)模型，幫助實現(xiàn)能源設(shè)備的實時狀態(tài)的采集和狀態(tài)監(jiān)測;另一方面，寄云科技提供便捷的數(shù)據(jù)分析建模平臺以及工業(yè)可視化開發(fā)工具，以海量數(shù)據(jù)預(yù)處理、機器學(xué)習(xí)和人工智能建模分析以及模型在線部署能力，幫助企業(yè)通過智能的分析建模，有效挖掘數(shù)據(jù)價值，助力能源企業(yè)實現(xiàn)更全面的狀態(tài)監(jiān)測和關(guān)鍵指標(biāo)的性能預(yù)測，持續(xù)推動我國區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)高質(zhì)量升級發(fā)展。
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