数字孪生在电力装备领域中的应用与实现方法

数字孪生(digitaltwin,DT)是推动电力装备领域数字化、智能化发展的关键技术之一,相关研究处于初期起步阶段,如何实现电力装备数字孪生成为亟需解决的问题。该文首先阐述了数字孪生的内涵及应用;从数字孪生框架与实现方法、其在装备全寿命周期的应用、主流厂商及其平台方面总结了装备领域数字孪生的研究与应用进展;其次分析了电力装备数字孪生实现所需的关键技术;最后以变压器为例给出了基于MicrosoftAzure和ANSYS Twin Builder的电力装备多物理场数字孪生实现方法,并指出实现电力装备数字孪生在数据采集、模型构建与求解、平台使用方面的挑战。该文建议下一步开发高性能传感装置并构建合理的传感网络提升数据采集的深度与广度;开展电力装备全尺度多物理场模型的构建与实时求解算法研究;开发面向电力装备性能分析的国产化数字孪生平台。     

泛在电力物联网优化与调控方法研究

建设泛在电力物联网能够为电网的运行与管理、投资与服务开辟新的道路。依托泛在电力物联网的发展路径,可实现泛在电力物联网优化调度建设,提升能源系统的效率。首先研究了泛在电力物联网平台层和感知层的优化主体和内容,然后在此基础上构建了物理网终端设备参与的边缘优化调度模型,最后以某园区的典型日负荷为依据,选择NSGA-II智能算法对该模型进行应用,验证了该模型的可行性,整体实现了对泛在电力物联网的建设与应用。     

基于数字孪生驱动的智慧微电网多智能体协调优化控制策略

随着电力系统运行中负荷、气象、设备、电/气/热多能流等全景信息的日益增多,传统的电力系统建模仿真技术已很难适应未来智慧能源系统运行控制的需要,而结合机器学习、通信网络、高性能分析计算、物联网的数字孪生技术可以有效解决这一技术难题。首先,针对国内外不同领域对于数字孪生技术的基本定义和应用场景,讨论了面向智慧能源系统的数字孪生构建方式和未来发展思路,设计了考虑多通信协议交互的智慧微电网数字孪生和多智能体控制架构。考虑到物理空间、数字空间及耦合关系,对智慧微电网的全生命周期管理过程进行任务分解,构建调控资源智能体、调控过程智能体和调控服务智能体;然后,构建系统的数字和物理孪生体,利用传感器采集的分布式元件和周围环境的各项孪生数据,对数据库管理模块进行更新,进行组合功率预测和多目标优化决策;最后,构建基于Opal-RT半实物仿真平台的智慧微电网测试模型,利用用户数据报协议(user datagram protocol,UDP)通信协议实时感知试验数据,在微电网并网和孤岛2种工作场景下验证所提控制策略,结果表明:智慧微电网能够按照数字孪生优化后的试验方案在实际系统中执行,同时将执行情况与数字孪生系统实时交互,为全生命周期管理提供运行指导。     

人工智能在配用电系统的应用研究

正随着电力改革的深化与分布式能源、电动汽车和需求响应等技术的大规模应用,配用电系统正在变得越来越开放,其规划和运行受天气、政策、电价、用户行为等方面的影响,复杂性和面临的不确定性日益加剧,基于机理建模的分析方法越来越难以适应发展需要。泛在电力物联网的发展,为配用电系统的合理规划、高效运行和精细化管理提供了途径。泛在电力物联网以部署大     

输变电设备物联网关键技术研究思路探讨

输变电设备物联网是一个以物联网为基础的输变电设备智能监测、状态评估和全寿命周期管理一体化系统。在分析输变电设备智能化关键技术的发展现状及存在问题基础上,提出一个基本思路:通过研发输变电设备全景信息模型、感知体系、通信模型与接口规范、集成平台及全寿命周期管理等关键技术,建立与智能电网发展相适应的输变电设备物联网。最后,探讨了输变电设备物联网的应用前景。     

数字孪生技术在高压电缆领域的应用探索

高压电缆作为城市输电网络的大动脉，其安全稳定运行具有十分重要的工程意义和经济效益。随着电力物联网技术的持续发展，高压电缆的安全稳定运行将通过状态全息感知技术得到保障。文中在高压电缆领域中引入数字孪生技术对全息感知的海量数据进行有机融合与价值挖掘。文中基于数字孪生的技术内涵、技术体系以及模型要素，探索数字孪生技术在高压电缆领域的多种应用场景。文中阐明了数字孪生驱动的高压电缆设计制造技术架构以及数字孪生参与高压电缆运维的作用过程。此外，文中提出了基于现有条件实现高压电缆数字孪生的关键点。     

基于北斗与数字孪生技术的智能电网运维平台研究

针对电力系统日益复杂的运维问题,本文将北斗精准时空技术与数字孪生系统理论相结合,提出构建智能电网运维平台的方法。该方法通过将北斗与物联网传感器相结合,形成可以进行状态预测、故障诊断、自愈等功能的数字孪生运维平台。本文首先分析了北斗数字电力孪生系统总体架构,然后从数字孪生体建模理论、基于北斗的数据采集智能终端、数字孪生平台的运行模式等方面展开讨论电力系统的数字孪生体构建方法,最后进行了应用试验分析。研究结果表明,本文提出的方法对提升智能电网的运维能力具有参考价值。     

面向能源互联网数字孪生的电力物联网关键技术及展望

随着“碳达峰、碳中和”目标与以新能源为主体的新型电力系统的提出,能源技术与数字技术进一步深度融合,电网加速向能源互联网演进。构建能源互联网及其数字孪生系统对电力物联网技术提出了更高要求,也极大拓展了电力物联网的内涵和外延。该文主要围绕如何构建面向能源互联网数字孪生系统的电力物联网,分析其面临的两大科学问题：物理数字融合建模与电网资源协同互动,提出电力物联网体系架构和安全防御机制,研究“端–边–管–云–智”等多层级的关键支撑技术,包括精准感知与高效通信、高并发接入与海量数据管理、融合建模与趋优进化等技术,最后从设备、电网与用户三方面展望电力物联网支撑下的电网业务智能化典型应用。     

基于泛在电力物联网下双向长短时记忆的线损预测计算方法

随着风、光等可再生能源发电及柔性负荷的并网,使泛在电力物联网的运行调控异常复杂,导致输电线路损耗不断增大,对此提出基于双向长短期记忆的线损预测方法以指导运行调控决策.首先,在电力物联网的全时空量测环境下,提出了B系数法的线损计算模型;其次,以B系数法线损计算模型为基础,建立了泛在电力物联网的线损大数据;第三,基于人工智...     

全寿命周期管理在变电站设计中的运用

全寿命周期管理是对规划、科研、设计、招投标、建设、运行和退役各阶段的管理,即对工程项目全寿命周期内各阶段各项活动进行全局、全过程的管理。变电站作为电力资源实现优化配置的载体,是电网的重要组成部分之一,其高质量的建设和安全稳定的运行将决定电网安全,因此用全寿命周期管理进行变电站的设计是非常重要的。针对变电站设计中全寿命周期理念的应用进行初步探讨。     

基于泛在电力物联网的设备全寿命管理

文中针对内蒙古电网生产管理过程中出现的多系统间的信息孤岛情况以及对设备全寿命管理的分散性,提出了建立基于泛在电力物联网的设备全寿命管理理念和实施方案,并结合实际应用示例给出了应有效果,打通各信息应用间的壁垒,统筹应用各系统数据,实现了生产管理系统各软件之间的信息交互和应用互联,让数据流动起来产生效益,并利用数据互联互通...     

碱性电解槽运行特性数字孪生模型构建及仿真

基于传感技术、物联网技术、仿真建模技术的数字孪生技术通过物理模型与数据驱动模型的融合,已成为一种实现物理实体的真实状态仿真比对与推演评估的先进且可行的新技术。碱性电解水制氢槽是电解水制氢系统中的关键设备,基于数字孪生技术构建碱性电解槽运行特性模型,实现其特性仿真与状态评估中的应用,对电解槽的信息化、数字化及对可再生能源发电制氢系统的整体优化具有重要意义。该文首先基于碱性电解槽相关试验及制氢机理,建立了碱性电解槽阻抗特性数字孪生模型;然后选择电解槽总电压、总电流及槽体温度等特性表征参数作为观测变量,融合数学驱动模型和电化学机理模型,构建碱性电解槽运行特性数字孪生体系统;最后基于Matlab/Simulink实现碱性电解槽数字孪生模型的仿真,主要包括温升特性仿真模型、功率调节仿真模型、产氢效率仿真模型和分离罐特性仿真模型。     

电力变压器全寿命周期经济-物理综合寿命评估方法

针对电力变压器寿命定量评估问题,提出了电力变压器全寿命周期经济-物理综合寿命评估方法。首先建立电力变压器全寿命周期成本模型,分析了全寿命周期成本各组成部分与运行时间的关系,以全寿命周期成本最低原则得到电力变压器经济寿命。建立了电力变压器物理寿命评价指标体系,从电力变压器主绝缘老化程度、绝缘运行状态和部件缺陷风险三个方面进行综合评价,运用层次分析法确定了各评价指标的权重,得到电力变压器物理寿命。以电力变压器物理寿命作为基准,综合考虑经济寿命,建立全寿命周期经济-物理综合寿命模型。对某电力变压器进行实例分析,评估了该变压器的经济-物理综合寿命,验证了所提方法的合理性和实用性。     

基于全寿命周期成本的SCR脱硝系统优化分析

在严峻的环保形势、沉重的环保设施投资和运行成本以及激烈的电力市场竞争局势下,火力发电企业的SCR脱硝装置迫切需要从粗放型向精细化运行转变。为此,将全寿命周期成本引入SCR脱硝系统,从系统投资和运行维护特点出发,建立SCR脱硝系统全寿命周期成本模型,并通过对影响各成本的主要因素进行分析,研究与探讨控制和优化全寿命周期成本的途径和措施,服务电力企业SCR脱硝系统的可持续发展和合理化利用资源。     

基于物联网技术的变电设备智能巡检系统研究

电网智能化是物联网(IOT,The Internet of Things)的重要应用领域,物联网作为智能信息感知末梢,无疑将成为推动智能电网发展的重要技术手段。依托物联网技术,从信息化深化应用出发,通过把资产全寿命周期管理与变电站运行管理相结合,探讨了新一代基于物联网架构的变电设备智能化巡检软件的系统体系架构。阐述了系统结构、关键技术及主要功能,并介绍了对系统的扩展应用。通过对目前变电设备巡检系统的智能化升级改造,系统在开放性、安全性、可靠性、易用易维护性上充分体现设备精细化管理,该变电设备智能巡检系统的研究对于物联网在智能电网中的应用和资产全寿命周期管理都有推广意义。     

电网资产全寿命周期管理评价指标构建关键因素分析

在对目前国内电网资产管理的现状和电网资产全寿命周期管理特点剖析的基础上,结合霍尔三维结构模型,提出对评价对象、评价主体全面分析和对评价目标进行多维多层次多视角分解的思想,并在此基础上,以某省电力公司下属的五个市供电公司资产运行维护阶段效能管理的评价为例,给出适合于电网资产全寿命周期管理的评价指标筛选和指标检验的方法和关键点。通过以上各种关键因素分析,可构建出合理的评价指标体系。     

基于物联网的具有全景功能的全维度设备状态监测系统研究

在智能电网中应用物联网技术,可以有效整合电网信息资源,实现电网信息的精细化和可视化。当前,物联网在电网中的应用相对简单,在电网设备运行监控和电力资产管理中尚无具体应用。针对输变电设备在电网系统中的重要性和智能电网的国家战略,研究基于全景数据的输变电设备状态监测系统,把信息模型引入到输变电设备的物联网中。根据输变电设备全寿命周期管理业务所需的设备全景信息,针对智能变电站设备,提出一个全面的全景信息建模方案,通过仿真分析监测网络的性能。该研究为我国输变电设备状态监测系统的发展提供参考和借鉴。     

电网资产全寿命周期管理评价指标构建关键因素分析

在对目前国内电网资产管理的现状和电网资产全寿命周期管理特点剖析的基础上,结合霍尔三维结构模型,提出对评价对象、评价主体全面分析和对评价目标进行多维多层次多视角分解的思想,并在此基础上,以某省电力公司下属的五个市供电公司资产运行维护阶段效能管理的评价为例,给出适合于电网资产全寿命周期管理的评价指标筛选和指标检验的方法和关键点.通过以上各种关键因素分析,可构建出合理的评价指标体系.     

基于全寿命周期成本的电力变压器检修决策

电力变压器作为电网系统中的枢纽设备,其运行的可靠性和经济性与电网的安全运行有着必不可分的关系。为统筹兼顾变压器可靠性与经济性,确定最佳检修策略,从全寿命周期成本的角度出发,考虑了大修方式下动态的役龄回退因子以及小修对役龄回退和故障率的影响,建立了大修和小修同时影响下的动态的役龄回退模型,并据此建立以全寿命周期成本最小为目标的电力变压器全寿命周期成本模型;同时将搜索步长的自适应和参数Pa的自适应策略相结合对布谷鸟搜索算法进行改进,然后应用改进的布谷鸟搜索算法对变压器检修成本模型进行了优化,得到变压器最优的大修时间以及对应的全寿命周期成本;最后将3次大修、2次大修以及等时间间距大修情况进行了对比,结果表明,在保证可靠性的前提下,3次大修的方案具有最优的经济性。     

电力变压器全寿命周期成本建模及其灵敏度分析

为提高电力变压器设备经济寿命及运行可靠性,降低设备全寿命周期总成本,比较分析电力变压器全寿命周期各阶段的关键影响因素,对电力变压器全寿命周期成本(LCC)进行较精确的建模,提出灵敏度分析方法,并结合实际算例计算分析设备LCC及其影响因素,为降低总成本提供理论支撑,为设备运行管理提供决策支持。