隨著連接虛擬世界和物理世界的技術基礎不斷增強，數字孿生的價值正在加速顯現。在電網行業，數字孿生可以幫助改善決策，并在虛擬化/軟件定義的環境中使用強大的模擬器及分析技術，來優化電網的業務。那么，應用于這一領域的數字孿生正經歷著哪些發展變化，又如何面對業務需求的挑戰？
業務及技術驅動因素，共同(tong)促進數字孿生應用發(fa)展(zhan)
與(yu)之前相比，數字孿(luan)生(sheng)(sheng)在電網(wang)行業的(de)(de)應用(yong)和發(fa)展(zhan)無疑(yi)正在加(jia)(jia)速。施耐(nai)德電氣(qi)認為，來自業務和技(ji)術方面的(de)(de)驅動(dong)(dong)因素將(jiang)共同促(cu)進(jin)這(zhe)一發(fa)展(zhan)趨勢(shi)。例如，軟件的(de)(de)增加(jia)(jia)和各種(zhong)模(mo)擬器、協同模(mo)擬和多階(jie)段模(mo)擬的(de)(de)持(chi)續(xu)改進(jin)，都(dou)將(jiang)成為推(tui)動(dong)(dong)數字孿(luan)生(sheng)(sheng)進(jin)一步(bu)發(fa)展(zhan)的(de)(de)動(dong)(dong)力。
具(ju)體而言，在(zai)業務層面，數字孿(luan)生的(de)(de)(de)(de)增長反映了人們(men)認識到進一步(bu)優化需(xu)要(yao)更(geng)廣泛(fan)的(de)(de)(de)(de)系統視圖，例如電網(wang)和電網(wang)邊緣資源等資產之間的(de)(de)(de)(de)互動。另一個驅(qu)動因素(su)則是對(dui)數據進行估值(zhi)的(de)(de)(de)(de)意愿，因為越來越多的(de)(de)(de)(de)利益相關(guan)者將數據視為一種資產。與(yu)此同(tong)時，在(zai)可(ke)持(chi)續性、風險管理和網(wang)絡安(an)全(quan)等方面的(de)(de)(de)(de)新需(xu)求，同(tong)樣(yang)正(zheng)在(zai)推(tui)動行業對(dui)數字孿(luan)生的(de)(de)(de)(de)需(xu)求。未來，在(zai)需(xu)求的(de)(de)(de)(de)推(tui)動下，甚至有望誕生出數字孿(luan)生市場這一新模式(shi)，從而使得市場中的(de)(de)(de)(de)各方可(ke)以利用數據共同(tong)創造(zao)價值(zhi)。
來(lai)自(zi)技(ji)術(shu)層面的(de)(de)驅動因素(su)，同樣(yang)有著強勁的(de)(de)動力。隨(sui)著“軟(ruan)件定義一切”理念(nian)的(de)(de)日趨成熟(shu)，軟(ruan)件將(jiang)越(yue)來(lai)越(yue)多地定義自(zi)動化(hua)、網絡、存(cun)儲(chu)(chu)(chu)、數據(ju)中心(xin)等設施。另(ling)一個驅動因素(su)，則是(shi)平(ping)臺業務在(zai)生(sheng)態系統內有選擇地共享數據(ju)。例如，混合(he)云(yun)技(ji)術(shu)的(de)(de)出(chu)現(xian)，使(shi)公(gong)(gong)共信(xin)息(xi)可(ke)以存(cun)儲(chu)(chu)(chu)在(zai)公(gong)(gong)共云(yun)中，而(er)敏(min)感(gan)信(xin)息(xi)則可(ke)以存(cun)儲(chu)(chu)(chu)在(zai)私有云(yun)中。同樣(yang)，數據(ju)不斷被(bei)“容器化(hua)”以加速業務流程的(de)(de)趨勢，也推(tui)動了數字孿生(sheng)的(de)(de)發(fa)展(zhan)。
高級配電管(guan)理系統(tong)、建(jian)筑數(shu)據管(guan)理為兩大應用場景
施耐德電氣認為，未來，數字孿生與電網相關的應用場景，主要將集中在高級配電管理系統及建筑數據管理。一方面，伴隨著電網擴張、新型工業物聯網 (IIoT) 設備的滲透、新系統與公用事業信息技術/運營技術 (IT/OT) 的整合，公用事業收集和處理的數據量正在顯著增加，而所有這些數據都將被傳送到高級配電管理系統。
施耐德電(dian)(dian)氣對高級(ji)配電(dian)(dian)管(guan)(guan)理(li)(li)系(xi)統模型管(guan)(guan)理(li)(li)的(de)愿(yuan)景是高度(du)自動化(hua)、端到端、無縫的(de)模型管(guan)(guan)理(li)(li)體(ti)驗(yan)，只需最少(shao)的(de)用戶干預即可(ke)進(jin)行(xing)電(dian)(dian)網管(guan)(guan)理(li)(li)。這(zhe)意(yi)味著，數(shu)字孿(luan)生需要提(ti)供一個準確的(de)、最新的(de)、可(ke)訪問的(de)網絡模型，使(shi)公用事(shi)業能夠(gou)應對氣候變化(hua)和其(qi)他(ta)挑戰(zhan)。
另一(yi)方面，在發達(da)國家，建筑行業(ye)是(shi)最大(da)的最終能(neng)源消(xiao)費者之一(yi)，其(qi)消(xiao)耗占比高達(da)總能(neng)源的40%。現有(you)建筑尤其(qi)是(shi)商業(ye)建筑中，蘊藏著改善終端能(neng)效(xiao)、需求響應、本地電網支持、可(ke)再生能(neng)源滲透率和(he)彈性(xing)的巨大(da)機會。因此，建筑數據管理(li)同樣是(shi)與電網相關(guan)的數字(zi)孿生的一(yi)大(da)應用場景。
在這方面，一個建(jian)筑的(de)數字(zi)孿生應(ying)該包括一個使用(yong)建(jian)筑信息模型(xing)的(de)靜態結構模型(xing)、一個功能(neng)性的(de)、動(dong)態的(de)建(jian)筑能(neng)源模型(xing)，以及(ji)結合了(le)來自(zi)電表(biao)和傳感(gan)器的(de)實(shi)(shi)時數據的(de)自(zi)適(shi)應(ying)模型(xing)。隨著物聯網設備的(de)日益普及(ji)，這項(xiang)技(ji)術越來越容易實(shi)(shi)現。
建(jian)筑(zhu)數(shu)字孿生不(bu)僅可以(yi)促進更準確、更可預測的(de)設計和施(shi)工交付過(guo)程，還有(you)助(zhu)于(yu)建(jian)筑(zhu)在竣工試運行(xing)后的(de)運維。建(jian)筑(zhu)運維人員可以(yi)使用該(gai)數(shu)字孿生來分析建(jian)筑(zhu)的(de)行(xing)為，并最終定義新的(de)控制方(fang)案，根據目標調整建(jian)筑(zhu)的(de)性能。此外，建(jian)筑(zhu)還將(jiang)在電(dian)(dian)(dian)動汽車智(zhi)能充電(dian)(dian)(dian)領域(yu)發揮核心作用。建(jian)筑(zhu)層面的(de)智(zhi)能充電(dian)(dian)(dian)可以(yi)避免(mian)大(da)量(liang)的(de)基礎(chu)設施(shi)投資(zi)，提高(gao)本(ben)地(di)和全球電(dian)(dian)(dian)網的(de)彈性，并節省(sheng)大(da)量(liang)的(de)運營成本(ben)。
多數字孿生(sheng)協(xie)同及軟件、服(fu)務(wu)的復雜性成為挑戰
在(zai)不斷發展的應用需求(qiu)面前，數(shu)字孿生同樣面臨(lin)技(ji)術和業務層面的挑戰。在(zai)技(ji)術層面，由(you)于來自物聯網等來源(yuan)的數(shu)據量正在(zai)迅速增長，且新的模擬需求(qiu)不斷涌現，因此配電公(gong)司將需要不止(zhi)一(yi)個(ge)數(shu)字孿生。
例如，人們未來可(ke)能(neng)(neng)同時(shi)需要促進(jin)控制中心和變電站(zhan)之間(jian)數據模型(xing)交換(huan)的(de)靜態孿生、促進(jin)高(gao)級配電管理系統(tong)和地理信(xin)息系統(tong)之間(jian)動(dong)態數據模型(xing)更新和驗證的(de)功(gong)能(neng)(neng)性孿生、包含動(dong)態變化功(gong)能(neng)(neng)的(de)自適應數字孿生，以及為復雜規劃方案提供支持的(de)智能(neng)(neng)數字孿生等。因(yin)此，確保多個數字孿生通過(guo)協作或聯合來協同工作，將成為一項關鍵的(de)技術挑戰。
而(er)在業務層面，數字孿生(sheng)也面臨著(zhu)挑戰。數字孿生(sheng)的(de)(de)實現(xian)需(xu)要(yao)(yao)日益復雜的(de)(de)軟件和服務，軟件關系(xi)到離線運行或接收實時數據等不同(tong)類型(xing)的(de)(de)模擬器，以(yi)及模型(xing)管理平臺。隨著(zhu)數據增加，由各方(fang)提供的(de)(de)服務可能(neng)也將增多。此外，還需(xu)要(yao)(yao)盡量避免為(wei)每個應用(yong)程序重新(xin)創建數字孿生(sheng)。
施耐(nai)德電氣(qi)提供(gong)模(mo)型(xing)驅(qu)動的電網管理解(jie)決方(fang)案
針對這些(xie)(xie)挑戰，施耐德電(dian)(dian)氣能(neng)夠通(tong)過可互操作的電(dian)(dian)網數字孿(luan)生，為配電(dian)(dian)公(gong)司提供模型驅動的電(dian)(dian)網管(guan)理解(jie)決(jue)(jue)方案。這些(xie)(xie)解(jie)決(jue)(jue)方案適用于企業層(ceng)面、變電(dian)(dian)站和饋線層(ceng)面，以及使用數字日志(zhi)的互聯資(zi)產層(ceng)面。
在這一(yi)領域，施耐德電(dian)(dian)氣的目標(biao)包括(kuo)打(da)破數(shu)據孤(gu)島、提(ti)供標(biao)準化(hua)和模板化(hua)的電(dian)(dian)網資產數(shu)字孿生，并繼續推進不同軟件(jian)應用程(cheng)序之間的深度整合(he)，例如高(gao)級配電(dian)(dian)管理系(xi)統(tong)和地(di)理信息系(xi)統(tong)或(huo)變電(dian)(dian)站自(zi)動(dong)化(hua)工程(cheng)之間的整合(he)。
數字日志是一個在線存(cun)儲庫，可(ke)以(yi)將所(suo)有利益相(xiang)關者(zhe)提(ti)供(gong)的所(suo)有設備信(xin)息(xi)、維護記錄(lu)和項目文(wen)檔保存(cun)在更安全、更易于(yu)訪問的地方，還可(ke)以(yi)使用多種(zhong)數字工具(ju)進(jin)行訪問。數字孿生(sheng)使人員能夠記錄(lu)重要(yao)的施工文(wen)件(jian)、用戶指南和維護計劃(hua)。這改善了(le)協作(zuo)，增進(jin)了(le)洞察，同(tong)時也(ye)降低(di)了(le)成本。
數(shu)字孿生同樣為更(geng)強的(de)(de)(de)數(shu)據分析(xi)能力提供了良好(hao)的(de)(de)(de)基礎。數(shu)據分析(xi)不僅將用(yong)于提高電網用(yong)戶的(de)(de)(de)成(cheng)本效益(yi)，還將用(yong)于一系列能產生重要價值的(de)(de)(de)舉措，包(bao)括實現可持續性和(he)柔性的(de)(de)(de)提升。在這方(fang)面，OSIsoft 的(de)(de)(de)PI系統(tong)提供了一個數(shu)據基礎架構，可以幫助公用(yong)事業和(he)其他(ta)機構開發分析(xi)工具(ju)。
這一(yi)平(ping)臺，還能(neng)夠(gou)為資產框架、資產分析(xi)(xi)等建立一(yi)個開(kai)發工具(ju)箱。這些能(neng)力將(jiang)使(shi) "高級(ji)分析(xi)(xi) "以各種方式得到應用。對(dui)于(yu)(yu)現有領域，高級(ji)分析(xi)(xi)將(jiang)使(shi)分析(xi)(xi)更加深入、快速(su)和可靠。對(dui)于(yu)(yu)新興(xing)領域，高級(ji)分析(xi)(xi)將(jiang)融合傳統的獨立分析(xi)(xi)與綜合分析(xi)(xi)，并改善可持續(xu)性結果。
以ETAP數(shu)字孿生應(ying)(ying)用，應(ying)(ying)對(dui)未(wei)來(lai)電網“時空(kong)”挑戰
今(jin)天，施耐(nai)德電(dian)(dian)氣在(zai)電(dian)(dian)網(wang)側(ce)已經(jing)擁有(you)了(le)以電(dian)(dian)力系統建模和仿真的(de)(de)領先軟件平臺ETAP為代(dai)表的(de)(de)數(shu)字(zi)孿生應用。ETAP 以模型為驅動的(de)(de)高(gao)級功能(neng)，包括配電(dian)(dian)狀態估(gu)計、故(gu)障定位、隔(ge)離和供(gong)(gong)電(dian)(dian)恢復、數(shu)據趨勢分析、智(zhi)能(neng)減載(zai)、負荷(he)預測(ce)、開關優化及開關序列管理等功能(neng)，能(neng)夠為電(dian)(dian)網(wang)的(de)(de)高(gao)效運(yun)行(xing)提供(gong)(gong)一套可靠的(de)(de)解決方案。
這樣一來，通過構建(jian)以(yi)ETAP模型(xing)為基(ji)礎的(de)數字孿生(sheng)平(ping)臺，就可以(yi)幫助客戶打造實現(xian)電力系統綠色(se)能源轉型(xing)的(de)“利(li)器”，以(yi)切實解決電網在(zai)空間和時間兩(liang)個維度上(shang)面(mian)臨(lin)的(de)未來挑戰。
在(zai)空間(jian)維度上，倡導在(zai)配網側以(yi)互聯互通(tong)的智(zhi)能化電氣設備為基(ji)礎，通(tong)過大量的邊緣數據的接入，構建(jian)出一套完整的電力系統模(mo)型；在(zai)應用、分(fen)析和服務層，還(huan)可(ke)以(yi)有(you)效整合(he)傳統 SCADA 的分(fen)析能力以(yi)及 ETAP 對電力網絡專業的分(fen)析能力，有(you)效地(di)把握整體電網的運行實時(shi)狀態。
在時間維度(du)上(shang)，提(ti)(ti)出利(li)用數字孿生(sheng)技術以及微電網解(jie)決方(fang)案，在新能源消(xiao)納(na)從設計、建造(zao)到運(yun)營維護的全生(sheng)命周(zhou)期內(nei)，為客戶提(ti)(ti)供完整的解(jie)決方(fang)案和系統工程交付(fu)，讓新能源消(xiao)納(na)帶(dai)來(lai)的社(she)會價值(zhi)和經濟價值(zhi)清晰可見(jian)。
