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(ji)技術驅動因素，共(gong)同促進數字孿生應用發展
與之前相比，數(shu)字(zi)孿(luan)生(sheng)在電網行業(ye)(ye)的應用和發(fa)展無疑正在加(jia)速。施耐(nai)德電氣認(ren)為(wei)，來自業(ye)(ye)務和技術方面的驅動因素將(jiang)共同(tong)促進這(zhe)一發(fa)展趨勢。例如，軟(ruan)件的增加(jia)和各種模(mo)擬器、協同(tong)模(mo)擬和多階段模(mo)擬的持續改進，都將(jiang)成為(wei)推動數(shu)字(zi)孿(luan)生(sheng)進一步發(fa)展的動力(li)。
具體而言(yan)，在(zai)業務(wu)層面，數(shu)字孿(luan)生的(de)(de)(de)增(zeng)長反映了人們認識(shi)到進一步(bu)優化(hua)需(xu)要更廣泛的(de)(de)(de)系統視(shi)圖，例如電(dian)網(wang)(wang)(wang)和電(dian)網(wang)(wang)(wang)邊緣資源等資產(chan)之間的(de)(de)(de)互(hu)動(dong)(dong)。另(ling)一個驅動(dong)(dong)因素則(ze)是(shi)對數(shu)據進行估值的(de)(de)(de)意愿，因為越(yue)來越(yue)多的(de)(de)(de)利益(yi)相關者將數(shu)據視(shi)為一種資產(chan)。與此同時，在(zai)可持續性、風(feng)險管理(li)和網(wang)(wang)(wang)絡安全等方面的(de)(de)(de)新需(xu)求，同樣正(zheng)在(zai)推動(dong)(dong)行業對數(shu)字孿(luan)生的(de)(de)(de)需(xu)求。未來，在(zai)需(xu)求的(de)(de)(de)推動(dong)(dong)下，甚至有望誕生出(chu)數(shu)字孿(luan)生市(shi)場這(zhe)一新模(mo)式，從而使得市(shi)場中的(de)(de)(de)各(ge)方可以利用數(shu)據共(gong)同創造價值。
來(lai)自技術層(ceng)面的(de)(de)驅動(dong)因素，同樣有(you)著強(qiang)勁(jing)的(de)(de)動(dong)力。隨(sui)著“軟件(jian)(jian)定義(yi)一(yi)切”理念的(de)(de)日趨成熟，軟件(jian)(jian)將越來(lai)越多地定義(yi)自動(dong)化、網(wang)絡、存儲(chu)、數據(ju)中(zhong)心等設施。另一(yi)個驅動(dong)因素，則是平(ping)臺業(ye)務在生(sheng)態(tai)系統內有(you)選擇地共享數據(ju)。例如，混合(he)云技術的(de)(de)出現，使(shi)公(gong)共信息可以(yi)存儲(chu)在公(gong)共云中(zhong)，而敏感信息則可以(yi)存儲(chu)在私(si)有(you)云中(zhong)。同樣，數據(ju)不斷(duan)被“容器化”以(yi)加速業(ye)務流程的(de)(de)趨勢，也推動(dong)了數字孿生(sheng)的(de)(de)發展(zhan)。
高級配電管理系統、建筑數(shu)據管理為兩大應用場景
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(shi)耐(nai)德電(dian)氣對高(gao)級配電(dian)管(guan)(guan)理系統模(mo)型(xing)管(guan)(guan)理的(de)(de)愿景是高(gao)度自(zi)動(dong)化、端到端、無(wu)縫的(de)(de)模(mo)型(xing)管(guan)(guan)理體驗，只需(xu)最少的(de)(de)用(yong)(yong)戶(hu)干預即可(ke)進行電(dian)網管(guan)(guan)理。這(zhe)意味著，數字孿生需(xu)要提(ti)供(gong)一個準確的(de)(de)、最新的(de)(de)、可(ke)訪(fang)問的(de)(de)網絡模(mo)型(xing)，使(shi)公用(yong)(yong)事業能夠應(ying)對氣候變(bian)化和其他挑戰。
另一方面，在發達國家，建(jian)筑行業是最大的最終(zhong)能(neng)(neng)源消費者之(zhi)一，其(qi)消耗占比高達總(zong)能(neng)(neng)源的40%。現有建(jian)筑尤其(qi)是商業建(jian)筑中，蘊藏(zang)著改善終(zhong)端能(neng)(neng)效(xiao)、需求(qiu)響應、本地電網支持、可再(zai)生(sheng)能(neng)(neng)源滲透率(lv)和彈性的巨大機會。因此，建(jian)筑數據(ju)管理同樣是與(yu)電網相關(guan)的數字孿生(sheng)的一大應用場景。
在這方面，一個建(jian)筑的(de)(de)(de)數字孿(luan)生(sheng)應(ying)該包括一個使用建(jian)筑信息模(mo)型(xing)的(de)(de)(de)靜態結構(gou)模(mo)型(xing)、一個功能性(xing)的(de)(de)(de)、動態的(de)(de)(de)建(jian)筑能源模(mo)型(xing)，以及(ji)結合了來自(zi)(zi)電表和傳感器(qi)的(de)(de)(de)實(shi)時數據的(de)(de)(de)自(zi)(zi)適(shi)應(ying)模(mo)型(xing)。隨(sui)著物聯網設備的(de)(de)(de)日益普及(ji)，這項(xiang)技術(shu)越來越容易實(shi)現。
建(jian)(jian)筑(zhu)數字(zi)孿生不僅可以促進更準確、更可預測的(de)設計和施(shi)工交付過程，還有助于建(jian)(jian)筑(zhu)在(zai)(zai)竣工試(shi)運(yun)行后的(de)運(yun)維。建(jian)(jian)筑(zhu)運(yun)維人(ren)員可以使用(yong)該數字(zi)孿生來(lai)分(fen)析建(jian)(jian)筑(zhu)的(de)行為，并最終定義新(xin)的(de)控(kong)制方(fang)案(an)，根據目標調整建(jian)(jian)筑(zhu)的(de)性能。此(ci)外(wai)，建(jian)(jian)筑(zhu)還將在(zai)(zai)電動(dong)汽車(che)智能充電領域發揮核心作用(yong)。建(jian)(jian)筑(zhu)層面的(de)智能充電可以避免大(da)(da)量的(de)基(ji)礎設施(shi)投資，提高本(ben)地和全(quan)球電網(wang)的(de)彈性，并節省(sheng)大(da)(da)量的(de)運(yun)營成本(ben)。
多數字孿生協(xie)同及軟(ruan)件、服務的復雜性成為挑(tiao)戰
在(zai)不(bu)斷(duan)發展的應用需(xu)求面前，數字孿生(sheng)同(tong)樣(yang)面臨技術和業務層(ceng)(ceng)面的挑戰。在(zai)技術層(ceng)(ceng)面，由于來自物聯(lian)網等(deng)來源的數據(ju)量正在(zai)迅速增長(chang)，且新(xin)的模擬需(xu)求不(bu)斷(duan)涌現，因此配電公司將需(xu)要不(bu)止一個數字孿生(sheng)。
例如(ru)，人(ren)們(men)未來可(ke)能(neng)同時需要促(cu)進(jin)控制中心(xin)和變電站(zhan)之間數(shu)(shu)據(ju)模型交換(huan)的(de)靜態孿(luan)生(sheng)、促(cu)進(jin)高級配電管(guan)理(li)(li)系統(tong)和地理(li)(li)信息系統(tong)之間動態數(shu)(shu)據(ju)模型更新和驗(yan)證的(de)功能(neng)性孿(luan)生(sheng)、包(bao)含動態變化功能(neng)的(de)自適應數(shu)(shu)字孿(luan)生(sheng)，以及為(wei)復雜規劃方(fang)案提供支持(chi)的(de)智能(neng)數(shu)(shu)字孿(luan)生(sheng)等。因此(ci)，確保多個數(shu)(shu)字孿(luan)生(sheng)通過協作(zuo)或(huo)聯合來協同工作(zuo)，將成(cheng)為(wei)一項關鍵的(de)技術挑(tiao)戰。
而在業務(wu)層面，數(shu)(shu)字孿(luan)生(sheng)也(ye)(ye)面臨著挑戰。數(shu)(shu)字孿(luan)生(sheng)的(de)實(shi)現需要(yao)日益復雜的(de)軟件(jian)和服(fu)務(wu)，軟件(jian)關系到離線運行(xing)或接(jie)收實(shi)時(shi)數(shu)(shu)據等不同(tong)類型(xing)的(de)模(mo)(mo)擬器，以(yi)及(ji)模(mo)(mo)型(xing)管理平臺。隨著數(shu)(shu)據增加，由(you)各方提(ti)供的(de)服(fu)務(wu)可能也(ye)(ye)將增多。此外，還需要(yao)盡量避免為每個應(ying)用程序重新創建(jian)數(shu)(shu)字孿(luan)生(sheng)。
施耐德電氣(qi)提供模型驅動的電網管理解決方案
針對這(zhe)(zhe)些挑戰(zhan)，施耐德(de)電(dian)氣能夠(gou)通過可(ke)互(hu)操作(zuo)的(de)電(dian)網數字(zi)孿生，為(wei)配電(dian)公(gong)司提(ti)供(gong)模型(xing)驅動的(de)電(dian)網管理解(jie)決方案。這(zhe)(zhe)些解(jie)決方案適用于企(qi)業(ye)層(ceng)面、變電(dian)站和饋線(xian)層(ceng)面，以及使用數字(zi)日志的(de)互(hu)聯資產層(ceng)面。
在這一(yi)領域，施耐德電氣的(de)目標包括(kuo)打(da)破(po)數(shu)據孤島、提供標準化和(he)模板化的(de)電網資產數(shu)字孿生，并繼續(xu)推(tui)進不同軟件應用程(cheng)序之間(jian)的(de)深(shen)度整合(he)，例如(ru)高級配(pei)電管理系統和(he)地理信(xin)息系統或變電站自動化工程(cheng)之間(jian)的(de)整合(he)。
數字(zi)日志是一(yi)個在(zai)線存儲庫，可(ke)以將(jiang)所(suo)有利益相關者提供的所(suo)有設備信(xin)息、維(wei)護(hu)記(ji)錄和項目文檔保存在(zai)更安全、更易(yi)于訪(fang)問的地(di)方(fang)，還(huan)可(ke)以使用(yong)多種數字(zi)工具進行訪(fang)問。數字(zi)孿生使人員能(neng)夠記(ji)錄重(zhong)要(yao)的施(shi)工文件(jian)、用(yong)戶(hu)指南和維(wei)護(hu)計劃。這改善(shan)了協作，增進了洞察，同時也降(jiang)低了成本。
數字孿生同樣為更強的(de)數據分(fen)(fen)析能力提供了良好的(de)基礎。數據分(fen)(fen)析不僅將(jiang)用于提高(gao)電(dian)網用戶的(de)成本效益，還將(jiang)用于一(yi)系列能產生重要價值的(de)舉(ju)措(cuo)，包括(kuo)實現可(ke)持(chi)續(xu)性和柔性的(de)提升。在這方(fang)面(mian)，OSIsoft 的(de)PI系統提供了一(yi)個數據基礎架(jia)構，可(ke)以(yi)幫助公用事業(ye)和其(qi)他(ta)機構開發分(fen)(fen)析工具(ju)。
這(zhe)一平臺，還能夠(gou)為(wei)資產框架、資產分(fen)析(xi)等(deng)建立一個開發工具箱。這(zhe)些能力將(jiang)(jiang)使 "高(gao)級(ji)分(fen)析(xi) "以各種(zhong)方(fang)式得到應用(yong)。對(dui)于現有領域(yu)，高(gao)級(ji)分(fen)析(xi)將(jiang)(jiang)使分(fen)析(xi)更加(jia)深入、快速和可(ke)靠(kao)。對(dui)于新興領域(yu)，高(gao)級(ji)分(fen)析(xi)將(jiang)(jiang)融合傳統的獨(du)立分(fen)析(xi)與(yu)綜合分(fen)析(xi)，并改(gai)善(shan)可(ke)持續性結果。
以ETAP數字(zi)孿生應用，應對未來電網“時空”挑戰
今(jin)天，施耐德(de)電氣在電網(wang)側(ce)已經(jing)擁有(you)了以電力系統建模和仿真(zhen)的(de)(de)領先(xian)軟件平臺ETAP為代表(biao)的(de)(de)數(shu)字孿生應(ying)用。ETAP 以模型為驅動(dong)的(de)(de)高級功能(neng)，包括配電狀態估計、故障定位、隔離(li)和供電恢復、數(shu)據趨勢分析、智能(neng)減載、負荷預(yu)測(ce)、開關(guan)優化及開關(guan)序(xu)列管理(li)等(deng)功能(neng)，能(neng)夠為電網(wang)的(de)(de)高效運行(xing)提供一套(tao)可(ke)靠的(de)(de)解決方(fang)案。
這樣一(yi)來，通過構(gou)建以ETAP模型(xing)為基礎的(de)(de)數字孿生(sheng)平臺(tai)，就(jiu)可以幫(bang)助(zhu)客戶(hu)打造實(shi)現(xian)電(dian)力系統綠色能(neng)源轉型(xing)的(de)(de)“利器”，以切實(shi)解(jie)決電(dian)網在空間和時間兩個(ge)維度上(shang)面臨(lin)的(de)(de)未(wei)來挑(tiao)戰。
在空間維(wei)度上(shang)，倡導(dao)在配網(wang)側以(yi)(yi)互聯互通的(de)智能化電(dian)(dian)氣設備為基礎(chu)，通過大量的(de)邊緣(yuan)數據的(de)接入，構建出一套完整(zheng)的(de)電(dian)(dian)力(li)系統模(mo)型；在應(ying)用、分(fen)析(xi)和服(fu)務層(ceng)，還可(ke)以(yi)(yi)有(you)效整(zheng)合傳統 SCADA 的(de)分(fen)析(xi)能力(li)以(yi)(yi)及(ji) ETAP 對電(dian)(dian)力(li)網(wang)絡專業的(de)分(fen)析(xi)能力(li)，有(you)效地把握整(zheng)體電(dian)(dian)網(wang)的(de)運行實時(shi)狀態(tai)。
在時間維(wei)度上(shang)，提出利(li)用數字孿生技術以及微電網解(jie)決(jue)方案，在新(xin)能源(yuan)(yuan)消納從設計、建造到(dao)運營(ying)維(wei)護(hu)的(de)全生命周期內，為客戶提供(gong)完整的(de)解(jie)決(jue)方案和系(xi)統工程(cheng)交付(fu)，讓新(xin)能源(yuan)(yuan)消納帶來的(de)社會價值(zhi)和經濟價值(zhi)清晰(xi)可見。
