基于数字孪生体的现代电网设备管理体系研究与建设路径

国网泰州供电公司 姚建光 王 健 孙泰龙 潘煜斌 蒋中军

1 必要性

1.1 支撑电网企业新时代发展战略

江苏公司紧扣能源转型大势和公司发展战略，深刻把握设备管理在新型电力系统中的战略定位，持续建设坚强智能电网，推动电网和企业转型升级，共建能源服务生态圈。电网设备作为最基础、最重要的资产，利用现代前沿技术，推进电网设备管理逐渐向数字化、透明化转型，不断提升电网的资源配置能力、安全保障能力和智能互动能力已经势在必行。

1.2 提升泰州电网设备管理质效

近年来，泰州公司大力推进智能运检体系的深化建设以及“大云物移智链”与设备管理的融合应用，在设备状态深度感知、数据融合分析等智能化应用实践方面已取得了一定成果，但仍存在设备全量数据融合应用不足、设备管理策略与投资成本需要进一步优化等问题。因此，迫切需要充分利用人工智能、数字孪生等前沿技术，构建基于数字孪生体的现代电网设备管理体系，推进设备管理变革和技术创新，强化运行管理与资产管理，提升设备管理标准化、精益化、智能化水平，高效服务地方经济社会发展，有力支撑国网公司战略目标落地[1]。

2 研究思路

泰州公司紧扣国网公司新时代发展战略与江苏公司发展目标，充分借鉴国网大连公司《供电企业基于数据融合的智能化电网安全运行管理》管理创新成果的创建思路，创新推动数字孪生技术应用，融合现代设备管理理论与泰州公司设备管理实际，聚焦设备实物运动与价值运动，打通物联网数据、业务系统数据贯通路径，打造电网设备数字孪生体，强化数字融合驱动与业务场景驱动，推动原管理创新成果建设思路在泰州公司设备管理的推广应用与迭代发展。通过数字孪生、“大云物移智”等先进技术与电网设备管理的融合应用，构建基于数字孪生体的现代电网设备管理体系，实现物理电网在高维数字空间全寿命周期的动态复制，推动“自决策式”设备状态管理，深化电网设备价值管理，运用数字化、智能化手段，为设备管理赋能赋智，推进设备管理逐渐向数字化、透明化转型，提升设备综合管理质效，促进电网装备高质量发展[2]。

图1 基于数字孪生体的现代电网设备管理思路

3 建设路径

本文结合现代设备管理理论和电网企业自身的管理现状，从优化设备管理目标和组织机制、推进电网设备管理数字化转型、强化“自决策式”设备状态管理、推动电网设备价值形态管理、助力打造合作共赢新生态五个方面提出关键建设路径和措施建议[3]。

3.1 优化设备管理目标和组织机制

3.1.1 强化使命驱动，明确设备管理目标

泰州公司坚持安全发展理念，落实“设备主人制”，层层压实责任、层层传导责任，始终把安全生产摆在各项工作突出位置，突出源头防范和综合治理，注重基础保障和状态管控，通过开展基于数字孪生体的现代电网设备管理体系研究，全面提升设备状态全息感知能力、泛在连接能力、开放共享能力和融合创新能力，不断提升电网安全、质量、效率和优质服务水平，进一步夯实安全管理基础，切实做到守土有责、勇于担当，确保设备安全管理“三杜绝、三防范”，牢牢守住安全生产“生命线”。

3.1.2 加强组织领导，压紧压实管理责任

着眼项目推广与创新实践有序进行，按照“统一指挥，高度集中”工作思路，建立工作组织架构。成立由分管领导为组长，运检部、财务部、发展部负责人为成员的领导组，对项目各阶段进行总体部署，决策项目推进过程中的重大问题，统筹安排相关资源。设置输、变、配三个专业工作组，负责关键技术研发等负责项目建设、实施以及推广等具体工作。

3.1.3 健全工作机制，实施闭环管控

着力健全管理决策、协调监督、综合评估、风险管控等四大工作机制，高效推进管理创新各项工作。一是建立科学的管理决策机制，定期开展数字孪生等先进技术在系统内外部设备管理应用实践的专题调研，辅助领导小组决策重大事项。二是建立协调监督机制，定期召开项目推进会，协调解决项目推广实施过程中的重点、难点问题，精准管控项目进度，不断优化项目内容及计划。三是建立综合评估机制，建立项目推广考核评价体系，对相关部门及基层单位在重点任务开展、推广应用实践、员工广泛参与等方面进行监督考评。四是建立风险管控机制，通过指标、数据研判等方式查找项目推进过程中存在的薄弱环节及风险隐患，提前落实风控措施[4]。

3.2 推进电网设备管理数字化转型

3.2.1 深化理念转型，构建电力系统高维数字空间

立足电力设备物联网建设基础，基于系统工程思想，依托数字孪生、物联网和人工智能等先进技术，创新提出电力系统数字孪生体理念，将电力系统数字孪生体理念与电网设备管理充分结合，广泛利用“大云物移智链”、数字孪生等先进技术，从孪生数据、数字模型、共享接口三个构成要素，搭建电网设备管理的数字孪生体，打造设备管理跨时空全局视图。

3.2.2 实时动态孪生，打造电网跨时空全局视图

一是分解孪生对象，确保孪生“零死角”。将电力系统构成要素按照不同性质进行充分解耦，确定数字孪生对象包括物理实体、业务流程、服务系统三大类。二是确定孪生维度，赋予物质“多属性”。电网设备管理数字孪生体需要从时间和空间两个维度进行孪生，并根据实际确定孪生精细度，自主布设感知装置的位置、数量以及采集频率，确保感知信息类型全覆盖且不会造成数据冗余。

3.2.3 强化数据驱动，激发电力系统内生发展动力

电力系统数字孪生体以数据和模型为核心驱动力，实现动态描述、仿真服务、孪生共智三大功能。依托电力系统数字孪生体，实现设备状态的动态描述、设备运行以及各项业务场景的仿真模拟与态势预测、数据资源的全局共享，推动电力系统逐步自我优化、自我决策与内生发展，促进能源供需对接、资源要素重组、产业融通创新，进一步凸显电力系统在保障能源安全、促进能源生产和消费革命、引领能源行业转型发展方面的价值作用。

3.3 强化“自决策式”设备状态管理

3.3.1 加强要素自主感知，实现设备全域“虚实可视”

通过编制输变电、配用电物联网通用标准协议，实现各类感知终端互联互通互操作。研发标准化输变电智能无线感知装备以及边缘物联代理装备，综合分析设备关键指标与缺陷历史运行数据，实现智慧物联标准研发和物联网建设、设备状态精准实时感知、设备智能化升级、全要素状态立体感知，部署多元智能感知手段，推进全要素自动感知。同时成立智能运检中心，运用数字孪生技术建设“运检全专业、设备全寿命、县域全覆盖”的智能运检新体系，构建基于视觉技术的“电力天眼”智能识别系统，运用数字孪生技术深度挖掘设备大数据价值，支撑电网的全景智能化建设与运营构建三维可视监测模型，绘制设备动态画像。

3.3.2 挖掘风险内在机理，促进管理策略“自主优化”

一是开展状态评估与预测，构建变压器健康状态综合评价模型，综合评估主变健康状态，并预测设备剩余运行时长、负载能力等健康轨迹，自主生成检修及维护建议。二是强化故障预警与预判，对设备缺陷/故障特征参数进行深层提取，建立设备缺陷/故障自动研判与预测模型，利用三维全局视图以及设备运行虚拟数据，推动设备管理从“被动抢修”向“主动防范”转变。建开展区域停电风险模拟预测。综合分析抢修类型、故障点分布等信息，自动对比并生成最佳抢修方案及资源调配策略，推动精准主动抢修，提高抢修效率。三是加强新能源并网分析，辅助性支撑“规划建设”。基于基础数据模拟预测并生成设备负载调整、供配电设备新增规划等方案，辅助电网规划、设备投资及调度运行等。

3.3.3 推进云边协同应用，确保安全管控“智能高效”

一是开展边缘智能分析，依托边缘物联代理装置，搭建面向基层设备管理业务的去中心化数据处理架构及标准边缘计算框架，实现设备简单缺陷/故障的就地智能识别与原因初判，和对设备异常状态的及时发现，提高现场安全运行水平。二是推动智能联动运维，借助边缘物联代理，接入多光谱视频摄像头等火灾监测报警装置告警信息，将视频、图像等信息进行初步解析并上传，实现主辅设备智能联动交互以及全方位立体安全防护，提高现场立体防护水平。三是强化虚拟现实交互，基于设备实物“ID”编码，辅助现场作业，并支持专家现场实景远程会商，强化智能移动终端等技术融合应用，依托数字孪生全景智慧平台，建立热稳定限额预测应用模型，精准预测和安全评估动态增容能力，提高现场作业管控水平。

3.4 推动电网设备价值形态管理

3.4.1 筑牢实物“ID”基础，提升数据贯通能力

按照整站整线方式，梳理输变配、保护通信、信息设备赋码扩展实际需求，拓展设备实物“ID”赋码范围，实现应赋尽赋。以实物“ID”为纽带，关联物资移动收发货、财务智能盘点、运检移动巡检和设备盘点功能应用，赋予设备独一无二的“数字身份证”，确保“从业务流程中产生数据、数据录入入口唯一”，提升设备全寿命周期数据贯通共享价值。

3.4.2 搭建成本核算模型，促进成本精益配置

针对每一类设备，梳理全寿命周期内设备管理各项业务内容，按标准工艺过程拆解标准事项清单。基于数字孪生体海量历史数据，按照标准事项清单，分项提取工程量、人工工日与成本科目及投入，结合国网运维检修成本管理要求，制定定额基准标准，实现基于最小费用控制对象的项目量、价关系匹配。搭建成本核算与预测模型，根据设备所处状态，自动核算设备运维检修所需费用，推进设备运检成本合理配置[5]。

3.4.3 强化投资价值预测，确保电网高质量发展

一是基于电网设备数字孪生体，贯通财务数据，明确初始投资成本、运维检修成本等在单体设备的成本分摊及归集规则，搭建每一类设备及总资产的全寿命周期资产墙管理模型，结合资产平均使用寿命，进行技改规模预测，结合设备浴盆曲线，进行资产检修规模预测，平衡设备运行可靠性与经济最优原则，辅助制定主、配网改造投资比例与策略。二是整合区域新增用电需求、电网整体运行情况等多源数据，通过对各种规划方案及结果进行模拟仿真及可视化展示，在数字孪生空间实现多规合并叠加，精准定位融合空间，并依托三维全局视图布设区域电网建设“一张蓝图”，搭建区域电网整体投资效益评价模型，促进电网可靠经济均衡发展。

3.5 助力打造合作共赢新生态

3.5.1 建立数据共享机制，延伸数据服务价值

依托电网设备的数字孪生体建设与应用，通过建立数据共享机制，强化数据资源价值深层挖掘，面向各专业、各基层单位和用户提供开放共享数据服务，支撑企业经营、电网建设、营商环境、综合能源、新兴业务等优化建设，提高企业整体竞争力。

3.5.2 发挥资源平台优势，促进各方互利共赢

以电网设备数字孪生体为载体，为能源产业链相关方为上下游企业提供信息与资源集合的共享平台，加强与设备制造商、终端用户及政府部门等的交流互动，促进全环节、全要素供需对接和资源优化配置，促进能源整体利用效率提升，助力能源产业协同发展，促进产业链上下游、各利益相关方形成共生、互生和再生的利益共同体。

4 实施效果

4.1 推动设备管理模式转型和质效提升

通过“大云物移智链”、数字孪生等前沿技术与设备管理业务的集成创新，统筹兼顾设备物质运动形态、价值运动形态管理绩效综合最优。效率提升方面，借助新型传感器、数字化表计等智能装备，有效减少运检人员站线巡视、表计抄录等机械化工作，扩展了电网设备管理的广度和深度，促进设备管理逐步自我优化、自我决策与内生发展。作业模式方面，泰州无人机巡检模式得到省公司认可并于今年在全省推广泰州模式。电网安全方面，构建设备缺陷特征库，依托深度学习等人工智能算法，实现缺陷、故障的精准识别、精确定位。

4.2 提升电网实物资产保值增值能力

通过电网设备数字孪生体建设，进一步优化设备管理策略，电网生产效率明显提升，运维检修成本大幅降低，因故障停电带来的经济损失明显减少，间接增加了售电收入。并通过加强跨专业间的规划与计划衔接，实施项目精准投资，大力推进提质增效工作，提升了设备综合效益，实现公司价值最大化，持续提升公司竞争力。

4.3 助推区域经济社会特色发展

通过开展基于数字孪生体的现代电网设备管理体系与建设路径研究，为产业链相关方提供了资源平等共享、高效配置平台，形成了政府及社会、用户、能源电力及上下游企业普遍受益的价值体系，促进了开放、竞争、有序的产业生态建设。同时，进一步发挥供电企业的平台和资源优势，以能源数据持续服务民生发展，助力泰州打造江苏高质量发展中部支点城市。

紧密围绕国网公司战略目标和设备管理专业要求，研究基于数字孪生体的现代电网设备管理体系与建设路径，推动状态动态监测、场景预测与仿真分析、资源共享与生态建设，为产业链相关方提供资源平等共享、高效配置平台，围绕设备全寿命周期发展，剖析设备管理的物质、价值层次，推进设备管理逐渐向数字化、透明化转型。