2022电力行业数字孪生技术应用白皮书

电力企业COUNCIL 联合会 电力行业数字李生技术应用白皮书(2022) WHITEPAPERONAPPLICATIONOFDIGITALTWINSTECHNOLOGYINPOWERINDUSTRY(2022) 中国电力企业联合会科技开发服务中心 2022年7月 电力行业数字李生技术应用白皮书（2022) 编委会 主编蔡义清 副主编韩文德编委会 蒋 刘杰（中国电力企业联合会科技开发服务中心）炜（国家电网有限公司数字化部） 高艳丽（中国信息通信研究院规划所） 周 陈柔伊（南方电网数字电网集团有限公司）李怀东（北京天成易合科技有限公司） 徐 宇（国网江西省电力有限公司）波（国网江西省电力有限公司） 周二专（中国电力科学研究院） 王宾（清华大学）宋爱国（东南大学）刘俊勇（四川大学） 1 电力行业数字李生技术应用白皮书（2022) 编写组 王庆（国家电网有限公司设备部）谢可、廖道、王兴涛 （国网信息通信产业集团有限公司） 肖齐、陶可京、涂其臣、林谋 （国网江西省电力有限公司）陈才、张育雄、杨帆 （中国信息通信研究院观划所） 郭志民、赵健（国网河南省电力公司） 刘海峰、王立斌、赵建利、张正文、孙文凯、 宋红旭（中国大唐集团公司） 杜晓东（国网河北省电力有限公司）赵峰（大唐能源投资有限责任公司） 熊浩、杨扬、周刚、刘熊章丰（国家能源投资集团有限责任公司） （国网重庆市电力公司）马倩倩、马海涛、孙弋凌、王艳红 李浩、张爱祥、师聘（中国电力企业联合会科技开发服务中心） （国网山东省电力公司）薛凯文、杨森（国网智能科技股份有限公司） 李帆、姚楠（国网江苏省电力有限公司）李凡辉、沈华林、邹云涛 （北京天成易合科技有限公司） 赵轶帆、余大成、冯振源 （国网浙江省电力有限公司）陈红强（浙江大立科技股份有限公司） 宋兵（国网湖北省电力有限公司）华栋（华南理工大学） 龙理晴（国网湖南省电力有限公司）赵文彬（上海电力大学）张小东、马志程、赵金雄（国网甘肃省电力公司）戴春艳（华中科技大学） 白伟、刘兵、梁思聪、赵普志、李金良王珏（北京博能科技股份有限公司） （国网新疆电力有限公司） 陈刚、盂庆丰、刘树泽、李桐、邢云、杨国锋、常钟成（珠高智能科技（深圳）有限公司） 子轩（国网辽宁省电力有限公司）张正军（中科吉芯（秦皇岛）信息技术有限公司） 郭丽娟（广西电网有限责任公司） 冉坤（重庆凯瑞机器人技术有限公司（国家机 翟天一、底晓梦器人质量检验检测中心（重庆）） （中国电力科学研究院有限公司)高方玉、赵立涛、李红云、吴琼、汪佳（北京 洪功义、孙成群、陈侯（南瑞集团有限公司）国网富达科技发展有限责任公司） 何志敏、朱亮（国网智能电网研究院有限公司） 昊海腾、王磊（杭州申昊科技股份有限公司） 电力行业数字季生技术应用白皮书（2022） 前言 根据国家“双碳”自目标的推进，构建新型电力系统成为实现能源变革的必然趋势，成为电力行业的时代使命。新型电力系统适应高比 例可再生能源接入、适应新能源的不稳定性、适应高比例的电力电子装备、适应多种能源智慧调度的协同运行、适应更加灵活的主动式用电特性，必须与新一代信息通信、数字技术深度融合。数字李生技术 在电力行业应用，为智能电网、智慧电厂赋能，提供更加实时、高效、智能的服务价值，有效地促进电力企业数字化转型，推动新型电力系统建设。 当前，数字经济已成为全球发展的热点，世界各国分别提出数字经济发展战略，数学李生技术与社会经济发展不断融合深化。《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》提出：“加快推动数学产业化。培育壮大人工智能、大数据、区块链、云计算、网络安全等新兴数学产业。”国务院印发的《“十 四五”数字经济规划》，将数字李生技术列入“加快推动数字产业化”， 将其作为增强关键数学技术创新能力，强化优势技术供给的战略性前 瞻性新领域，也是“十四五”时期重点突破的创新技术集成领域， 本白皮书首先从产学研用多视角并结合电力行业的特性，分析阐 述了数学李生技术在电力行业应用价值；从数学感知、混合建模、高 效仿真、可视化和虚实迭代等不同方面介绍了数字李生的支撑技术：介绍了电力行业数学李生技术的应用现状、电力数学李生典型应用，梳理了当前电力行业数字李生技术发展面临的共性问题与应用趋势 电力行业数字李生技术应用白皮书（2022） 并对下一步建设实施提出了策略与建议。最后，通过梳理数学李生技术在电力行业的应用发展情况，分析数字李生技术应用热点、行业动态和未来趋势，提出相关的标准化工作需求。 本白皮书由中国电力企业联合会科技开发服务中心牵头，联合国 家电网有限公司数学化部、中国南方电网有限责任公司数学化部、中国大唐集团公司科信部、信通院规划所发布，电力行业从事数学季生等数学化技术研究的多个领域专家参与编写，凝聚专家智慧和宰勤汗水付出，在此向参编专家表示裹心的感谢！当前，数学季生作为一项推动数学化转型的关键技术，电力行业对数学李生技术应用进行初步 探索和尝试，针对数字李生技术在发电、输电、变电、配电等各专业 领域应用不断摸索和送代，有待进一步凝聚共识并总结提炼，编写过程中难免出现错误，还请广大读者多提宝贵意见和建议。 电力行业数字李生技术应用白皮书(2022) 目录 第一章数字李生概述 1.1数字李生的内涵与定义，6 1.2数字李生的特征与技术架构 1.3数字李生技术在电力行业应用价值12 第二章电力行业数字李生关键技术应用.数据感知技术 2.1 2.2混合建模技术.15 仿真技术.16 2.3 2.4混合现实技术18 2.5虚实选代技术.19 2.6数字集成技术19 第三章电力行业数字李生技术应用典型案例.21 3.1发电企业数字李生技术应用典型案例.21 3.2电网企业数字李生技术典型应用27 电建企业数字李生技术应用典型案例.37 3.4其它新业态数字李生典型应用Ot 第四章电力行业数字李生技术应用面临的机遇和挑战44 4.1电力行业数字李生技术应用面临的机遇.44 4.2电力行业数字李生技术应用面临的挑战9t 第五章未来发展与展望49 附60 后记， 电力行业数字李生技术应用白皮书（2022) 第一章数字李生概述 当前，新一轮科技革命和产业变革加速演进，大数据、云计算、物联网、移动互联、人工智能、区块链、5G等新一代信息技术快速发展，数字经济正不断地改变着人类的生产和生活方式。数字经济发展速度之快、辐射范围之广、影响程度之深前所未有，正在成为重组全球要素资源、重塑全球经济结构、改变全球竞争格局的关键力量，数字李生技术让数据、 信息、场景变得流程化、可视化、立体化，有效地促进数字经济发展。数字李生成为当前较 为热门的产业。 1.1数字李生的内涵与定义 “数字李生”的概念最早是由美国密歇歌根大学Grieves教投在2003年提出，之后美国 集成多物理场、多尺度、概率性的仿真过程。2017年佐治亚理工大学首次提出数字李生城 市，2018年中国信通院发布了《数字李生城市研究✲告》；从2018年起，IS0、IEC、IEEE 三大标准化组织也开始若手数字李生相关标准化工作。当前，数字李生得到了国内外学者及产业界的广泛关注，但对数字李生存在多种不同认识和理解，目前尚未形成统一共识的定义，业界对数字李生定义各不相同，如图1所示。 时间提出者阶段定义 李生体是一个由数据、模型和分析工具构成的集成系统。该系统不仅可以在整个生命周期内 2009 美国空军研究“李生”名词首 实验室次出现 表达飞机机身，并可以依据非确定信息对整个机队和单架机身进行决策，包括当前诊断和未来预测。 数字李生体是一个集成了多物理场、多尺度和“数字李生”概概率仿真的数字飞行器（或系统），它可以通过 2010NASA念首次提出通真物理模型、实时传感器和服役历史来反映 真实飞行器的实际状况。 电力行业数字李生技术应用白皮书（2022) 时间提出者阶段定义 2017 智慧城市数字李生体是一个智能的、支持物联佐治亚理工大“数字李生城网、数据丰富的城市虚拟平台，可用于复制和学市”首次提出模拟真实城市中发生的变化，以提升城市的弹 复性、可持续发展和宜居性。 标准化组织开展 2019ISO研究 数字李生体是现实事物或过程具有特定目的的数字化表达，并通过适当频率的同步使物理实例与数字实例之间趋向一致。 中国电子信息数字李生是综合运用感知、计算、建模等信息国内组织开展研技术，通过软件定义，对物理空间进行指述、 2019产业发展研究 院 究诊断、预测、决策，进而实现物理空间与赛博 空间的交互映射围。 图1数字李生定义 标准化组织中的定义：数字李生是具有数据连接的特定物理实体或过程的数字化表达，该数据连接可以保证物理状态和虚拟状态之间的同速率收敛，并提供物理实体或流程过程的整个生命周期的集成视图，有助于优化整体性能。 国内学术界权威组织的定义：数字李生是综合运用感知、计算、建模等信息技术，通过软件定义，对物理空间进行描述、诊断、预测、决策，进而实现物理空间与赛博空间的交互映射。如图2所示。 电力行业数字李生技术应用白皮书（2022) 物理空间数字李生 图2物理空间与赛博空间的交互映射 数字季生是以数字化方式创建物理实体的虚拟实体，借助历史数据、实时数据以及算法模型等，模拟、验证、预测、控制物理实体全生命周期过程的技术手段。 近年来，随若国家大力推进数字化转型，我国“数字季生”研究虽然起步晚，但发展势头强动。数字李生得到国家各层面政策的支持，数字李生在理论研究和实践应用层面均取得了快速发展。2020年4月，国家发改委印发《关于推进“上云用数赋智”行动，培育新经济 发展实施方案》中，将数字李生与大数据、人工智能、云计算、5G、物联网、区块链列为共 同推进发展的新一代数字技术，支持数字李生等数字化转型共性技术、关键技术研发应用，引导各方参与提出数字李生的解决方案。随着数字李生技术的日益成熟，国家发改委、科技 部、工信部、住建部等部委密集出台政策文件，特别是近期出台一系列“十四五”发展规划， 有力地推动了数字李生技术应用发展，详见附表， 1.2数字李生的特征与技术架构 数字李生就是以数据资源为关键要素，以现代信息网络为主要载体，以信息通信技术融合应用、全要素数字化转型为重要推动力，渗透到人类生活的方方面面中。数字季生因建 8 电力行业数字李生技术应用白皮书（2022) 模仿真技术而起、因传感技术而兴，并随者新一代信息技术群体突破和融合发展而发展壮大。数字李生与产业技术的深度融合，有力推动了相关产业数字化、网络化和智能化的发展进程，正成为企业数字化转型升级的强大推动力。 数字李生具备以下几个典型特征： （1）等价映射：数字李生体是对物理实体的等价描述，是对物理实体进行数字化而构建的模型，数字李生体的变化能够真实反映现实世界中的物理实体的变化。数字李生体能够实现双向映射、数据连接和状态交互，起到“数化”、“保真效果。 （2）实时交互；基于实时传感等多元数据的获取，李生体可全面、精准、动态反映物理对象的状态变化，包括外观、性能、位置、异常等。“实时"体现数字李生体所处状态是物理实体状态的实时虚拟映射：“交互"体现数字李生体与物理实体间存在数据及指令互动。 （3）共生演进：“共生”体现在数学季生体与物理实体同步构建，在全生面周期中相互依存，李生体随着李生对象的生长而不断演变。共智体现在三个层面：李生体与李生对象间共享智慧（包括：数据、算法）、李生体内部各种李生模型间共享智慧、不同生命周期阶 段的季生体间共享智慧。 （4）预测优化：根据物理实体的各项真实数据，通过数字李生体进行仿真，实现对物理实体未来状态的预测，预先知晓未来状态能够辅助用户做出更合理的决策。根据物理实体的实时运行状态，通过数字季生体进行监测，实现对系统不稳定状态的预测，预先觉察即将可能发生的不稳定状态，使用户更从容地处理该问题。 建立数字李生体的最终目的，是通过描述物理实体集合内在机理，分析规律、洞察趋势， 基于分析与仿真对物理世界形成优化指