1数字电网
数字电网主要是以云计算、大数据、物联网、移动端互联网、人工智能和区块链等各种新一代数字化技术作为发展的驱动力，以移动互联网和大数据作为关键制造要素，以现代电力网络和能源网络与新时代的信息网络相结合为基础，通过先进的数字技术和能源公司在业务、管理上进行了深度的融合，不断提高数字化、网络化、智能化的水平。它将物理电网的人、事、物在数字世界进行重构，实现能源流、价值流、信息流的高度融合。
数字电网是对事物的全周期进行数字化处理，基于实体化电网的物理世界上同构虚拟化电网的数字世界，并且在数字世界中采集其数字信息，最终构建新的运行模式，优化了物理世界的运行模式与管理手段。物理世界与数字世界两大平行系统虚实交互，数字世界驱动了物理世界高度智能化，物理世界可以依托于数字世界而衍生出可逆性的再生价值。数字化电网给我们带来了更多新的技术特点和新的应用场景，它们对我国经济发展的推动作用远远超出了技术的范畴，更加强调“数”。
2数字电网特征
①本体安全：采用新型的数字化技术，构建了覆盖整个电网全生命周期的数字孪生式电网，并有效赋予电网智能化及稳定地运行；建立了分级防护，逐级验收认证的网络可信度高的安全防护体系，为用户提供了统一、可靠的网络安全保障。②绿色消纳：利用新型的数字化技术，能够实现对能源的效力及电力系统供电负荷的精确预判，实现对分布式能源就地平衡的供应，提高数字电网对能源的消纳能力。③平台赋能：基于平台化、中台化理念打造一体化的、覆盖内部生产经营管理的数字业务平台，实现业务数字化，全面支撑不断丰富的业务创新和场景化新需求。④数据驱动：以企业全环节及能源产业链上下游的数据为生产要素，通过数字化技术，运用到企业生产经营过程中，不断做出正向的反馈，促进业务优化及流程再造。⑤开放共享：以纵向连接电力产业链，横向集结能源生态链为基础通过数字化技术推动能源生态系统利益相关的开放共享，驱动能源行业全要素、全产业链、全价值链协同优化，深度互联，实现设施共享、数据共享、成果共享。⑥价值创造：以电网设备重资产为生产要素，通过传输能量流实现对社会经济高质量的支撑；以电力数据轻资产为生产要素。数据在虚拟终端上真实地映射了物理对象状态、位置等信息，从而实现了产品数字化，通过挖掘数据价值实现用户差异化服务、支撑政府决策，指数级地放大数据价值，繁荣数字经济和数字生态。
3面向输电线路的数字孪生架构
架构分为5部分：感知层、边缘计算层、物联层、数字孪生层和交互层，如图1所示。
大量数据从输电线路物理实体目标设备中产生，通过感知层中的采集设备进行采集，然后在边缘计算层进行汇聚和分析；边缘计算层通过边缘计算设备将数据以光纤或无线网络的形式传送给云端物联层；物联层将数据流转到数字孪生层，通过建模管理、仿真服务、孪生共智后进行数据整合和模拟运算；交互层以虚拟和显示的方式实现人机交互，交互指令可以发送至物理层对物理设备进行控制，并实现以“沉浸式”方式给用户虚拟展示。
①感知层。在输电线路实体目标设备上安装各类传感采集设备，包括实体测控设备、保护测控设备、环境监测设备等。由于输电线路分散的跨度大等问题，采集设备需要支持无线传输模式，在偏远没有信号的地方还需要使用多跳的方式完成数据传输。②边缘计算层。由于感知层设备多、协议杂，且地理位置不确定，边缘计算设备通过有线或无线的方式对感知层的多模异构数据进行采集、汇聚和转发上云，该设备集成了协议解析组件、采集组件、转发组件以及边缘计算应用，即使在云端失联的情况下，也能通过边缘计算应用实现对感知层的采集和控制。③物联层。为边缘计算设备、感知层直连设备提供安全可靠的注册接入、数据采集、协议解析、数据转发、边缘计算应用下发等核心功能，实现输电线路设备标准化接入和采集数据的共享共用，提升平台“全息感知、开放共享、融合创新”的能力。④数字孪生层。数字孪生所构建的输电线路系统仿真模型使用了“模型驱动+数据驱动”的混合建模技术，采用基于模型的系统工程建模方法学，以“数据链”为主线，结合AI技术对系统模型进行迭代更新和优化，以实现真实的虚拟映射。⑤交互层。基于数字孪生的输电线路系统虚拟模型可实现客户与模型之间的实时交互，也可利用语音、动作等技术，建立客户与智能设备之间的联系。同时，也可为第三方客户提供应用接口，实现数据和功能的共享共用。
4数字孪生技术
数字孪生是指由具有多种功能的物理终端产生的数字化“孪生双胞胎”，它使用了智能传感器、大数据分析、实时通信、人工智能等互联网技术，在虚拟终端搭建了一个与物理终端实时映射的“孪生”个体。
通过数字孪生，可以实现：①全面监控系统的关键参数，分析系统在非常规条件下的各种性能，如恶劣工作环境、存在加工误差、冲击载荷工况等；②利用数字孪生体模型进行虚拟化测试，缩短了测试和分析的时间，降低了测试与分析的成本，并可以根据虚拟化测试结果优化试验参数；③实现关键部件的可预测性维护和维修等。
数字孪生并不局限于单纯的数值仿真或者机器学习技术。相对于传统的数值仿真方法，数字孪生系统与真实设备同步运行，所有数据都采自于真实设备，能够实时反映真实设备的动态变化；当真实设备发生变化时，数字孪生系统也有同步的表征，并向真实设备下达运维检修策略，提供智慧决策支撑；当数字孪生系统发现问题时，真实设备也可能存在异常，实现提前预警。数字孪生技术的使用便捷和方便创新、更全面的智能故障诊断分析和预测能力、提高效率和生产力、全景可视化等优势，将有力推进数字化转型。数字孪生技术体系涵盖感知控制、数据集成、模型构建、模型互操作、业务集成和人机交互6大核心技术。数字孪生技术的应用领域包括电力领域、航空航天、汽车制造、船舶航运、城市管理、智慧农业、建筑建设、安全急救、健康医疗及环境保护等。
结语：
数字电网将充分利用小微传感器、边缘计算、电力物联网和大数据挖掘等技术手段，构建具备云-边协同、海量数据处理、数据驱动分析及高度智能化决策等能力的电网平台。数字孪生的关键技术涉及数值建模与仿真、机器学习以及将信息连接起来的物联网、云平台等领域。今后，数字孪生技术将与人工智能、云计算、5G等新一代技术结合在一起，采用“云-网-端”的结构来推动数字孪生系统升级，使数字孪生系统应用在个人电脑、移动设备、可穿戴设备等多种前端设备中，实现现实世界与数字世界之间的“动态链接”和“双向传输”。数字孪生技术的应用领域与范畴还在不断发展，电力领域数字孪生的探索已经开始。
参考文献：
[1]本刊讯.南方电网发布全球首份《数字电网白皮书》[J].电器工业，2020（12）：4.
[2]蔡忠.数字电网建设下的电力设施三维建模方法研究[J].技术与市场，2020，27（12）：128+130.
