當前社會經濟可持續發展的需求下，以新能源為主體的新型電力系統“雙高”“雙峰”特征凸顯，亟待運用數字化技術手段面對電力系統平衡和安全穩定的挑戰。數字孿生技術融合了物聯網、大數據、建模仿真、人工智能和自動控制等技術，實現現實與虛擬空間的映射交互，正推動全社會進入數字化時代。

變電站作為電網構架中不可或缺的組成部分，對電網的安全穩定運行起著舉足輕重的作用。隨著變電站技術的發展，智慧變電站是以原有的智慧型變電站設計經驗為基礎，進行全面的優化提升。在進行此項工作落實的過程中，勢必要以人工智能技術、大數據技術、云計算技術、移動互聯網技術及物聯網技術等技術的應用來實現全面整合，并通過搭配先進的傳感技術來進行優化升級，進一步降低運檢人員的工作壓力，有效確保運行設備的安全穩定，對未來的發展而言具有十分重要的意義。

數字孿生變電站是數字孿生電網最基礎、最重要的組成部分，通過構造與實體變電站對應的數字變電站，推進變電運檢和管控智能化、數字化，奠定電網數字化轉型基石。數字孿生變電站能夠深入挖掘電網數據資產價值，實現智能運維、精準作業和遠程協作等，實現“數”與“智”的融合，通過推動數字電網建設，使新型電力系統更好地服務于“雙碳”目標。

1.數字孿生系統架構

感知層：感知層主要包括物理實體中搭載先進物聯網技術的各類新型基礎設施。

數據層：數據層主要包括保證運算準確性的高精度的數據采集、保證交互實時性的高速率數據傳輸、保證存取可靠性的全生命周期數據管理。

運算層：運算層是數字孿生體的核心，其充分借助各項先進關鍵技術實現對下層數據的利用，以及對上層功能的支撐。

功能層：功能層是數字變生體的直接價值體現，實現系統認知、系統分析、故障診斷、預測推演功能，從而起到輔助決策作用。系統認知，數字孿生體能夠真實描述及呈現物理實體的狀態，它是實現數字孿生體其它高級和智能化功能的基礎。系統分析可實現數字孿生體的狀態監測功能，發揮對物理實體的早期預警作用。故障診斷，通過分析物理實體的運行狀態，了解現象背后的原因。預測推演，是利用仿真技術來預見物理實體未來的狀態演變，從而指導當前的運行決策。

應用層：應用層是面向各類場景的數字孿生體的最終價值體現，具體表現為不同行業的各種產品，能夠明顯推動各行各業的數字化轉型。

2.數字孿生系統的典型特征

等價映射：數字孿生體是對物理實體的等價描述，是對物理實體進行數字化而松建的模型數字孿生體的變化能夠真實反映現實世界中的物理實體的變化。數字孿生體能夠實現雙向映射、數據連接和狀態交互，起到“數化”、“保真”效果。

實時交互：基于實時傳感等多元數據的獲取，孿生體可全面、精準、動態反映物理對象的狀態變化，包括外觀、性能、位置、異常等。“實時”體現數字孿生體所處狀態是物理實體狀態的實時虛擬映射;“交互”體現數字孿生體與物理實體間存在數據及指令互動。

共生演進：“共生”體現在數字孿生體與物理實體同步構建，在全生面周期中相互依存，孿生體隨著孿生對象的生長而不斷演變。共智體現在三個層面:孿生體與孿生對象間共享智慧(包括:數據、算法)、孿生體內部各種孿生模型間共享智慧、不同生命周期階段的孿生體間共享智慧。

預測優化：根據物理實體的各項真實數據，通過數字孿生體進行仿真，實現對物理實體未來狀態的預測，預先知曉未來狀態能夠輔助用戶做出更合理的決策。根據物理實體的實時運行狀態，通過數字孿生體進行監測，實現對系統不穩定狀態的預測，預先覺察即將可能發生的不穩定狀態，使用戶更從容地處理該問題。

建立數字孿生體的最終目的，是通過描述物理實體集合內在機理，分析規律、洞察趨勢，基于分析與仿真對物理世界形成優化指令或策略，實現對物理實體決策優化功能的閉壞。根據數字孿生的典型特征，可以得出數字孿生的體系架構。

3.數字孿生變電站的優勢

（1）智能化運維：數字孿生變電站可以實現設備實時監控、遠程調節和智能化運維，使設備的運行狀態可以隨時掌握，并及時進行維護和修理。

（2）自動預警：數字孿生變電站可以通過對設備的監測和分析，實現故障自動預警，提高設備的穩定性和可靠性。

（3）輔助決策：數字孿生變電站可以通過數據分析和處理，為管理人員提供及時、準確的信息，輔助管理人員做出更好的決策。

（4）提升巡檢靈活性：數字孿生變電站可以通過遠程智能化巡檢，提升巡檢的靈活性，縮短巡檢時間，減少人工成本。

4.智慧變電站數字孿生監測運維系統功能

（1）數字孿生，全息仿真

基于數字孿生理念，通過三維可視化的手段將變電站的整體結構、設備分布情況進行立體化呈現，滿足多樣化展示需求，可以將真實環境形象逼真地展現在眼前。同時可將生產實際業務無縫融合到平臺中，使得對日常的管理工作做到標準化、精細化、自動化，實現變電站智能化、專業化管理。

（2）智能巡檢，無人值守

通過結合機器人定位系統、視頻監控系統和告警系統，可在系統實時顯示巡更機器人在站端中的位置和巡更機器人的基本信息，實時展示巡更機器人的活動軌跡。還可以通過調取機器人視頻監控攝像頭或附近的監控視頻，查看巡更的真實情況，便于管理人員更直觀、高效的管理整個巡更過程。

（3）高效運維，全局監視

利用數字孿生系統能夠反映變電站設備運行實時狀態,方便一線員工集中控制設備狀態關鍵信息,實現遠程操作維護。自動預警以及輔助決策，有效提升變電站設備及環境全景實時感知能力，能為變電站的運行管理、作業管理、安全管理、施工管理帶來全新的業務決策模式變革。

（4）故障分析，搶修跟蹤

對數字孿生系統內各類設備進行綜合監控管理，及時發現設備在運行過程中的缺陷問題，判斷出目前設備狀態快速定位缺陷，做到主動發現，精準處理，從而提高故障應急處理效率，有效地縮短搶修時長，結合用戶工單信息，可實時監控工單處理進度，現場檢修畫面追蹤，故障搶修處理結果，對搶修過程及方案梳理提供客觀依據。