數字孿生助力電力系統高效運行

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繼生成式人工智能(AI)ChatGPT之后，美國開放人工智能研究中心(OpenAI)近日憑借逼真的視頻生成技術再次引起全球對人工智能發展的熱潮。數字孿生是指通過數字智能技術在數字世界刻畫一個與物理實體高度相似的數字孿生體，數字孿生體能夠實時描述物理實體的狀態并跟隨物理實體變化，借助仿真技術和先進的數字技術，數字孿生體可以監測、預測和控制物理實體。

林伯強  ?

2021年，國家“十四五”規劃《綱要》明確提出“探索建設數字孿生城市”。隨后，國家發展改革委、國家能源局、工業和信息化部等部門都提出了相關政策支持數字孿生在各領域的應用。目前，數字孿生已經吸引了廣泛關注，2022年中國數字孿生市場規模達到104億元，年增長率達35%。

數字孿生在各行各業都有豐富的應用場景，在電力系統更是大有可為。數字孿生幾乎可以應用于電力系統的所有環節，助力電力系統的高效運行。在碳中和的背景下，可通過數字孿生技術支撐新型電力系統的建設。

數字孿生在電力系統的應用現狀有以下幾個方面。

在發電側，數字孿生可用于新能源出力預測，新能源機組的故障監控和識別，抽水蓄能機組的故障檢測和識別。

通過數字孿生技術構建發電站的數字模型能夠實現遠程監控，對發電站開展實時、動態的管理和故障的識別監測，有助于提升發電側的安全性，助力發電側智能化、高效化運行。

在電網側，數字孿生可用于輸配電網仿真、輸配電設備巡檢和運維、調控系統仿真、電網安全監測。

目前，數字孿生應用實例多數在電網側，國內電網側的數字孿生應用已經有南網智瞰平臺數字孿生技術應用、深圳供電局配電全鏈條數字化、雄安新區數字孿生微電網等項目。在國外，新加坡能源集團、英國國家電網、智利國家電力公司等均開展了電網側數字孿生應用的探索。

在用電側，數字孿生可用于構建用戶側的綜合能源系統，幫助用戶優化用能計劃。數字孿生將用電設備與數字模型相連接，實時監測用戶的用能行為，幫助用戶刻畫用能畫像。

數字孿生在電力系統的應用也面臨若干項挑戰。數字孿生在電力系統中的應用具有廣闊的前景，但是當前國內還處于探索階段，已運行的項目多數是小型示范性項目，尚未開展大規模應用。總體而言，要實現數字孿生在電力系統的全面應用還有很多難題需要克服。

一是數字孿生在電力系統的應用深度不夠。當前我國的一些應用項目，其中大部分由國家電網、南方電網、中國電建等大型公司牽頭，已開展的項目在應用方向和應用深度上還具有較大的進步空間。數字孿生模型的構建以及運行涉及整個系統的所有部分，所以數字孿生技術實際上具有較高的應用門檻，需要多部門協調。并且數據的采集具有難度，數據的流動需要打破各部門之間的壁壘。數字孿生技術的應用還需要完備的新型基礎設施，涵蓋數據采集、監控、檢測、巡檢、信息基站等等。上述原因均導致目前數字孿生在電力系統的應用深度不夠，更多豐富的應用場景還有待進一步的探索。

二是數字孿生在電力系統的應用門檻高，技術難度大。關于數字孿生在電力系統中的應用已經有很多設想，但是在技術實現上還存在一定的難題。數字孿生模型的運行需要先進的通信技術、物聯網技術、大數據分析技術，還涉及海量的數據收集、分析與處理，需要云計算的支持，仿真運行需要仿真模擬技術，此外，在整個模型中還需要先進的信息安全技術來保障系統不受到網絡攻擊威脅。數字孿生系統的安全穩定運行需要各種復雜、先進的信息技術來輔助。當前我國的數字化還處于發展階段，各種數字技術仍在探索和完善中，技術的成熟度還有待提高。

三是數字孿生在電力系統的應用面臨風險。風險主要分為兩類。第一類是技術安全風險。實現數字孿生技術的很多設計軟件、芯片、傳感器，甚至是操作系統幾乎來自國外企業。國產軟件、芯片的市場占有率很低，或是尚不能滿足實際需求。高科技領域的“卡脖子”問題不容忽視。尤其是近年來西方國家借助國家安全概念，無端制裁我國高科技企業，這些行為給我們敲響了警鐘。對于數字孿生而言也可能面臨潛在的風險，一旦核心技術被限制，將給數字孿生應用帶來較大的打擊。第二類是系統安全風險。數字化、智能化雖然給生產生活帶來了便利、提高了效率，但也形成了新的安全隱患。隨著設備間的互聯互通和系統的全面數字化，網絡安全對于整個系統的重要性不言而喻，一旦系統受到惡意攻擊和入侵，整個系統可能面臨癱瘓。

為進一步促進數字孿生在電力系統的應用，提出以下政策建議。

首先，要進一步推進數字孿生在電力系統的應用，鼓勵更多場景的探索。當前數字孿生電力系統應用項目發展較為有限，政府應尋找成功的項目，整理形成一批可推廣、可復制的示范性項目案例，通過試點、案例推廣等方式促進示范項目的推廣和應用。在數字孿生發展的現階段需要政府繼續出臺一些支持、補貼性政策，引導社會投資，幫助該行業加快發展壯大。

其次，要加大相關技術的研發投入，培育專業人才隊伍。政府應加大研發投入，提升研發強度，通過設置專項創新引導資金和稅收優惠政策全力支持企業技術創新，充分發揮財政資金的促進作用，營造良好的創新氛圍，激發企業的創新活力，鼓勵企業攻堅克難。另外，隨著電力系統數字化進程推進，部分崗位或將發生改變。數字孿生在電力系統的應用存在專業人才缺口，應注重專業人才培養，鼓勵高校加強數字孿生人才培養，推動產學研結合，構建數智人才高質量培養模式。

另外，要做好頂層設計，建立安全風險防患機制。國際形勢復雜多變，應提前做好頂層設計，做好數字孿生在電力系統應用的長期規劃，將核心技術國產化列入發展計劃，一邊鼓勵技術創新一邊做好備用計劃，提前準備應急預案以應對可能出現的突發情況。

在系統安全風險方面，應建立新型電力系統網絡安全防護體系。隨著網絡安全競爭愈演愈烈和網絡攻擊手段不斷升級，新型電力系統將面臨新的網絡安全威脅。應進一步加強新型電力系統的網絡安全防護能力，建立電力系統網絡安全風險聯防聯控應對機制，防范潛在的網絡攻擊，針對可能出現的網絡風險提前準備應急預案，從而保障新型電力系統的安全穩定運行。