智能配电网数字孪生构建和应用关键技术研究.pdf
这份文档由中国电科院配电技术中心编写，重点探讨了**智能配电网数字孪生（Digital Twin, DT）的构建方案、关键技术及典型应用场景**。以下是文档的核心内容总结：
### 一、 数字孪生概述与背景
1. **定义与特征**：数字孪生是物理实体的数字化表达，通过数据连接实现物理状态与虚拟状态的同速率收敛。其核心特征包括等价映射、实时交互、共生演进和预测优化。
2. **发展需求**：在“双碳”目标和构建新型电力系统的背景下，配电网面临高比例分布式电源接入带来的随机性和波动性。传统机理模型难以满足复杂的需求，亟需数字孪生技术支撑故障诊断、优化控制和风险评估。
3. **核心价值**：提升配电网的可观测、可描述、可预测和可互动能力，推动行业数字化转型，助力实现低碳运行和高效服务。
### 二、 关键技术体系
1. **多维多尺度建模**：
* **物理空间建模**：基于材料属性和物理参数建立机理模型，涵盖变压器、线路、分布式电源等。
* **数据空间建模**：通过多源数据采集与处理，利用大数据统计学习实现行为感知与预测。
* **知识空间建模**：总结专家经验，构建故障专家知识库。
* **虚拟空间建模**：集成多领域模型，实现虚实交互与辅助决策。
2. **数据适配与即插即用**：基于CIM标准建立统一数据模型，实现能量流、信息流、业务流的数字化刻画，解决数据源混杂问题。
3. **智能化故障诊断**：结合人工智能（AI）技术，建立基于支持向量机（SVM）和贝叶斯网络的故障辨识与精细化定位模型，提高诊断准确率。
4. **负荷转供与恢复**：研究基于区间潮流的孪生仿真模型，利用鲁棒优化算法（如BPSO与HAS结合）生成复电策略。
### 三、 典型应用场景与示范工程
1. **多源异构信息联通**：整合营销、调度、生产、气象等多源数据，利用Neo4j图数据库构建配电网关系图谱，清晰描述数字孪生体与数据/模型间的关系。
2. **实时双向映射与交互**：构建“设备级-单元级-系统级”的三层体系架构，并在计算架构上分为展示层、功能层、模型层和数据层。
3. **自动演进机制**：实现数字孪生功能（模型迭代）与结构图谱（物理变更触发）的自动更新。
4. **仿真平台示范**：
* **三维可视化**：利用UE4、Unity等引擎实现地图、接线图、三维场景一体化管理。
* **实时监控与模拟**：实现潮流实时孪生、典型设备模拟及各类故障事件（如断电、爆炸、瞬时故障）的孪生模拟。
### 四、 挑战与展望
尽管数字孪生具有巨大潜力，但在**数据颗粒度不足**、**多物理场耦合模型精确度**以及**多物理场仿真平台发展**等方面仍面临挑战。未来需进一步深化数据驱动与知识驱动的融合，提升配电网的全生命周期优化能力。
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