2023數(shù)字孿生電網(wǎng)規(guī)范第1部分：總體架構(gòu)

GB/TXXXXX—202XPAGE1PAGEVI數(shù)字孿生電網(wǎng)規(guī)范第1部分：數(shù)字孿生電網(wǎng)規(guī)范第1部分：總體架構(gòu)目錄TOC\o"1-4"\h\u7870前??言 II18935引言 III17011數(shù)字孿生電網(wǎng)規(guī)范第1部分：總體架構(gòu) 113361范圍 1102812規(guī)范性引用文件 1281063術(shù)語和定義 1186354總體架構(gòu) 272854.1概述 2216024.2物理電網(wǎng)層 2166564.3孿生模型層 2302354.4業(yè)務(wù)應(yīng)用層 3318475數(shù)字孿生電網(wǎng)主要功能要求 3299945.1概述 3133435.2孿生模型層 3222565.2.1數(shù)據(jù)感知 3320305.2.2孿生模型 455365.2.3應(yīng)用交互 5179565.3業(yè)務(wù)應(yīng)用層 5135515.3.1服務(wù)能力 5236135.3.2業(yè)務(wù)應(yīng)用 5

數(shù)字孿生電網(wǎng)規(guī)范第1部分：總體架構(gòu)范圍本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了數(shù)字孿生電網(wǎng)的總體架構(gòu)，并具體規(guī)定了數(shù)字孿生電網(wǎng)物理電網(wǎng)層、孿生模型層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層的邏輯架構(gòu)及主要功能要求。本標(biāo)準(zhǔn)適用于輸電、配電、用電等環(huán)節(jié)的數(shù)字孿生體系架構(gòu)設(shè)計(jì)與規(guī)劃。規(guī)范性引用文件下列文件對于本標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅所注日期的版本適用于本標(biāo)準(zhǔn)。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本標(biāo)準(zhǔn)。GB/T41723-2022:自動(dòng)化系統(tǒng)與集成復(fù)雜產(chǎn)品數(shù)字孿生體系架構(gòu)GB/T40601-2021:電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)字仿真技術(shù)要求GB/T31464-2022：電網(wǎng)運(yùn)行規(guī)則GB/T2900.50-2008： 電工術(shù)語發(fā)電、輸電及配電通用術(shù)語ISO/IECAWI30172:數(shù)字孿生應(yīng)用案例ISO/IECAWI30173:數(shù)字孿生概念與術(shù)語術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)字孿生digitaltwin由物理資產(chǎn)、虛擬鏡像和用戶界面組成的混合模型。[來源:ISO/TR24464:2020,3.1.4]電力網(wǎng)electricalpowersystem;electricalpowernetwork輸電配電的各種裝置和設(shè)備、變電站、電力線路或電纜的組合，簡稱電網(wǎng)。注:電力網(wǎng)各部分的范圍可視具體情況(例如地理位置所有權(quán)和電壓等級等)確定。[來源:GB/T2900.50-2008 ]數(shù)字孿生電網(wǎng)digitaltwinpowergrid通過全面感知和實(shí)時(shí)連接，構(gòu)建強(qiáng)實(shí)時(shí)、高保真、自演化的數(shù)字映射，并可反向作用于物理電網(wǎng)，形成可觀測、可預(yù)測、可控制的數(shù)字孿生電網(wǎng)模型，實(shí)現(xiàn)虛實(shí)交互控制。模型演化modelevolution模型在使用過程中通過有依據(jù)的數(shù)據(jù)傳遞、信息反饋和關(guān)聯(lián)迭代，其參數(shù)或結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變，形成了新版本的模型，包括但不限于根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)優(yōu)化參數(shù)、基于實(shí)際需求重構(gòu)模型、對模型進(jìn)行派生或衍生以適應(yīng)新用途或新系統(tǒng)等情況。[來源:GB/T41723-2022]總體架構(gòu)概述數(shù)字孿生電網(wǎng)通過綜合運(yùn)用感知、計(jì)算、建模、調(diào)控等信息技術(shù)，描述物理電網(wǎng)一二次設(shè)備在現(xiàn)實(shí)世界的變化過程，通過同步映射與協(xié)同控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對物理電網(wǎng)的可視化監(jiān)視、分析發(fā)展趨勢、異常預(yù)測、推理決策等。數(shù)字孿生電網(wǎng)總體架構(gòu)可分為物理電網(wǎng)層、孿生模型層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層，如圖1所示。圖1數(shù)字孿生電網(wǎng)總體架構(gòu)物理電網(wǎng)層物理電網(wǎng)層應(yīng)包電力一次、二次等設(shè)備，例如變壓器、輸電線路、電壓表、繼電器等，覆蓋源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)各環(huán)節(jié)，為孿生模型層提供數(shù)據(jù)支撐。孿生模型層孿生模型層對物理電網(wǎng)的數(shù)字鏡像空間進(jìn)行全過程管理，包含數(shù)據(jù)感知、孿生模型、應(yīng)用交互。可依托三維引擎、仿真計(jì)算、人工智能算法等技術(shù)，采用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型、機(jī)理模型及機(jī)理混合數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型等方法構(gòu)建孿生模型，提供孿生模型演化與驗(yàn)證評估能力，并實(shí)現(xiàn)物理電網(wǎng)與數(shù)字孿生電網(wǎng)模型的同步映射與協(xié)同控制。業(yè)務(wù)應(yīng)用層業(yè)務(wù)應(yīng)用層應(yīng)通過孿生模型層與其他業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行對接，將孿生計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行應(yīng)用，為不同業(yè)務(wù)應(yīng)用提供可視化、分析、預(yù)測、決策等共性服務(wù)能力，并可對物理電網(wǎng)進(jìn)行反饋控制，解決上層業(yè)務(wù)應(yīng)用需求，包括但不限于穩(wěn)態(tài)仿真、暫態(tài)仿真、短路計(jì)算等。數(shù)字孿生電網(wǎng)主要功能要求概述數(shù)字孿生電網(wǎng)功能邏輯如圖2所示，應(yīng)具備但不限于5.2~5.3的功能。圖2數(shù)字孿生電網(wǎng)功能邏輯架構(gòu)孿生模型層數(shù)據(jù)感知數(shù)據(jù)感知層應(yīng)基于多種傳感器及采集終端實(shí)現(xiàn)電氣量、狀態(tài)量、物理量、環(huán)境量、空間量、行為量的源網(wǎng)荷儲(chǔ)海量數(shù)據(jù)的全面感知與采集，承接孿生模型與物理電網(wǎng)之間上行感知數(shù)據(jù)采集和下行控制指令等數(shù)據(jù)交換的執(zhí)行。此外，數(shù)據(jù)感知層需具備數(shù)據(jù)處理能力，整合各類數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗，為孿生模型提供準(zhǔn)確、可靠的數(shù)據(jù)，應(yīng)滿足以下要求：數(shù)據(jù)采集可通過物聯(lián)感知技術(shù)可直接從物理電網(wǎng)層獲取數(shù)據(jù)或通過數(shù)據(jù)庫間接調(diào)取數(shù)據(jù)。采集的數(shù)據(jù)種類包括結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)及非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)預(yù)處理可將來源于不同設(shè)備及系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合、清洗，保證數(shù)據(jù)一致性、準(zhǔn)確性和可用性，包含清洗、融合、降維、轉(zhuǎn)換、分析等方法。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理可利用計(jì)算機(jī)硬件和軟件技術(shù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的收集、分類存儲(chǔ)和應(yīng)用，充分有效地發(fā)揮數(shù)據(jù)的作用。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中所建立的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，應(yīng)充分描述數(shù)據(jù)間的內(nèi)在聯(lián)系，便于數(shù)據(jù)修改、更新與擴(kuò)充，同時(shí)保證數(shù)據(jù)的獨(dú)立性、可靠、安全性與完整性，減少數(shù)據(jù)冗余，提高數(shù)據(jù)共享程度及數(shù)據(jù)管理效率。孿生模型概述通過模型構(gòu)建、模型演化、驗(yàn)證評估等過程，構(gòu)建孿生模型層，構(gòu)建物理電網(wǎng)數(shù)字孿生模型并實(shí)現(xiàn)對孿生模型的全生命周期管控。模型構(gòu)建模型構(gòu)建服務(wù)可提供數(shù)字孿生體定義、組裝、構(gòu)建的全過程服務(wù)，實(shí)現(xiàn)對數(shù)字孿生電網(wǎng)中設(shè)備實(shí)體、單元及系統(tǒng)功能特性的數(shù)字化、可視化表達(dá)。按照模型構(gòu)建范圍劃分，孿生模型可分為設(shè)備級、單元級、系統(tǒng)級等多維多時(shí)空多尺度孿生模型，要求如下：設(shè)備級孿生模型應(yīng)明確各模型的輸入、輸出參數(shù)。構(gòu)建強(qiáng)調(diào)對設(shè)備屬性、功能、能力、驅(qū)動(dòng)等層面的孿生，主要完成設(shè)備自身屬性的構(gòu)建。單元級孿生模型是由多個(gè)設(shè)備組成單元的功能、性能和接口模型，需要完成單元級孿生體與業(yè)務(wù)、仿真服務(wù)的雙向映射。不同版本之間的演化支持自動(dòng)迭代或者人工干預(yù)，演化更新涉及的參數(shù)或者模型應(yīng)支持自動(dòng)備份。系統(tǒng)級孿生模型是由多個(gè)單元組成的系統(tǒng)整體功能、性能模型，如微電網(wǎng)、虛擬電廠等系統(tǒng)模型。按照模型構(gòu)建方法劃分，孿生模型可分為可視化模型、機(jī)理模型、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型和混合模型，要求如下：可視化模型是描述電力設(shè)備幾何參數(shù)（如形狀、尺寸、位置等）與設(shè)備間連接關(guān)系的三維模型，可通過渲染等技術(shù)與物理電網(wǎng)保持一致。機(jī)理模型是基于電路基本定律、物理過程等構(gòu)建的數(shù)學(xué)模型，包含暫態(tài)與穩(wěn)態(tài)仿真模型、物理場仿真模型等。數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型是充分利用電網(wǎng)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)或量測數(shù)據(jù)，將相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合和提煉，經(jīng)過訓(xùn)練和擬合構(gòu)建的自動(dòng)化決策模型，包含負(fù)荷預(yù)測模型、故障預(yù)測模型等?；旌夏Ｐ褪腔跈C(jī)理模型和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型，融合機(jī)理公式和運(yùn)行推演規(guī)律等構(gòu)建的混合模型。模型演化孿生模型在電網(wǎng)運(yùn)行過程中設(shè)備參數(shù)或拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等發(fā)生了改變,形成了新版本的模型。模型在使用過程中其參數(shù)或結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變，形成了新版本的模型，包括但不限于根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)優(yōu)化參數(shù)、基于實(shí)際需求重構(gòu)模型、對模型進(jìn)行更新。演化更新應(yīng)能進(jìn)行版本管理，各版本通過唯一識別碼區(qū)分，應(yīng)能有效區(qū)分不同版本之間的功能差異。不同版本之間的演化支持自動(dòng)迭代或者人工干預(yù)，演化更新涉及的參數(shù)或者模型應(yīng)支持自動(dòng)備份。演化更新前后的版本應(yīng)支持與物理實(shí)體的同步運(yùn)行，待驗(yàn)證評估后方可正式以新版本上線運(yùn)行。驗(yàn)證評估模型驗(yàn)證評估應(yīng)遵循以下規(guī)則：誤差范圍：應(yīng)根據(jù)具體的驗(yàn)證對象，明確模型允許的誤差范圍。驗(yàn)證內(nèi)容：應(yīng)根據(jù)物理對象的驗(yàn)證需求，明確模型驗(yàn)證的目標(biāo)尺寸、位置、特征、功能或性能。驗(yàn)證環(huán)境：應(yīng)根據(jù)驗(yàn)證對象的驗(yàn)證特征、功能或性能，確定模型驗(yàn)證的硬件與軟件環(huán)境需求，明確驗(yàn)證環(huán)境特點(diǎn)。驗(yàn)證方案:應(yīng)根據(jù)具體驗(yàn)證對象的驗(yàn)證需求與驗(yàn)證環(huán)境，設(shè)計(jì)相應(yīng)的驗(yàn)證方案與流程。驗(yàn)證實(shí)施：驗(yàn)證實(shí)施過程應(yīng)遵循設(shè)計(jì)方案的流程，并應(yīng)在遵循電網(wǎng)實(shí)際生產(chǎn)安全要求條件下進(jìn)行。應(yīng)用交互概述通過同步映射和系統(tǒng)控制等過程，構(gòu)建應(yīng)用交互層，利用數(shù)據(jù)感知采集、可視化交互以及設(shè)備管理配置功能，結(jié)合控制指令的拆解、下發(fā)，實(shí)現(xiàn)對物理電網(wǎng)調(diào)控等的閉環(huán)管理。同步映射模型-模型的同步過程中，應(yīng)遵循以下要求：：應(yīng)明確各模型的輸入、輸出參數(shù)及關(guān)聯(lián)關(guān)系。應(yīng)根據(jù)模型特征構(gòu)建其相應(yīng)端口，以傳遞數(shù)據(jù)、信號和事件。模型-模型的關(guān)聯(lián)綁定后，應(yīng)對模型的耦合約束等信息進(jìn)行檢查。模型-數(shù)據(jù)的映射過程中，應(yīng)選取正確的物理電網(wǎng)數(shù)據(jù)作為模型驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)。模型-數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)映射分為狀態(tài)數(shù)據(jù)、報(bào)警數(shù)據(jù)和控制指令等，要求如下:狀態(tài)數(shù)據(jù)應(yīng)包括對應(yīng)應(yīng)用所需物理電網(wǎng)的狀態(tài)信息?？刂浦噶顟?yīng)包括對應(yīng)應(yīng)用所需物理電網(wǎng)行為的控制指令。報(bào)警數(shù)據(jù)應(yīng)包括對應(yīng)應(yīng)用所需超出電網(wǎng)要素安全穩(wěn)定運(yùn)行要求的數(shù)據(jù)。協(xié)同控制基于機(jī)理模型與數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型等，連接孿生模型和物理電網(wǎng)，一方面實(shí)現(xiàn)最優(yōu)決策控制指令的下達(dá)和執(zhí)行，另一方面收集物理電網(wǎng)及系統(tǒng)反饋信息并更新控制決策指令。完成孿生模型與物理電網(wǎng)之間的互操作與雙向互動(dòng)。物理電網(wǎng)及系統(tǒng)將控制指令拆分后下發(fā)至對應(yīng)的電力設(shè)備，執(zhí)行后將設(shè)備狀態(tài)、控制結(jié)果反饋。為設(shè)備監(jiān)測分析、設(shè)備狀態(tài)預(yù)警等場景應(yīng)用提供支持，形成孿生模型與物理電網(wǎng)間的在線閉環(huán)調(diào)控，保障物理電網(wǎng)的安全運(yùn)行。業(yè)務(wù)應(yīng)用層服務(wù)能力孿生服務(wù)層可以為業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)提供可視化監(jiān)視、分析發(fā)展趨勢、異常預(yù)測、推理決策等方面的共性能力：可視化指根據(jù)具體業(yè)務(wù)場景，從模型處理、場景編輯、可視化渲染、腳本制作和虛實(shí)融合等多方面進(jìn)行全時(shí)空、全過程、全交互、全實(shí)時(shí)的可視化服務(wù)，從而構(gòu)建起一個(gè)更加逼真的虛擬空間?？赏ㄟ^二維、三維、GIS、圖表等方式進(jìn)行應(yīng)用及結(jié)果展示及監(jiān)測功能。分析指當(dāng)物理電網(wǎng)出現(xiàn)某一行為時(shí)可通過孿生模型開展模擬分析，通過設(shè)定不同假設(shè)條件、疊加不同工況來模擬不同假定場景下電網(wǎng)的運(yùn)行情況，并從設(shè)備及系統(tǒng)的真實(shí)反應(yīng)來策劃各種假設(shè)情況的應(yīng)對措施。預(yù)測指利用數(shù)字孿生電網(wǎng)模型，包括物理對象的機(jī)理模型和基于感知量測的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型等，預(yù)測物理電網(wǎng)在未來一段時(shí)間的變化情況，針對電力系統(tǒng)部分特性進(jìn)行較高可信度的計(jì)算推演，實(shí)現(xiàn)異常和故障預(yù)測。決策可形成滿足多時(shí)間尺度、多應(yīng)用業(yè)務(wù)需求的精準(zhǔn)推理結(jié)果，提供業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)決策依據(jù)。業(yè)務(wù)應(yīng)用業(yè)務(wù)應(yīng)用是指通過數(shù)字孿生電網(wǎng)共性服務(wù)能力，解決電網(wǎng)業(yè)務(wù)應(yīng)用需求仿真，可包含電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)。暫態(tài)、短路計(jì)算、預(yù)測性調(diào)度等。電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)：數(shù)字孿生電網(wǎng)包含設(shè)備穩(wěn)態(tài)模型。通過設(shè)定不同的運(yùn)行條件，在數(shù)字孿生模型中實(shí)施潮流計(jì)算，以模擬電網(wǎng)在不同條件下的電網(wǎng)運(yùn)行方式包括潮流分布、電壓等，確定電網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)，以評估電網(wǎng)的運(yùn)行情況，有助于制定滿足要求的電網(wǎng)運(yùn)行方式。電磁暫態(tài)：數(shù)字孿生電網(wǎng)包含設(shè)備電磁模型。在數(shù)字孿生模型中實(shí)施電磁暫態(tài)仿真，以模擬電網(wǎng)在不同事件下的電磁響應(yīng)過程，以評估電網(wǎng)的應(yīng)急響應(yīng)和恢復(fù)能力。數(shù)字孿生電網(wǎng)可以配置事件觸發(fā)器，以在特定事件（如故障、開關(guān)操作）發(fā)生時(shí)啟動(dòng)電磁暫態(tài)仿真以評估潛在影響，有助于及早發(fā)現(xiàn)并應(yīng)對電網(wǎng)問題。短路計(jì)算：數(shù)字孿生電網(wǎng)支持短路計(jì)算以評估電網(wǎng)在發(fā)生故障（如短路故障）時(shí)的行為，模擬電流的瞬時(shí)變化，確定故障電流和設(shè)備額