智慧能源系统如何应用数字孪生技术 (3).docx
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2022-11-19
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一、前言 全球能源行业顺应数字化时代不断发展，我国电力体制改革深入推进，
在这一背景下加快能源转型已成为行业共识。但能源行业存在着体制、技术与市场
壁垒，使得能源转型面临挑战。国家能源局提出智慧能源战略，建设互联互通、透
明开放、互惠共享的能源共享平台，以期解决能源行业普遍存在的壁垒问题。数字
孪生技术可在物理世界和数字世界之间建立精准的联系，有助于解决智慧能源发展
所面临的技术难题，支持从多角度对能源互连网络进行精确仿真和控制。然而，数
字孪生技术在智慧能源行业的定义和应用架构仍有待深入研究，对于能源系统的数
字孪生技术应用试验也仅处于初步的验证探索阶段，涉及能源系统变电设备、电力
传输网和热电厂的数字孪生模型研究。 本文以面向智慧能源系统的数字孪生技术
为研究对象，重点梳理智慧能源领域对数字孪生技术的需求和国内外研究现状及趋
势，探究数字孪生技术在智慧能源系统中的定义和通用架构，据此分析面向智慧能
源系统的数字孪生关键技术和生态构建。 在此基础上开展数字孪生技术在智慧能
源行业的部署和应用案例研究，进而展望数字孪生技术在智慧能源行业的发展方向
和应用趋势。 二、面向智慧能源系统的数字孪生技术需求分析 （一）宏观需
求分析 2019 年 11 月，《中共中央关于坚持和完善中国特色社会主义制度推进国
家治理体系和治理能力现代化若干重大问题的决定》要求，推进能源革命，构建清
洁低碳、安全高效的能源体系。《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》提
出，培育基于智慧能源的新业务、新业态，建设新型能源消费生态与产业体系。我
国能源产业生态正在发生深刻变革。 目前新型冠状病毒肺炎疫情给我国经济发展
和能源行业带来了冲击，煤炭、天然气、电力、新能源等行业均遭受到一定程度的
影响。这并不能改变我国能源体系实现能源转型的目标，能源生产和利用方式的根
本性改变亟需以新一代数字化技术为关键支撑。 （二）技术需求分析 我国能源
供应朝着分散生产和网络共享的方向转变，但能源行业仍普遍存在体制、技术和市
场壁垒，能源供应侧、传输侧和消费侧都存在大量信息不透明、不共享的问题。国
家能源局提出的“互联网+”智慧能源战略，将借助现代信息技术提供互联互通、
透明开放、互惠共享的信息网络平台，打破现有能源“产、输、配、用”之间的不
对称信息格局，推进能源生产与消费模式革命，重构能源行业生态。该战略的落地
实施要求能源系统实施数字化深度转型，运用新的技术手段助力数字化转型成为亟
需。 云计算、人工智能（AI）、大数据、数字孪生等新兴热点技术，为能源行业
的创新与变革带来了新发展动力，为加速能源系统的数字化转型提供了技术支
撑。 构建智慧能源生态系统是我国能源行业的发展趋势，而融合物联网技术、通
信技术、大数据分析技术、高性能计算技术和先进仿真分析技术的数字孪生技术体
系，成为解决当前智慧能源发展面临问题的关键抓手。在现有能源系统的建模仿真
和在线监测技术的基础上，数字孪生技术体系进一步涵盖状态感知、边缘计算、智
能互联、协议适配、智能分析等技术，为智慧能源系统提供更加丰富和真实的模
型，从而全面服务于系统的运行和控制。 三、面向智慧能源系统的数字孪生技术
研究现状与趋势 近年来，国外对数字孪生技术的理论层面和应用层面研究均取得
了快速发展[5]。美国通用电气公司（GE）和辛辛那提大学应用涵盖从设计到维护
全过程的数字化来优化产品生产，但尚未实现数字孪生的统一建模技术。美国
ANSYS 公司提出 ANSYSTwinBuilder 技术方案，创建数字孪生并可快速连接至工业
物联网，用于改善产品性能、降低意外停机风险、优化下一代产品。文献提出了数
字孪生参考模型，在概念层面实现了对产品生命周期的全面描述。文献提出了一种
多模式数据采集方法，将生产系统与数据库耦合，为数字孪生提供了状态感知与分
析的基础能力。
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