施耐德电气：数字孪生助力实现模型驱动的电网管理解决方案

摘要：随着连接虚拟世界和物理世界的技术基础不断增强，数字孪生的价值正在加速显现。在电网行业，数字孪生可以帮助改善决策，并在虚拟化/软件定义的环境中使用强大的模拟器及分析技术，来优化电网的业务。
关键词： 数字

随着连接虚拟世界和物理世界的技术基础不断增强，数字孪生的价值正在加速显现。在电网行业，数字孪生可以帮助改善决策，并在虚拟化/软件定义的环境中使用强大的模拟器及分析技术，来优化电网的业务。那么，应用于这一领域的数字孪生正经历着哪些发展变化，又如何面对业务需求的挑战？

业务及技术驱动因素，共同促进数字孪生应用发展

与之前相比，数字孪生在电网行业的应用和发展无疑正在加速。施耐德电气认为，来自业务和技术方面的驱动因素将共同促进这一发展趋势。例如，软件的增加和各种模拟器、协同模拟和多阶段模拟的持续改进，都将成为推动数字孪生进一步发展的动力。

具体而言，在业务层面，数字孪生的增长反映了人们认识到进一步优化需要更广泛的系统视图，例如电网和电网边缘资源等资产之间的互动。另一个驱动因素则是对数据进行估值的意愿，因为越来越多的利益相关者将数据视为一种资产。与此同时，在可持续性、风险管理和网络安全等方面的新需求，同样正在推动行业对数字孪生的需求。未来，在需求的推动下，甚至有望诞生出数字孪生市场这一新模式，从而使得市场中的各方可以利用数据共同创造价值。

来自技术层面的驱动因素，同样有着强劲的动力。随着“软件定义一切”理念的日趋成熟，软件将越来越多地定义自动化、网络、存储、数据中心等设施。另一个驱动因素，则是平台业务在生态系统内有选择地共享数据。例如，混合云技术的出现，使公共信息可以存储在公共云中，而敏感信息则可以存储在私有云中。同样，数据不断被“容器化”以加速业务流程的趋势，也推动了数字孪生的发展。

高级配电管理系统、建筑数据管理为两大应用场景

施耐德电气认为，未来，数字孪生与电网相关的应用场景，主要将集中在高级配电管理系统及建筑数据管理。一方面，伴随着电网扩张、新型工业物联网 (IIoT) 设备的渗透、新系统与公用事业信息技术/运营技术 (IT/OT) 的整合，公用事业收集和处理的数据量正在显著增加，而所有这些数据都将被传送到高级配电管理系统。

施耐德电气对高级配电管理系统模型管理的愿景是高度自动化、端到端、无缝的模型管理体验，只需最少的用户干预即可进行电网管理。这意味着，数字孪生需要提供一个准确的、最新的、可访问的网络模型，使公用事业能够应对气候变化和其他挑战。

另一方面，在发达国家，建筑行业是最大的最终能源消费者之一，其消耗占比高达总能源的40%。现有建筑尤其是商业建筑中，蕴藏着改善终端能效、需求响应、本地电网支持、可再生能源渗透率和弹性的巨大机会。因此，建筑数据管理同样是与电网相关的数字孪生的一大应用场景。

在这方面，一个建筑的数字孪生应该包括一个使用建筑信息模型的静态结构模型、一个功能性的、动态的建筑能源模型，以及结合了来自电表和传感器的实时数据的自适应模型。随着物联网设备的日益普及，这项技术越来越容易实现。

建筑数字孪生不仅可以促进更准确、更可预测的设计和施工交付过程，还有助于建筑在竣工试运行后的运维。建筑运维人员可以使用该数字孪生来分析建筑的行为，并最终定义新的控制方案，根据目标调整建筑的性能。此外，建筑还将在电动汽车智能充电领域发挥核心作用。建筑层面的智能充电可以避免大量的基础设施投资，提高本地和全球电网的弹性，并节省大量的运营成本。

多数字孪生协同及软件、服务的复杂性成为挑战

在不断发展的应用需求面前，数字孪生同样面临技术和业务层面的挑战。在技术层面，由于来自物联网等来源的数据量正在迅速增长，且新的模拟需求不断涌现，因此配电公司将需要不止一个数字孪生。

例如，人们未来可能同时需要促进控制中心和变电站之间数据模型交换的静态孪生、促进高级配电管理系统和地理信息系统之间动态数据模型更新和验证的功能性孪生、包含动态变化功能的自适应数字孪生，以及为复杂规划方案提供支持的智能数字孪生等。因此，确保多个数字孪生通过协作或联合来协同工作，将成为一项关键的技术挑战。

而在业务层面，数字孪生也面临着挑战。数字孪生的实现需要日益复杂的软件和服务，软件关系到离线运行或接收实时数据等不同类型的模拟器，以及模型管理平台。随着数据增加，由各方提供的服务可能也将增多。此外，还需要尽量避免为每个应用程序重新创建数字孪生。

施耐德电气提供模型驱动的电网管理解决方案

针对这些挑战，施耐德电气能够通过可互操作的电网数字孪生，为配电公司提供模型驱动的电网管理解决方案。这些解决方案适用于企业层面、变电站和馈线层面，以及使用数字日志的互联资产层面。

在这一领域，施耐德电气的目标包括打破数据孤岛、提供标准化和模板化的电网资产数字孪生，并继续推进不同软件应用程序之间的深度整合，例如高级配电管理系统和地理信息系统或变电站自动化工程之间的整合。

数字日志是一个在线存储库，可以将所有利益相关者提供的所有设备信息、维护记录和项目文档保存在更安全、更易于访问的地方，还可以使用多种数字工具进行访问。数字孪生使人员能够记录重要的施工文件、用户指南和维护计划。这改善了协作，增进了洞察，同时也降低了成本。

数字孪生同样为更强的数据分析能力提供了良好的基础。数据分析不仅将用于提高电网用户的成本效益，还将用于一系列能产生重要价值的举措，包括实现可持续性和柔性的提升。在这方面，OSIsoft 的PI系统提供了一个数据基础架构，可以帮助公用事业和其他机构开发分析工具。

这一平台，还能够为资产框架、资产分析等建立一个开发工具箱。这些能力将使 "高级分析 "以各种方式得到应用。对于现有领域，高级分析将使分析更加深入、快速和可靠。对于新兴领域，高级分析将融合传统的独立分析与综合分析，并改善可持续性结果。

以ETAP数字孪生应用，应对未来电网“时空”挑战

今天，施耐德电气在电网侧已经拥有了以电力系统建模和仿真的领先软件平台ETAP为代表的数字孪生应用。ETAP 以模型为驱动的高级功能，包括配电状态估计、故障定位、隔离和供电恢复、数据趋势分析、智能减载、负荷预测、开关优化及开关序列管理等功能，能够为电网的高效运行提供一套可靠的解决方案。

这样一来，通过构建以ETAP模型为基础的数字孪生平台，就可以帮助客户打造实现电力系统绿色能源转型的“利器”，以切实解决电网在空间和时间两个维度上面临的未来挑战。

在空间维度上，倡导在配网侧以互联互通的智能化电气设备为基础，通过大量的边缘数据的接入，构建出一套完整的电力系统模型；在应用、分析和服务层，还可以有效整合传统 SCADA 的分析能力以及 ETAP 对电力网络专业的分析能力，有效地把握整体电网的运行实时状态。

在时间维度上，提出利用数字孪生技术以及微电网解决方案，在新能源消纳从设计、建造到运营维护的全生命周期内，为客户提供完整的解决方案和系统工程交付，让新能源消纳带来的社会价值和经济价值清晰可见。

关于数字孪生应用于电网数字化转型的更多洞察，请参阅施耐德电气最新发布的白皮书《价值驱动的电网数据管理指南》，下载链接为：

https://download.schneider-electric.com/files?p_Doc_Ref=ECATA_Power_Grid_220402

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