數(shù)字化仿真技術(shù)在新型電力系統(tǒng)的應(yīng)用

　　為了實現(xiàn)碳峰值和碳中和的目標，能源是“主戰(zhàn)場”，電力是“主力軍”。建設(shè)以新能源為主體的南方電網(wǎng)新型電力系統(tǒng)，是推動電力清潔低碳發(fā)展的必然選擇。支持南方五省區(qū)和香港、澳門實現(xiàn)碳峰值和碳中和目標，確保南方能源供應(yīng)安全，意義重大。

　　南方電網(wǎng)公司先后發(fā)布《數(shù)字電網(wǎng)推動構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)白皮書》和《南方電網(wǎng)公司建設(shè)新型電力系統(tǒng)行動方案(2021-2030年)》，明確數(shù)字電網(wǎng)是承載新型電力系統(tǒng)的最佳形態(tài)，南方電網(wǎng)公司將在構(gòu)建新型電力系統(tǒng)進程中加快步伐，依托數(shù)字化轉(zhuǎn)型和數(shù)字電網(wǎng)建設(shè)，提升數(shù)字技術(shù)平臺支撐能力和數(shù)字電網(wǎng)運營能力，到2025年，南方電網(wǎng)將具備新型電力系統(tǒng)“綠色高效、柔性開放、數(shù)字賦能”的基本特征，到2030年，基本建成新型電力系統(tǒng)，服務(wù)碳達峰、碳中和戰(zhàn)略目標實現(xiàn)。

　　新型電力系統(tǒng)數(shù)字化仿真技術(shù)的必要性

　　(一)電網(wǎng)建設(shè)發(fā)展向數(shù)字化轉(zhuǎn)型

　　南方電網(wǎng)公司堅決貫徹落實黨中央重要決策部署，積極響應(yīng)數(shù)字中國建設(shè)號召，制定數(shù)字化轉(zhuǎn)型和數(shù)字南網(wǎng)建設(shè)行動方案，對數(shù)字南網(wǎng)建設(shè)作出了方向性、整體性、全局性謀劃。南方電網(wǎng)公司2022 年正式發(fā)布了《數(shù)字電網(wǎng)標準框架白皮書(2022年)》和《南方電網(wǎng)公司“十四五”數(shù)字化規(guī)劃》，將進一步把數(shù)字技術(shù)作為核心生產(chǎn)力，數(shù)據(jù)作為關(guān)鍵生產(chǎn)要素，按照“鞏固、完善、提升、發(fā)展”的總體策略推進數(shù)字化轉(zhuǎn)型及數(shù)字電網(wǎng)建設(shè)可持續(xù)發(fā)展，推動電網(wǎng)向安全、可靠、綠色、高效、智能轉(zhuǎn)型升級。

　　數(shù)字化是新型電力系統(tǒng)的本質(zhì)特征之一。數(shù)字電網(wǎng)是以物理電網(wǎng)為基礎(chǔ)，充分運用新一代數(shù)字技術(shù)構(gòu)建的新型融合型電力系統(tǒng)。隨著現(xiàn)實物理系統(tǒng)和電力業(yè)務(wù)系統(tǒng)的大量信息數(shù)字化，數(shù)字信息實現(xiàn)全面在線并融合互動，進而賦能物理系統(tǒng)和業(yè)務(wù)系統(tǒng)優(yōu)化、重構(gòu)，促進電網(wǎng)運行和業(yè)務(wù)運轉(zhuǎn)的效能提升，以數(shù)據(jù)驅(qū)動創(chuàng)造價值，連接能源產(chǎn)業(yè)上下游構(gòu)建能源生態(tài)系統(tǒng)，成為數(shù)字經(jīng)濟與數(shù)字中國建設(shè)的重要組成部分。

　　(二)應(yīng)用數(shù)字化仿真技術(shù)是必然趨勢

　　《中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和 2035 年遠景目標綱要》中，對我國加快數(shù)字化發(fā)展作出系統(tǒng)部署。打造數(shù)字經(jīng)濟新優(yōu)勢，加快數(shù)字化發(fā)展，推動智慧電廠升級，在虛擬現(xiàn)實(VR)和增強現(xiàn)實(AR)領(lǐng)域推動技術(shù)創(chuàng)新，發(fā)展數(shù)字化虛擬現(xiàn)實技術(shù)集成和開發(fā)工具軟件、行業(yè)解決方案。

　　電力行業(yè)應(yīng)用數(shù)字化仿真技術(shù)是大勢所趨。隨著數(shù)字化建設(shè)的深化落地，虛擬現(xiàn)實技術(shù)和數(shù)字仿真技術(shù)的引入，將使電力企業(yè)管理和電力生產(chǎn)發(fā)生質(zhì)的飛躍，更加符合新型電力系統(tǒng)建設(shè)發(fā)展的需要。數(shù)字化虛擬現(xiàn)實仿真技術(shù)已經(jīng)被世界上的特大型企業(yè)應(yīng)用到越來越多的工業(yè)環(huán)節(jié)，對企業(yè)提高開發(fā)效率，加強數(shù)據(jù)采集、分析、處理能力，減少決策失誤，降低企業(yè)風(fēng)險起到了重要的作用，在新型電力系統(tǒng)建設(shè)中引入數(shù)字化仿真技術(shù)是可行且必要的。大型電力設(shè)備的設(shè)計、制造、安裝、調(diào)試、運行維護等以往常常采用平面化材料，電站建成后電力設(shè)備埋藏于建筑物，具有復(fù)雜隱蔽性特性，對電力運行維護人員專業(yè)技術(shù)技能水平要求高，因此有必要借助虛擬現(xiàn)實數(shù)字仿真技術(shù)，提升電力行業(yè)機電設(shè)備在工業(yè)設(shè)計、生產(chǎn)制作、設(shè)計驗證、運行維護、設(shè)備管理等方面效率和水平。數(shù)字化仿真技術(shù)是當(dāng)前各行各業(yè)廣泛采用且十分有效的手段，對提高電力員工操作技能與水平，增強應(yīng)變處理能力，避免由于操作失誤造成設(shè)備損壞、電網(wǎng)解列以及其他重大事故具有重要意義。

　　新型電力系統(tǒng)數(shù)字化仿真平臺的應(yīng)用展望

　　構(gòu)建電力數(shù)字場景模型，提升電力設(shè)備數(shù)字化水平。通過精確數(shù)字化模型和虛擬仿真平臺來充分發(fā)揮數(shù)字化技術(shù)的優(yōu)勢，進一步優(yōu)化設(shè)備的圖紙資料系統(tǒng)，讓技術(shù)人員可以直接進入到虛擬環(huán)境下的設(shè)備內(nèi)部直觀了解設(shè)備的結(jié)構(gòu)。讓設(shè)備所有的數(shù)據(jù)形象逼真起來，并且設(shè)備數(shù)據(jù)性能查閱如測量真實設(shè)備數(shù)據(jù)般，不再苦澀抽象，滿足了對設(shè)備技術(shù)數(shù)據(jù)管理、查閱的要求，進一步提高電站對設(shè)備資料、技術(shù)參數(shù)的數(shù)字化水平。

　　精確實現(xiàn)物理特性仿真和機械裝配力學(xué)聯(lián)動。通過數(shù)字化仿真技術(shù)，能夠精確仿真模型物理屬性，可實現(xiàn)模型物理屬性的定義、編輯，實現(xiàn)模型剛體運動、場景重力、粒子運動和環(huán)境阻尼的精確物理仿真。數(shù)字化實體模型支持機械機構(gòu)運動的仿真能力，通過對模型原有結(jié)構(gòu)進行約束及干涉定義，實現(xiàn)機械部件之間的力學(xué)聯(lián)動。比如通過水輪機調(diào)速器控制環(huán)和導(dǎo)葉之間的約束關(guān)系，實現(xiàn)相應(yīng)導(dǎo)水機構(gòu)的聯(lián)動及水輪機轉(zhuǎn)動模擬。

　　場景化模擬檢修作業(yè)，輔助生產(chǎn)檢修策劃。通過虛擬仿真平臺，可以真實地模擬檢修作業(yè)，對現(xiàn)場檢修策劃以及輔助決策有很強的指導(dǎo)性。在遇到設(shè)備問題時可以及時地提供檢修策劃有效的技術(shù)支持，減少因為檢修策劃以及決策所耗費時間，讓檢修策劃工作更加準確細致，保證檢修過程在策劃階段就得到精細控制。

　　定制開發(fā)沉浸式課程，提升培訓(xùn)效率以及質(zhì)量。通過虛擬仿真平臺和專業(yè)課程包充分發(fā)揮數(shù)字化技術(shù)的優(yōu)勢，結(jié)合“工學(xué)結(jié)合-技能導(dǎo)向”的人才培養(yǎng)方案，突出職業(yè)能力培養(yǎng)。平臺輸出的課程內(nèi)容將更加貼近電廠技術(shù)技能人才培養(yǎng)目標，更加滿足崗位需求，不受培訓(xùn)資源、時間、空間的限制，極大提高員工的學(xué)習(xí)興趣，能夠有效提高員工培養(yǎng)質(zhì)量。

　　數(shù)字化仿真基建工程建設(shè)過程，優(yōu)化施工工序流程。針對電站建設(shè)過程、設(shè)計評審驗證等需求，推動虛擬仿真技術(shù)和電站基建專業(yè)的融合創(chuàng)新，建立電站土木建設(shè)及機電安裝過程實景及全景全過程動態(tài)仿真，還原電站建設(shè)全過程，應(yīng)用于工程建設(shè)進度管理優(yōu)化、施工工序優(yōu)化等工程建設(shè)應(yīng)用場景。

　　結(jié)語

　　展望“十四五”，公司將加快新型電力系統(tǒng)的建設(shè)和數(shù)字化轉(zhuǎn)型，整合創(chuàng)新數(shù)字技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)和仿真技術(shù)，不斷探索和實踐數(shù)字仿真平臺的應(yīng)用場景，為新電力系統(tǒng)建設(shè)公司的高質(zhì)量發(fā)展提供平臺支持和智力支持，使公司能夠發(fā)展高質(zhì)量、建設(shè)世界一流企業(yè)。

　　作者：孔吉宏 丘恩華