Page 113 - 电力设备电气自动化控制技术研究

第三章 新能源发电、配电、变电与储电装备的研发与设计

架构。 输变电设备数字孪生系统架构是所提出的数字孪生构建过程的实施路径，
是结合当前智能电网架构提出的数字孪生管理框架。
输变电设备数字孪生系统架构包含物理层、感知层、传输层、虚拟层及应用

层 5 层。其中物理层包含输变电设备设计、制造、交付、运维及报废回收等全生
命周期所涉及的物理实体，其包括机器、人员、环境、材料等，是数字孪生的实
现基础。输变电装备结构复杂，使得其在设计、制造、运维等过程中的环境跟状
态无法在物理空间被准确分析，因此在感知层需基于先进传感装置监测输变电设

备在其全生命周期中的状态及其参量，从而在虚拟空间中融合装备的设计参数、
制造过程参量、在线监测数据、环境数据等数据，并采用仿真建模、大数据计算
等对输变电设备生命周期的各个阶段进行研究分析。传输层的功能是为其他层级
提供数据支撑服务，感知层采集到的物理实体数据通过传输层实时传递给虚拟层，

虚拟层的管理控制指令也可通过传输层传递给物理层，用以实现物理层跟虚拟层
之间的实时交互。虚拟层指的是与物理层中物理实体相对应的虚拟体集合。虚拟
层包含数字化建模、仿真计算、大数据分析等功能，该层是基于感知数据实现对
输变电设备全生命周期的监测、评估与预测。应用层是输变电设备数字孪生全生

命周期中的具体业务应用，其包括输变电设备数字化研发、智能制造、物理与数
字体双交付、智能运维等环节。
从输变电设备数字孪生的构建过程来看，其数字化建模、机理驱动的仿真计
算、数据驱动的智能分析及共享智慧的实现均主要依赖于虚拟层与应用层，虚实

感知交互过程主要依赖于感知层与传输层。变压器是电力系统中重要的输变电设
备，以其为例，结合数字孪生构建过程，基于输变电设备数字孪生系统架构，给
出运维服务中变压器数字孪生体的实现构想，为输变电设备数字孪生的实现提供
可行的思路。变压器数字孪生体的实现包括数字建模、虚实互动、机理驱动的仿
真计算、数据驱动的智能分析、智慧共享 5 个阶段，其实现架构如图 3-1。

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