2021年4月南方電網(wǎng)公司發(fā)布《數(shù)字電網(wǎng)推動(dòng)構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)白皮書》中明確指出，新型電力系統(tǒng)具備“數(shù)字賦能、柔性開放、綠色高效”三大顯著特征，南方電網(wǎng)公司將多措并舉，構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，服務(wù)碳達(dá)峰、碳中和戰(zhàn)略目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。
變壓器全息信息數(shù)字化概念
采用當(dāng)代技術(shù)領(lǐng)先的工業(yè)裝備全息信息模型數(shù)字化技術(shù)，圍繞主變壓器等核心設(shè)備，集成表達(dá)設(shè)備多維度的海量信息，不僅包括設(shè)備容易監(jiān)測(cè)的工作狀態(tài)信息、不易監(jiān)測(cè)的內(nèi)部性能信息，更包含了影響設(shè)備運(yùn)行的數(shù)據(jù)，如設(shè)備所處的自然環(huán)境、社會(huì)環(huán)境信息等，從而打造“全息變壓器”“全息變電站”，在開展災(zāi)害工況預(yù)測(cè)與評(píng)估、防災(zāi)減災(zāi)方案優(yōu)化時(shí)，可以柔性便捷地開展工作，并且減少物理試驗(yàn)的高能消耗，從而落實(shí)并豐富新型電力系統(tǒng)建設(shè)中“數(shù)字賦能、柔性開放、綠色高效”的內(nèi)涵特征。
變壓器全息信息數(shù)字化建模特點(diǎn)
全息變壓器的全息信息模型建設(shè)工作，有兩個(gè)特點(diǎn)：一個(gè)是“全面”，一個(gè)是“高質(zhì)量”。“全面”是指對(duì)變壓器設(shè)備相關(guān)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行全面收集，從數(shù)據(jù)的來源來分，包括來自各種設(shè)備傳感器的數(shù)據(jù)，設(shè)備自身參數(shù)數(shù)據(jù)、電網(wǎng)系統(tǒng)工況數(shù)據(jù)、變電站環(huán)境數(shù)據(jù)等。從數(shù)據(jù)類型來分，有CAD幾何模型數(shù)據(jù)，比如外觀形狀，包括局部關(guān)鍵位置的形狀與尺寸。有CAE性能仿真計(jì)算數(shù)據(jù)，比如變壓器內(nèi)部線圈繞組的位置點(diǎn)與受力變形數(shù)據(jù)等。從數(shù)據(jù)格式來分，有圖片、曲線、數(shù)據(jù)點(diǎn)參數(shù)等。有設(shè)備輸出的數(shù)據(jù)格式，也有軟件輸出的數(shù)據(jù)格式。這些種類多樣的海量數(shù)據(jù)共同構(gòu)建全息信息模型。“高質(zhì)量”是指這些數(shù)據(jù)來源明確，數(shù)據(jù)噪音少，應(yīng)用價(jià)值高，尤其是能體現(xiàn)設(shè)備運(yùn)營(yíng)內(nèi)部的性能仿真計(jì)算數(shù)據(jù)，保障和提升仿真計(jì)算數(shù)據(jù)的質(zhì)量，是本項(xiàng)目的重點(diǎn)工作之一。利用傳感器技術(shù)，變壓器的一些運(yùn)行參數(shù)數(shù)據(jù)都可監(jiān)測(cè)獲得。但還有很多運(yùn)行參數(shù)是難以監(jiān)測(cè)的，就需要采用多學(xué)科仿真計(jì)算的技術(shù)來獲取，也是當(dāng)前熱點(diǎn)的“虛擬傳感器”技術(shù)。譬如變壓器的繞組溫度、繞組受力、變壓器內(nèi)部油流涌動(dòng)情況等，這些參數(shù)都是不易監(jiān)測(cè)的，需采用高質(zhì)量的仿真計(jì)算技術(shù)來獲取可信的數(shù)據(jù)。而且圍繞設(shè)備的仿真計(jì)算技術(shù)應(yīng)用，通常都涉及電磁場(chǎng)、流體與散熱、機(jī)械結(jié)構(gòu)力學(xué)等多學(xué)科耦合仿真計(jì)算，其難度更大，但數(shù)據(jù)的質(zhì)量與價(jià)值，能獲得極大的提升，從而支撐新型電力系統(tǒng)的數(shù)字化建設(shè)。
變壓器全息信息數(shù)字化模型應(yīng)用
全息變壓器的全息信息模型應(yīng)用工作，也有兩個(gè)特點(diǎn)：一個(gè)是“緊扣需求”，一個(gè)是“數(shù)字賦能”。“緊扣需求”是指全息信息模型涉及的信息眾多，哪些數(shù)據(jù)重要、哪些數(shù)據(jù)先梳理收集，其選擇依據(jù)就是圍繞需求。緊密圍繞新時(shí)期新型電力系統(tǒng)數(shù)字電網(wǎng)的建設(shè)要求，緊密圍繞電站設(shè)備運(yùn)維、用電消納等工作對(duì)信息供給和信息處理的需求，來分階段、分輕重緩急對(duì)變壓器等設(shè)備開展數(shù)據(jù)信息的梳理與收集工作。需求的分析整理，其中大部分也體現(xiàn)在全息變壓器數(shù)字模型與哪些系統(tǒng)存在數(shù)據(jù)交接，這些系統(tǒng)需要全息信息模型提供哪些數(shù)據(jù)、怎樣提供等。圍繞這些需求來開展工作，有的放矢，則事半功倍。“數(shù)字賦能”是指充分發(fā)揮全息信息模型的數(shù)字化屬性，用數(shù)據(jù)積極支持各個(gè)信息化系統(tǒng)、支持各項(xiàng)新型電力系統(tǒng)工作。包括防災(zāi)減災(zāi)方案評(píng)估，譬如地震、臺(tái)風(fēng)、冰凍等極端自然環(huán)境條件，如果使用實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建，需要耗費(fèi)大量實(shí)驗(yàn)物料、能源以及大量的準(zhǔn)備時(shí)間。但使用全息信息數(shù)字化模型，可以在計(jì)算機(jī)虛擬環(huán)境中構(gòu)建極端自然環(huán)境，靈活高效。在數(shù)字化的虛擬環(huán)境中置入數(shù)字化設(shè)備模型，就可以在計(jì)算機(jī)環(huán)境下評(píng)估設(shè)備的抗震、抗風(fēng)、抗冰等的性能，可以評(píng)估變壓器的內(nèi)部關(guān)鍵部位的結(jié)構(gòu)力學(xué)性能，比如線圈繞組、隔板層、保護(hù)開關(guān)等是否變形斷裂。可以評(píng)估變壓器內(nèi)部的散熱情況，比如油流的運(yùn)動(dòng)等?？梢栽u(píng)估變壓器的電磁性能情況。
思考與展望
實(shí)施開展變壓器全息信息數(shù)字化模型建模與賦能應(yīng)用技術(shù)研究，將在核心設(shè)備數(shù)字化模型層面，支持支撐南方電網(wǎng)新型電力系統(tǒng)擁有更加敏銳的“神經(jīng)單元”，支持鏈接更加聰明的“大腦”，大幅提升南方電網(wǎng)新型電力系統(tǒng)的“全面可觀、精確可測(cè)、高度可控”水平，支持千萬臺(tái)級(jí)新能源設(shè)備建立全息信息數(shù)字化模型，這將為新時(shí)期數(shù)字電網(wǎng)建設(shè)實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)略目標(biāo)提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。
(作者李德波 為南網(wǎng)首批高層次人才、南網(wǎng)科技公司資深工程師)
變壓器全息信息數(shù)字化概念
采用當(dāng)代技術(shù)領(lǐng)先的工業(yè)裝備全息信息模型數(shù)字化技術(shù)，圍繞主變壓器等核心設(shè)備，集成表達(dá)設(shè)備多維度的海量信息，不僅包括設(shè)備容易監(jiān)測(cè)的工作狀態(tài)信息、不易監(jiān)測(cè)的內(nèi)部性能信息，更包含了影響設(shè)備運(yùn)行的數(shù)據(jù)，如設(shè)備所處的自然環(huán)境、社會(huì)環(huán)境信息等，從而打造“全息變壓器”“全息變電站”，在開展災(zāi)害工況預(yù)測(cè)與評(píng)估、防災(zāi)減災(zāi)方案優(yōu)化時(shí)，可以柔性便捷地開展工作，并且減少物理試驗(yàn)的高能消耗，從而落實(shí)并豐富新型電力系統(tǒng)建設(shè)中“數(shù)字賦能、柔性開放、綠色高效”的內(nèi)涵特征。
變壓器全息信息數(shù)字化建模特點(diǎn)
全息變壓器的全息信息模型建設(shè)工作，有兩個(gè)特點(diǎn)：一個(gè)是“全面”，一個(gè)是“高質(zhì)量”。“全面”是指對(duì)變壓器設(shè)備相關(guān)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行全面收集，從數(shù)據(jù)的來源來分，包括來自各種設(shè)備傳感器的數(shù)據(jù)，設(shè)備自身參數(shù)數(shù)據(jù)、電網(wǎng)系統(tǒng)工況數(shù)據(jù)、變電站環(huán)境數(shù)據(jù)等。從數(shù)據(jù)類型來分，有CAD幾何模型數(shù)據(jù)，比如外觀形狀，包括局部關(guān)鍵位置的形狀與尺寸。有CAE性能仿真計(jì)算數(shù)據(jù)，比如變壓器內(nèi)部線圈繞組的位置點(diǎn)與受力變形數(shù)據(jù)等。從數(shù)據(jù)格式來分，有圖片、曲線、數(shù)據(jù)點(diǎn)參數(shù)等。有設(shè)備輸出的數(shù)據(jù)格式，也有軟件輸出的數(shù)據(jù)格式。這些種類多樣的海量數(shù)據(jù)共同構(gòu)建全息信息模型。“高質(zhì)量”是指這些數(shù)據(jù)來源明確，數(shù)據(jù)噪音少，應(yīng)用價(jià)值高，尤其是能體現(xiàn)設(shè)備運(yùn)營(yíng)內(nèi)部的性能仿真計(jì)算數(shù)據(jù)，保障和提升仿真計(jì)算數(shù)據(jù)的質(zhì)量，是本項(xiàng)目的重點(diǎn)工作之一。利用傳感器技術(shù)，變壓器的一些運(yùn)行參數(shù)數(shù)據(jù)都可監(jiān)測(cè)獲得。但還有很多運(yùn)行參數(shù)是難以監(jiān)測(cè)的，就需要采用多學(xué)科仿真計(jì)算的技術(shù)來獲取，也是當(dāng)前熱點(diǎn)的“虛擬傳感器”技術(shù)。譬如變壓器的繞組溫度、繞組受力、變壓器內(nèi)部油流涌動(dòng)情況等，這些參數(shù)都是不易監(jiān)測(cè)的，需采用高質(zhì)量的仿真計(jì)算技術(shù)來獲取可信的數(shù)據(jù)。而且圍繞設(shè)備的仿真計(jì)算技術(shù)應(yīng)用，通常都涉及電磁場(chǎng)、流體與散熱、機(jī)械結(jié)構(gòu)力學(xué)等多學(xué)科耦合仿真計(jì)算，其難度更大，但數(shù)據(jù)的質(zhì)量與價(jià)值，能獲得極大的提升，從而支撐新型電力系統(tǒng)的數(shù)字化建設(shè)。
變壓器全息信息數(shù)字化模型應(yīng)用
全息變壓器的全息信息模型應(yīng)用工作，也有兩個(gè)特點(diǎn)：一個(gè)是“緊扣需求”，一個(gè)是“數(shù)字賦能”。“緊扣需求”是指全息信息模型涉及的信息眾多，哪些數(shù)據(jù)重要、哪些數(shù)據(jù)先梳理收集，其選擇依據(jù)就是圍繞需求。緊密圍繞新時(shí)期新型電力系統(tǒng)數(shù)字電網(wǎng)的建設(shè)要求，緊密圍繞電站設(shè)備運(yùn)維、用電消納等工作對(duì)信息供給和信息處理的需求，來分階段、分輕重緩急對(duì)變壓器等設(shè)備開展數(shù)據(jù)信息的梳理與收集工作。需求的分析整理，其中大部分也體現(xiàn)在全息變壓器數(shù)字模型與哪些系統(tǒng)存在數(shù)據(jù)交接，這些系統(tǒng)需要全息信息模型提供哪些數(shù)據(jù)、怎樣提供等。圍繞這些需求來開展工作，有的放矢，則事半功倍。“數(shù)字賦能”是指充分發(fā)揮全息信息模型的數(shù)字化屬性，用數(shù)據(jù)積極支持各個(gè)信息化系統(tǒng)、支持各項(xiàng)新型電力系統(tǒng)工作。包括防災(zāi)減災(zāi)方案評(píng)估，譬如地震、臺(tái)風(fēng)、冰凍等極端自然環(huán)境條件，如果使用實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建，需要耗費(fèi)大量實(shí)驗(yàn)物料、能源以及大量的準(zhǔn)備時(shí)間。但使用全息信息數(shù)字化模型，可以在計(jì)算機(jī)虛擬環(huán)境中構(gòu)建極端自然環(huán)境，靈活高效。在數(shù)字化的虛擬環(huán)境中置入數(shù)字化設(shè)備模型，就可以在計(jì)算機(jī)環(huán)境下評(píng)估設(shè)備的抗震、抗風(fēng)、抗冰等的性能，可以評(píng)估變壓器的內(nèi)部關(guān)鍵部位的結(jié)構(gòu)力學(xué)性能，比如線圈繞組、隔板層、保護(hù)開關(guān)等是否變形斷裂。可以評(píng)估變壓器內(nèi)部的散熱情況，比如油流的運(yùn)動(dòng)等?？梢栽u(píng)估變壓器的電磁性能情況。
思考與展望
實(shí)施開展變壓器全息信息數(shù)字化模型建模與賦能應(yīng)用技術(shù)研究，將在核心設(shè)備數(shù)字化模型層面，支持支撐南方電網(wǎng)新型電力系統(tǒng)擁有更加敏銳的“神經(jīng)單元”，支持鏈接更加聰明的“大腦”，大幅提升南方電網(wǎng)新型電力系統(tǒng)的“全面可觀、精確可測(cè)、高度可控”水平，支持千萬臺(tái)級(jí)新能源設(shè)備建立全息信息數(shù)字化模型，這將為新時(shí)期數(shù)字電網(wǎng)建設(shè)實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)略目標(biāo)提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。
(作者李德波 為南網(wǎng)首批高層次人才、南網(wǎng)科技公司資深工程師)
