潘 博，張 弛，張 華，聶鵬晨，顧 力，萬(wàn)軼倫

(國(guó)網(wǎng)上海市電力公司浦東供電公司，上海 200120)

數(shù)字化轉(zhuǎn)型，就是利用數(shù)字化技術(shù)來(lái)推動(dòng)企業(yè)組織轉(zhuǎn)變業(yè)務(wù)模式、組織架構(gòu)、企業(yè)文化等的變革措施。當(dāng)前能源革命與數(shù)字革命融合發(fā)展、開放共享能源生態(tài)建設(shè)呈現(xiàn)“雙提速”趨勢(shì)，大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)、5G、人工智能等關(guān)鍵技術(shù)不斷發(fā)展融合，國(guó)網(wǎng)上海市電力公司浦東供電公司(以下簡(jiǎn)稱“浦東供電公司”)率先提出進(jìn)行數(shù)智化轉(zhuǎn)型。數(shù)智化轉(zhuǎn)型是數(shù)字化轉(zhuǎn)型的演繹升級(jí)，通過(guò)數(shù)字化的手段，達(dá)到智慧化的目標(biāo)。

文獻(xiàn)[1]指出用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)管理變革和轉(zhuǎn)型升級(jí)，構(gòu)建數(shù)據(jù)挖掘邏輯架構(gòu)，喚醒沉睡數(shù)據(jù)，為公司數(shù)字化轉(zhuǎn)型服務(wù)。文獻(xiàn)[2]介紹了公司數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)的戰(zhàn)略與路徑，用實(shí)踐闡述了數(shù)字化轉(zhuǎn)型是企業(yè)對(duì)外增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，對(duì)內(nèi)優(yōu)化資源配置的必要手段，是提質(zhì)增效、實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的根本路徑。數(shù)字孿生變電站是數(shù)字化變電站[3-5]的轉(zhuǎn)變升級(jí)，是物理實(shí)體變電站的數(shù)字化映射，是基于“大云物移智”的新一代計(jì)算機(jī)技術(shù)的時(shí)代產(chǎn)物。數(shù)字孿生技術(shù)最早被應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，在2010—2011年被美國(guó)航空航天局(NASA)和美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室(AFRL)采用[6]。2013年美國(guó)通用電氣公司開發(fā)了一個(gè)基于云計(jì)算的軟件平臺(tái)“Predix”，開啟了數(shù)字化轉(zhuǎn)型之路。2016年，美國(guó)西門子公司在德國(guó)漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上正式提出了“數(shù)字化雙胞胎”概念。隨著數(shù)字孿生技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)字孿生技術(shù)在智能礦山建設(shè)、川藏鐵路建設(shè)以及產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程也發(fā)揮了巨大作用[7-9]，是各大行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要技術(shù)。

當(dāng)前電力公司正面臨轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時(shí)刻，以數(shù)字化為手段，智慧化為目的，全面開展數(shù)智化轉(zhuǎn)型，是電力公司一項(xiàng)迫切任務(wù)。對(duì)于變電站而言，傳統(tǒng)的“數(shù)字化”只是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化的手段或方式，與一、二次設(shè)備的智能化程度無(wú)關(guān)，設(shè)備的“智慧化”關(guān)注的是設(shè)備的功能、技術(shù)性能及其參與決策的能力。建設(shè)“數(shù)字孿生變電站”是電網(wǎng)企業(yè)進(jìn)行數(shù)智化轉(zhuǎn)型的重要技術(shù)支撐，能夠深入挖掘數(shù)據(jù)資產(chǎn)價(jià)值，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)作業(yè)，真正實(shí)現(xiàn)“數(shù)”與“智”的融合，為未來(lái)變電站建設(shè)及運(yùn)維模式轉(zhuǎn)變樹立新標(biāo)桿，更好地推動(dòng)企業(yè)全面提質(zhì)增效。

1 數(shù)智化轉(zhuǎn)型的必要性

受地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、能源領(lǐng)域改革、電價(jià)下調(diào)等政策影響，依靠傳統(tǒng)電量增長(zhǎng)拉動(dòng)營(yíng)收營(yíng)利的經(jīng)營(yíng)發(fā)展模式難以為繼，迫切需要圍繞質(zhì)量、效率、效益，優(yōu)化經(jīng)營(yíng)策略，實(shí)現(xiàn)降本增效。傳統(tǒng)生產(chǎn)作業(yè)模式需要投入大量的人力、物力、財(cái)力，運(yùn)維檢修、缺陷定位、狀態(tài)評(píng)價(jià)等環(huán)節(jié)依然存在難點(diǎn)痛點(diǎn)，大量沉睡數(shù)據(jù)有待“喚醒”。其具體表現(xiàn)為以下6個(gè)方面。

(1)數(shù)據(jù)資產(chǎn)方面：在電網(wǎng)設(shè)備建設(shè)和運(yùn)行過(guò)程中，浦東供電公司積累了海量歷史數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)使用方面，仍舊根據(jù)單一任務(wù)調(diào)取單臺(tái)、單站、單次數(shù)據(jù)作為分析依據(jù)，海量設(shè)備數(shù)據(jù)仍處于“沉睡狀態(tài)”，未能有效挖掘其價(jià)值；在數(shù)據(jù)分析方面，缺少一套能夠?qū)v史試驗(yàn)、在線檢測(cè)等眾多數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)分析和高效決策的手段，難以利用大數(shù)據(jù)精準(zhǔn)指導(dǎo)現(xiàn)有生產(chǎn)作業(yè)開展。

(2)生產(chǎn)作業(yè)模式方面：在變電站運(yùn)維方面，隨著電網(wǎng)自動(dòng)化、信息化水平的提升，原來(lái)的有人值班已轉(zhuǎn)為無(wú)人值班，但周期性巡視、倒閘操作、帶電檢測(cè)等仍舊執(zhí)行人來(lái)工作；在設(shè)備檢修方面，原來(lái)的剛性周期檢修已轉(zhuǎn)為彈性周期檢修，并向不停電狀態(tài)評(píng)價(jià)逐步推進(jìn)，但在缺陷定位和設(shè)備多維狀態(tài)評(píng)價(jià)方面仍存在難點(diǎn)痛點(diǎn)；在現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)方面，作業(yè)人員仍舊依靠攜帶的單一、單臺(tái)、單站的數(shù)據(jù)資料、運(yùn)行規(guī)程、作業(yè)指導(dǎo)書等離線且有限的數(shù)據(jù)資料開展作業(yè)，研判能力缺少專家系統(tǒng)支持；現(xiàn)有生產(chǎn)作業(yè)模式工作效率較低，工作質(zhì)量依賴人員技能水平和裝備能力，生產(chǎn)作業(yè)模式亟待優(yōu)化。

(3)設(shè)備運(yùn)維成本方面：成本壓降困難，目前公司每年在設(shè)備運(yùn)維方面投入了大量的人力、物力、財(cái)力以保障設(shè)備安全運(yùn)行。根據(jù)蔡倫站近五年成本測(cè)算，每年平均投入約11萬(wàn)元。成本使用針對(duì)性不強(qiáng)，設(shè)備周期性過(guò)修導(dǎo)致成本浪費(fèi)，因未及時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷隱患造成的事故導(dǎo)致電量損失和修復(fù)成本增加，成本精益管理水平有待提升。

(4)安全防護(hù)手段方面：目前現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的安全防護(hù)仍較為被動(dòng)，依靠人工落實(shí)“三措一案”和監(jiān)督檢查等“人防”、“物防”措施多，智能糾錯(cuò)、主動(dòng)防御等“技防”手段少。

(5)人才培育方面：浦東供電公司自2012年升格為大供以來(lái)，變電站人均設(shè)備量已翻倍。目前人員多為“單一作業(yè)手”，專業(yè)劃分過(guò)于細(xì)致。以變電專業(yè)為例，又細(xì)分檢修、運(yùn)行、操作、繼保等小類專業(yè)，專業(yè)之間存在壁壘，難以實(shí)現(xiàn)減員增效。配網(wǎng)管理急需培養(yǎng)多專業(yè)貫通的復(fù)合型人才，打造設(shè)備運(yùn)維的“全科醫(yī)生”，實(shí)現(xiàn)人力資源利用效率最大化。

(6)物聯(lián)網(wǎng)高質(zhì)量發(fā)展方面：?jiǎn)渭円揽吭谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)的高投入來(lái)提高變電站智能化水平不具備可復(fù)制、可推廣的價(jià)值，需進(jìn)一步探索數(shù)智化轉(zhuǎn)型路線，深挖歷史沉睡數(shù)據(jù)價(jià)值并加以復(fù)制推廣，成為必然選擇。

2 數(shù)智化轉(zhuǎn)型的探索應(yīng)用

處在能源革命與數(shù)字革命深度融合的歷史交匯點(diǎn)，浦東供電公司跨前一步，加快推動(dòng)“建設(shè)具有中國(guó)特色國(guó)際領(lǐng)先能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)”戰(zhàn)略落地，提出了數(shù)智化轉(zhuǎn)型的目標(biāo)。變電站作為電網(wǎng)設(shè)備中最基礎(chǔ)、最關(guān)鍵、最龐大的組成要素，需要承擔(dān)數(shù)智化轉(zhuǎn)型的“先手棋”作用。為此，浦東供電公司依托大數(shù)據(jù)、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等“新基建”領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)，推動(dòng)從傳統(tǒng)變電站向數(shù)字孿生變電站的跨越升級(jí)。

數(shù)字孿生變電站主要通過(guò)以下幾個(gè)方面進(jìn)行建設(shè)，推動(dòng)公司數(shù)智化轉(zhuǎn)型。

(1)針對(duì)變電站設(shè)備搭建前端狀態(tài)感知網(wǎng)絡(luò)，為前端裝置采集數(shù)據(jù)開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)化接口統(tǒng)一接入站端輔控系統(tǒng)，同時(shí)，搭建數(shù)字孿生評(píng)價(jià)系統(tǒng)平臺(tái)，完成前端感知裝置、站端輔控系統(tǒng)與數(shù)字孿生評(píng)價(jià)系統(tǒng)平臺(tái)的軟硬件聯(lián)調(diào)，對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行情況、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)備外觀狀態(tài)以及環(huán)境運(yùn)維情況進(jìn)行全天候監(jiān)測(cè)。

(2)融合前端實(shí)時(shí)感知數(shù)據(jù)、二次遙測(cè)遙信數(shù)據(jù)、歷史報(bào)告數(shù)據(jù)，打造貫通一次、二次設(shè)備數(shù)據(jù)的數(shù)字孿生評(píng)價(jià)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)更為全面、及時(shí)、準(zhǔn)確的狀態(tài)感知。

(3)“喚醒沉睡數(shù)據(jù)”，通過(guò)人工智能技術(shù)深挖數(shù)據(jù)價(jià)值，構(gòu)建以“數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)”為核心的在線設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)體系，打造貫通一次、二次設(shè)備數(shù)據(jù)的數(shù)字孿生系統(tǒng)。

(4)探索運(yùn)維檢修作業(yè)新模式，通過(guò)應(yīng)用數(shù)字孿生系統(tǒng)等電力物聯(lián)網(wǎng)裝置及系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)“精確決策”、“精確研判”、“精確運(yùn)維”、“精確處置”等。

(5)對(duì)內(nèi)拓展延伸“數(shù)字孿生變電站建設(shè)經(jīng)驗(yàn)”至線、纜、臺(tái)、戶端，積累應(yīng)用數(shù)據(jù)及經(jīng)驗(yàn)，做好效率、效益分析，形成可復(fù)制、可推廣的電力物聯(lián)網(wǎng)模式。

(6)從數(shù)據(jù)、軟件、服務(wù)等方面開發(fā)有需求、有賣點(diǎn)的數(shù)字化創(chuàng)新產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)“數(shù)字孿生變電站建設(shè)經(jīng)驗(yàn)”和“數(shù)據(jù)資產(chǎn)”變現(xiàn)。

目前，浦東供電公司以35 kV蔡倫站為試點(diǎn)，在站內(nèi)搭建了涵蓋6大類設(shè)備涉及25類傳感器的前端感知網(wǎng)絡(luò)，在此基礎(chǔ)上，打造了數(shù)字孿生變電站樣板工程，建立了實(shí)體設(shè)備在虛擬空間內(nèi)的數(shù)字鏡像映射，準(zhǔn)確把控設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)變化并提供決策支撐。隨后，浦東供電公司還將數(shù)字孿生變電站推廣至110 kV博藝變電站，實(shí)現(xiàn)實(shí)體變電站與數(shù)字孿生站同步建設(shè)、同步移交。

3 數(shù)字孿生變電站建設(shè)成效

數(shù)字孿生變電站可以實(shí)現(xiàn)六大成效，真正推動(dòng)公司數(shù)智化轉(zhuǎn)型，促進(jìn)生產(chǎn)業(yè)務(wù)提質(zhì)增效。

(1)安全智防御，通過(guò)精細(xì)化檢修策略、機(jī)器代人巡視等，減少現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)頻度，降低人員接觸帶電設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)，提升本質(zhì)安全；

(2)檢修智預(yù)測(cè)，由“預(yù)防性維護(hù)”轉(zhuǎn)向“預(yù)測(cè)性維護(hù)”，降低變電站檢修成本支出約23%；

(3)設(shè)備智管控，服務(wù)規(guī)劃、設(shè)計(jì)、基建、生產(chǎn)、營(yíng)銷等全業(yè)務(wù)流程，真正實(shí)現(xiàn)設(shè)備全壽命周期管理；

(4)資產(chǎn)智增益，系統(tǒng)可以精準(zhǔn)評(píng)估設(shè)備健康狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常發(fā)展趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)“未病先防”，可提高設(shè)備使用價(jià)值；

(5)服務(wù)智定制，通過(guò)“設(shè)備畫像”為政府、企業(yè)提供設(shè)備運(yùn)維咨詢服務(wù)、設(shè)備購(gòu)置咨詢服務(wù)、數(shù)字孿生定制服務(wù)；

(6)產(chǎn)業(yè)智優(yōu)化，為產(chǎn)業(yè)集團(tuán)提供技術(shù)咨詢支持，同時(shí)要求產(chǎn)業(yè)集團(tuán)實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生交付，促進(jìn)中國(guó)智能制造產(chǎn)業(yè)邁向更高水平。

浦東供電公司建設(shè)的數(shù)字孿生變電站能夠利用專家知識(shí)、人工智能分析等核心技術(shù)，對(duì)傳感器采集的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)以及歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行研判分析，實(shí)時(shí)診斷設(shè)備的健康狀態(tài)以及異常發(fā)展趨勢(shì)。當(dāng)傳感器感知到設(shè)備出現(xiàn)異常情況時(shí)，系統(tǒng)會(huì)對(duì)巡檢機(jī)器人發(fā)出指令進(jìn)行復(fù)測(cè)，同時(shí)縮短傳感器的采樣周期，通過(guò)多種感知數(shù)據(jù)的交叉印證快速定位缺陷并判斷缺陷類別。同時(shí)系統(tǒng)能夠根據(jù)設(shè)備狀態(tài)定制個(gè)性化檢修策略，由預(yù)防性檢修轉(zhuǎn)向預(yù)測(cè)性檢修，并指導(dǎo)大修技改精準(zhǔn)投資。除了生產(chǎn)之外，數(shù)字孿生系統(tǒng)分析結(jié)果還能服務(wù)于規(guī)劃、設(shè)計(jì)、基建等環(huán)節(jié)，服務(wù)設(shè)備全壽命周期管理。

4 結(jié)語(yǔ)

數(shù)智化轉(zhuǎn)型關(guān)鍵是如何提高資源優(yōu)化配置效率，核心是如何實(shí)現(xiàn)科學(xué)決策、精準(zhǔn)決策、高效決策。數(shù)字孿生變電站建設(shè)以“數(shù)據(jù)+算法”的決策模式在電力公司數(shù)智化轉(zhuǎn)型起著重要推動(dòng)和引領(lǐng)作用，同時(shí)對(duì)其他行業(yè)的數(shù)智化轉(zhuǎn)型探索提供了借鑒和參考意義。