新型电力系统数字化仿真技术应用展望

一、引言

实现碳达峰、碳中和目标，能源是“主战场”，电力是“主力军”。南方电网建设以新能源为主体的新型电力系统，是推动电力清洁低碳发展的必然选择，对支持南方五省区及港澳地区实现碳达峰、碳中和目标，保障南方区域能源供应安全具有重要意义。

南方电网公司先后发布《数字电网推动构建以新能源为主体的新型电力系统白皮书》和《南方电网公司建设新型电力系统行动方案(2021-2030年)》，明确数字电网是承载新型电力系统的最佳形态，南方电网公司将在构建新型电力系统进程中加快步伐，依托数字化转型和数字电网建设，提升数字技术平台支撑能力和数字电网运营能力，到2025年，南方电网将具备新型电力系统“绿色高效、柔性开放、数字赋能”的基本特征，到2030年，基本建成新型电力系统，服务碳达峰、碳中和战略目标实现。

二、新型电力系统数字化仿真技术的必要性

（一）电网建设发展向数字化转型

南方电网公司坚决贯彻落实党中央重要决策部署，积极响应数字中国建设号召，制定数字化转型和数字南网建设行动方案，对数字南网建设作出了方向性、整体性、全局性谋划。南方电网公司2022年正式发布了《数字电网标准框架白皮书（2022年）》和《南方电网公司“十四五”数字化规划》，将进一步把数字技术作为核心生产力，数据作为关键生产要素，按照“巩固、完善、提升、发展”的总体策略推进数字化转型及数字电网建设可持续发展，推动电网向安全、可靠、绿色、高效、智能转型升级。

数字化是新型电力系统的本质特征之一。数字电网是以物理电网为基础，充分运用新一代数字技术构建的新型融合型电力系统。随着现实物理系统和电力业务系统的大量信息数字化，数字信息实现全面在线并融合互动，进而赋能物理系统和业务系统优化、重构，促进电网运行和业务运转的效能提升，以数据驱动创造价值，连接能源产业上下游构建能源生态系统，成为数字经济与数字中国建设的重要组成部分。

（二）应用数字化仿真技术是必然趋势

《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》中，对我国加快数字化发展作出系统部署。打造数字经济新优势，加快数字化发展，推动智慧电厂升级，在虚拟现实（VR）和增强现实（AR）领域推动技术创新，发展数字化虚拟现实技术集成和开发工具软件、行业解决方案。

电力行业应用数字化仿真技术是大势所趋。随着数字化建设的深化落地，虚拟现实技术和数字仿真技术的引入，将使电力企业管理和电力生产发生质的飞跃，更加符合新型电力系统建设发展的需要。数字化虚拟现实仿真技术已经被世界上的特大型企业应用到越来越多的工业环节，对企业提高开发效率，加强数据采集、分析、处理能力，减少决策失误，降低企业风险起到了重要的作用，在新型电力系统建设中引入数字化仿真技术是可行且必要的。大型电力设备的设计、制造、安装、调试、运行维护等以往常常采用平面化材料，电站建成后电力设备埋藏于建筑物，具有复杂隐蔽性特性，对电力运行维护人员专业技术技能水平要求高，因此有必要借助虚拟现实数字仿真技术，提升电力行业机电设备在工业设计、生产制作、设计验证、运行维护、设备管理等方面效率和水平。数字化仿真技术是当前各行各业广泛采用且十分有效的手段，对提高电力员工操作技能与水平，增强应变处理能力，避免由于操作失误造成设备损坏、电网解列以及其他重大事故具有重要意义。

三、新型电力系统数字化仿真平台的应用展望

构建电力数字场景模型，提升电力设备数字化水平。通过精确数字化模型和虚拟仿真平台来充分发挥数字化技术的优势，进一步优化设备的图纸资料系统，让技术人员可以直接进入到虚拟环境下的设备内部直观了解设备的结构。让设备所有的数据形象逼真起来，并且设备数据性能查阅如测量真实设备数据般，不再苦涩抽象，满足了对设备技术数据管理、查阅的要求，进一步提高电站对设备资料、技术参数的数字化水平。

精确实现物理特性仿真和机械装配力学联动。通过数字化仿真技术，能够精确仿真模型物理属性，可实现模型物理属性的定义、编辑，实现模型刚体运动、场景重力、粒子运动和环境阻尼的精确物理仿真。数字化实体模型支持机械机构运动的仿真能力，通过对模型原有结构进行约束及干涉定义，实现机械部件之间的力学联动。比如通过水轮机调速器控制环和导叶之间的约束关系，实现相应导水机构的联动及水轮机转动模拟。

场景化模拟检修作业，辅助生产检修策划。通过虚拟仿真平台，可以真实地模拟检修作业，对现场检修策划以及辅助决策有很强的指导性。在遇到设备问题时可以及时地提供检修策划有效的技术支持，减少因为检修策划以及决策所耗费时间，让检修策划工作更加准确细致，保证检修过程在策划阶段就得到精细控制。

定制开发沉浸式课程，提升培训效率以及质量。通过虚拟仿真平台和专业课程包充分发挥数字化技术的优势，结合“工学结合－技能导向”的人才培养方案，突出职业能力培养。平台输出的课程内容将更加贴近电厂技术技能人才培养目标，更加满足岗位需求，不受培训资源、时间、空间的限制，极大提高员工的学习兴趣，能够有效提高员工培养质量。

数字化仿真基建工程建设过程，优化施工工序流程。针对电站建设过程、设计评审验证等需求，推动虚拟仿真技术和电站基建专业的融合创新，建立电站土木建设及机电安装过程实景及全景全过程动态仿真，还原电站建设全过程，应用于工程建设进度管理优化、施工工序优化等工程建设应用场景。

四、结语

展望“十四五”，公司将加快推进新型电力系统建设和数字化转型，将数字化技术、虚拟现实技术、仿真技术融合创新，不断探索和实践数字化仿真平台的应用场景，为新型电力系统建设公司高质量发展提供平台支撑和智力支持，赋能公司高质量发展和世界一流企业建设。（作者：孔吉宏 丘恩华 单位：南方电网调峰调频发电有限公司）