02 传统电力系统仿真与数字孪生 03 构建电力系统数字孪生的关键技术 01 目录 CONTENTS 04 电力系统数字孪生技术实践 电机工程与应用电子技术系 Department of Electrical Engineering 对数字孪生概念的解读 2 01 对数字孪生概念的进一步解读 3 • 数字孪生到底是什么 —— 模型、仿真、系统工程？ • 数字孪生最关键的特征是什么？ of Electrical Engineering 电机工程与应用电子技术系 5 数字孪生是充分利用对象的物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成 多 学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程。通过在虚拟空间中完成对象的 映射，反映对象的全生命周期过程。 Defense Acquisition University, “Digital System Model,” Glossary of Electrical Engineering 电机工程与应用电子技术系 6 数字孪生是在数字世界中建立一个与真实世界系统的运行性能完全一致，且 可 实现实时仿真的仿真模型。利用安装在真实系统上的传感器数据作为该仿真模 型的边界条件，实现真实世界的系统与数字世界的系统同步运行。 ANSYS 公司 对数字孪生概念的进一步解读 • 数字孪生的定 义 Department of

................27 大电网全电磁暂态仿真（Large Power Grid Full Electromagnetic Transients Simulation）......................................................................32 电力系统仿真模型节点数（Number of Nodes in the 直流输电实时受入功率 负荷实时功率 + 直流输电实时送出功率 （1） 作为爱尔兰电网运营商，EirGrid 在大量不同风电出力渗透率、 高压直流交换功率和负荷功率水平条件下的系统建模基础上，EirGrid 通过仿真分析明确了各种电网安全风险，并将 SNSP 指标与系统安全 风险水平关联，通过对电网的 SNSP 指标设置运行限制来维护电力系 统的安全。近十几年来，EirGrid 不断修正 SNSP 的计算定义和运行 434-442. 32 大电网全电磁暂态仿真（Large Power Grid Full Electromagnetic Transients Simulation） 撰稿：彭丽、穆清 大电网全电磁暂态仿真是对大电网及接入的电力设备全部采用 考虑电磁暂态时间尺度动态特性的数学模型，利用数值计算方法对各 种运行条件和扰动下从微秒至数秒之间的电磁暂态动态进行模拟的 仿真技术，以考察分析系统的稳定性、可靠性和安全性。

实现保护装置的选型和调整。 3 标准合规性 软件符合标准要求（如IEC、NF、VDE等），确保系统合规并简化第三方审核。 4 节省时间与提高精度 复杂计算的自动化、实时模拟、快速仿真、基于先进算法提供选型意见。 通过结合技术与专业知识，这些工具使电网运营商、工程师和企业能够设计高性能、灵活且可持 续的电力系统。它们满足了日益增长的数字化解决方案需求，确保预测和解决与能源转型相关的 业务连续性中断 极端运行方式仿真 确保选型安全 安全 生产条件的 快速变化直接影响 短路电流 如果短路无法在允许 时间内检测并消除， 可能危及 人员和财产安全 采用对称分量法计算 以选择合适的 保护装置 06 选型软件： 应对新挑战的解决方案 3. 多源电网的复杂性日益增加，需要先进工具来应对管理、优化和保障电能质量的挑战。选型软件 作为分析、仿真、优化和运行这些现代系统的关键解决方案，有助于提高其效率和可持续性。 解决方案，有助于提高其效率和可持续性。 选型软件应具备的功能 | 单线图示例 功能 优势 用户体验 潮流分析 多场景仿真 规范自动化验证 系统可控 操作简单 可靠、安全并 严格符合标准 实时计算界面 自定义和 可设置的界面 识别标准偏差和 不合规项警告 第二部分 潮流计算： 优化潮流与预防低效 07 08 理解潮流计算 1. 潮流计算是分析电网性能和稳定性的基本方法。

.........................................................................................3 4.5.1. 仿真研究系统.................................................................................3 4.5.2. 全厂视频监控系统 行政管理部分包括：办公自动化系统， 企业网站，党群管理系统， 人力资 源管理，档案管理。 其他部分包括：仿真研究系统，视屏监控，视屏会议，门禁管理系统，信息 安全。 可修改编辑 精选资料 3.2.信息系统硬件网络拓扑结构 考虑全厂信息共享和网络安全的要求，采用两级或多级交换模式，将控制 系统、厂级监控信息系统、仿真研究系统、管理信息系统分别设置成单独的局 域网络。各个网络之间通过不同的网络安全防范机制确保网络安全与数据安全。 保证实时数据完整不丢失。相对管理信息系统而言，厂级监控信息系统通过安 全网络隔离装置，将实时生产信息发送至管理信息系统中相应的镜像服务器中。 管理信息系统中所有关于生产实时信息可从访问镜像服务器处获取。仿真研究 系统从生产系统中获取机组实时数据。最后，管理信息系统中设置必要的 Web 服务器，可将必要的信息在 Internet 上发布，以便于某集团对电厂生产经营情 况的掌握，实现信息资源共享。视频监控系统采用数字

优势三：改造成本低 1个铝负荷控制器≈20万台空调 工业负荷参与控制的优势与特点 一、大容量工业负荷参与电网互动调节需求 二、大容量工业负荷控制技术与示范工程 三、大容量工业负荷虚拟电厂模拟仿真系统 报告提纲 核心技术 工业负荷的有功快速控制技术 ⚫ 为什么可调？ ⚫ 怎么调？ ⚫ 能调多少？ ⚫ 调节速度？ ⚫ 和其他手段怎么配合？ ⚫ 调节代价？ ◆热蓄能负荷，短时间调整对生产影响小 三、大容量工业负荷虚拟电厂模拟仿真系统 报告提纲 模拟聚合控制平台 模拟负荷控制装置 模拟工业生产负荷 电解负荷模型 水泥负荷模型 设备总览 终端控制 负荷监控 事件记录 ······ 电量量测 工况传感 调度控制 负载调节 ······ 多晶硅负荷模型 钢铁负荷模型 省级调度/负管系统 指令下发 数据传输 仿真模拟 调度指令下发 可调容量上报 虚拟电厂仿真模拟系统 快速搭建“平台-终端-被控对象”闭环的虚拟电厂仿真实验环境 集成终端管理平台、终端设备、仿真模型构建仿真实验系统，快速搭建“虚拟电厂” 实验环境。 典型工业场景仿真模型 预置基于真实铝厂、钢厂、水泥厂等典型高耗能负荷企业构建的等效仿真模型，帮助不同行业、不同业务场景、不 同负荷设备的模型快速开发。 终端侧——自研用电设备可调节能力模型 自研电解铝、矿热炉、球磨机等用电设备可调节能力精确模型，实现负荷功率可调化。

. . 数字化资产 数字化设备 数数字字化化 仿仿真真 数据上传 数 据 总 线 数据上传 数据下载 数据上 传 数据分析 数据决策 数据挖掘 基于工业互联网标识解析体系 物料建模数据 工艺建模数据 数据清洗 高效产品制造模式 智慧企业模式 创新商业模式 物联网技术 数据挖掘 仿真技术 化 工 工 艺 生产管理 质量管理 数据迁移 数据仓库 抽取 转化 过滤 加载 数据转换 即时查询 多维分析 数据挖掘 Portal 报表 信息展现 W eb 用 户 移动用户 O LAP 用 户 三维用户 仿真用户 业务用户 数据监视 九大核心价值之七 重大危险源监测预警 接入重大危险源企业的实时监控视频 和 安 全 参数等实时数据，实现动态监 管、 自动预警 采集企业非实时数据，形成“一园一档”、 基于工业互联网标识解析体系定义标签规则 数字化仿真 通用模型库 设备模型库 零件模型库 建筑模型库 工艺模型库 仿真工具包 展示交互层 基础建模层 产品建模 业务应用层 常规交互 三维可视化 虚拟现实 工厂建模 工艺建模 知识库 规 划 类 工艺规划 物流规划 布局规划 管 理 类 文档管理 流程管理 协同管理 质 量 类 参数分析 检测仿真 工艺优化 生 产

护性 状态 新增 3.2.2.2.3 柔性调控仿真 业务功能名称 柔性调控仿真 参与者 系统管理员、业务管理员 业务规则 根据调配策略生成调控仿真，用户根据结果执行仿真 输入业务对象及 属性 设备信息，调配信息 业务逻辑 根据调控策略生成仿真 输出业务对象及 不同设备不同时间下的可调负荷 16 属性 功能需求描述 动态仿真柔性调控下的设备可调负荷 界面要求 根据省公司统 3.2.2.4.3 调度仿真 业务功能名称 调度仿真 参与者 系统管理员、业务管理员、用电企业方、代理企业方 业务规则 通过仿真技术及每台设备的最优能耗从而制定出具体的仿真控制策略 输入业务对象及 属性 设备信息或者企业信息 业务逻辑 通过仿真技术及每台设备的最优能耗从而制定出具体的仿真控制策略 输出业务对象及 属性 仿真策略 功能需求描述 通过仿真技术及每台设备的最优能耗从而制定出具体的仿真控制策略 通过仿真技术及每台设备的最优能耗从而制定出具体的仿真控制策略 界面要求 根据省公司统一框架界面要求布局，数据过滤条件要求有名称、企业 等，支持模糊查询 非功能性需求 安全性、易用性、可靠性、高性能、可扩展性、可维护性 状态 新增+查询 3.2.2.4.4 调度控制 业务功能名称 调度控制 参与者 系统管理员、业务管理员、用电企业方、代理企业方 业务规则 根据仿真策略控制设备执行（温度、功率、负载率等等） 输入业务对象及

同时调用统一门户进行用户、组织等管理。 孪生与数字底座中台 ▌ 业务中台：所有公共和共享业务场景汇集到中台包括设备中心、订单中心、计划中心等，并将业务数据给数据中台进行治理，同时孪 生仿真结果反馈业务系统的优化建议。 ▌ 数据中台： 汇聚入湖的业务数据范围包括 AS 、立库、物流、质量、 MOM 、 能耗、 IOT 历史数据等，并进行数据的治理工作。治理 完成的数据支持订阅和 孪生与数字底座模型 利用数据模型建立各模型的关联关系网， 通过统一模型的统一编码识别到虚拟设备， 将物模型 / 业务模型贯通到虚拟设备 中，形成数据驱动虚拟设备的仿真可视。将算法模型 / 成本模型引入到虚拟设备， 用作孪生的仿真分析及优化。 数据模型关系图谱 孪生与数字底座 IOT ▌ 数据采集：软网关采集完数据后会将实时数据统一推送到 IOT 平台。 IOT 平台会进行数据物模型构建，把实时性要求高的数据 ）、增强现实（ AR ）的场景，满足厂区层级以下三维可视化展示。支持对实时运行和运动数据进行高效过滤，通过 分组、设 定规则、解析等对数据进行处理， 以满足数据驱动虚拟孪生场景。 数字孪生支撑工具 - 仿真优化引擎 √ 目标： 节能降本，提质增效 √ 指标：成本、效率、能耗、质量 根据 DT 实施的 6 个阶段， 在前三个阶段完成的基础上对性能指标进行系统优化与提升，包括： 效率、成本在全局系统上的优化