新型电力系统数字孪生技术及实践 江苏省电力试验研究院有限公司

能源领域众多专家学者重磅推出，入选“十四五”时期国家重点出版物出版专项规划项目；
本书充分展示了电力系统数字孪生的科研成果和前沿进展，从核心逻辑到关键技术，图文结合，凝结了广大科技工作者的智慧，具有较高的实用性、战略性、前瞻性、权威性、系统性、学术性和科普性。

本书围绕新型电力系统数字孪生技术与实践展开编写，从核心逻辑到关键技术，图文结合，在分析数字孪生基本概念的基础上，对电力数字孪生的技术体系进行了讲解，详细阐述了数字孪生在新能源发电预测、设备状态评估和故障诊断、电力系统高保真仿真分析中的应用，并结合典型案例为具体工作的开展提供可行性参考，为读者完整呈现新型电力系统数字孪生技术的认知探索与实践总结。
本书可供从事能源领域系统态势感知相关工作的人员，以及数据技术、数据科学领域的研究人员阅读参考。

科研院所一线技术人员

概述/
11数字孪生的内涵与发展/
111数字孪生定义/
112数字孪生发展历程/
113数字孪生发展趋势/
12数字孪生的应用价值/
121制造业中的数字孪生应用/
122能源行业中的数字孪生应用/
123交通运输领域中的数字孪生应用/
124医疗健康领域中的数字孪生应用/
13数字孪生对新型电力系统的支撑作用/
131智能调度与优化/
132新能源接入与并网运行/
133电网安全与稳定/
134电力设备预测性维护与故障诊断/
135微电网与能源互联网发展支持/
136智能电表与用电信息管理/
137电力系统规划与优化/
138电动汽车充电设施与能源管理/
数字孪生技术体系/
21数字孪生的典型特征与体系架构/
211数字孪生典型特征/
212数字孪生体系架构/
22数字孪生关键技术/
221物联网/
222云计算与边缘计算/
223大数据与人工智能/
224建模技术/
225仿真技术/
226可视化技术/
23电力系统数字孪生关键应用技术/
231电力系统及其运行环境的感知技术/
232数据的传输与存储/
233建模技术——多物理场仿真/
234可视化技术/
235数据及网络安全技术/
数字孪生在新能源发电预测中的应用/
31基于数字孪生的风电功率预测/
311面向风电功率预测的感知技术和数据技术/
312基于机器学习的风电场功率预测建模技术/
313具有演化能力的风电场功率预测建模技术/
32基于数字孪生的光伏功率预测/
321面向光伏功率预测的感知技术和数据
技术/
322基于深度学习和迁移学习的光伏功率预测
建模技术/
323预测模型演化和自学习方法/
数字孪生在输变电设备状态评估和
故障诊断中的应用/
41输电线路数字孪生仿真与故障诊断/
411输电线路数字孪生仿真/
412输电线路故障诊断/
413基于数字孪生技术的输电线路仿真与故障
预警应用案例/
42变压器多物理场数字孪生仿真和故障诊断/
421变压器多物理场仿真及耦合分析/
422基于数字孪生的变压器故障预测技术/
423数字孪生技术在变压器应用中面临的挑战
以及发展前景/
43风电机组设备故障诊断/
431风电机组部件故障对风电出力的影响/
432基于风电出力的部件故障检测/
433风电部件故障实时识别技术/
44光伏设备故障诊断/
441光伏部件故障对光伏出力的影响/
442基于光伏出力的部件故障检测/
443光伏部件故障指纹/
444光伏部件故障实时识别技术/
45基于数字孪生的电化学储能电站智慧运维/
451数字孪生技术在储能领域的应用/
452储能数字孪生数据架构/
453基于数字孪生的电池运维/
454储能数字孪生应用示例/
455储能电站数字孪生应用挑战/
数字孪生在电力系统高保真分析中的应用/
51基于数字孪生的配电系统高保真仿真/
511配电系统动态全过程数值仿真方法/
512配电系统动态全过程仿真加速技术/
513配电系统动态-电磁混合仿真/
52基于数字孪生的输电系统高保真仿真/
521直流输电换流站高保真仿真方法/
522大规模新型电力系统解耦与并行仿真
方法/
53基于数字孪生的电力系统在线实时仿真/
531电力系统实时仿真硬件平台/
532电力系统硬件在环仿真/
533分布式发电集群实时仿真与测试平台/
电力数字孪生国内外工程实践/
61新加坡国家电网数字孪生/
611项目介绍/
612实施方案/
613实施效果/
62美国AEP的输电网数字孪生/
621项目介绍/
622实施方案/
623实施效果/
63GE的电厂数字孪生/
631项目介绍/
632实施方案/
633功能和效益/
64华能集团海上风电数字孪生/
641项目介绍/
642实施方案/
643功能和效益/
65雄安新区变电站数字孪生/
651项目介绍/
652实施方案/
653功能和效益/
66上海浦东变电站数字孪生/
661项目介绍/
662实施方案/
663功能和效益/
67南方电网源网荷储数字孪生/
671项目介绍/
672实施方案/
673功能和效益/
参考文献/

《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》提出：“加快推动数字产业化，培育壮大人工智能、大数据、区块链、云计算、网络安全等新兴数字产业”。数字孪生技术契合了我国以新型技术为产业转型升级赋能的战略需求，成为应对当前百年未有之大变局的关键使能技术。近年来，数字孪生在智能制造、航天、军事等领域得到了快速发展和落地应用。
数字孪生与电网的深化融合，将有效推动电网产业数字化、网络化、智慧化发展进程，助力电网的技术创新和转型发展。由于电力系统与传统工业制造业存在比较大的差异，如何通过数字化手段实现电网一张图，有效利用海量电网运行数据、设备监测数据，同时融合外界环境数据、灾害数据，为大电网安全运行提供强有力的支撑，助力电网数字化转型，成为当前电力行业研究的重点方向之一。
在此背景下，江苏省电力试验研究院有限公司组织电力行业的专家，编写了本书，围绕新型电力系统数字孪生技术及实践，充分展示电力行业关于数字孪生技术与实践研究的最新成果和前沿进展，通过提纲挈领、抽丝剥茧，梳理出新型电力系统数字孪生技术的核心逻辑、关键技术和实现路径，为新型电力系统数字孪生从业者提供可参考的技术架构与实践案例。
本书内容全面，逻辑清晰，对新型电力系统数字孪生技术理论与实践应用进行了专业性、系统性的解析、研究和探索。全书共6章：第1章详述数字孪生的内涵与发展、应用价值，进而阐述数字孪生对新型电力系统的支撑作用；第2章结合数字孪生的典型特征与体系架构阐述数字孪生关键技术和电力系统数字孪生关键应用技术；第3章基于数字孪生的风电功率精准预测方法和基于数字孪生的光伏功率精准预测方法，介绍数字孪生在新能源发电预测中的应用；第4章介绍数字孪生在输变电设备状态评估和故障诊断中的应用，包括数字孪生技术在输电线路状态评估和故障诊断、变压器多物理场仿真和故障诊断、风电机组设备故障诊断、光伏设备故障诊断、电化学储能SoC和SoH评估等方面的应用；第5章从基于数字孪生的配电系统高保真仿真、基于数字孪生的输电系统高保真仿真、基于数字孪生的电力系统在线实时仿真三个方面介绍数字孪生在电力系统高保真仿真分析中的应用；第6章广泛收集电力数字孪生国内外工程实践案例，提供典型经验的指导借鉴。
在数字时代的大背景下，数实融合发展不断深入，数字孪生作为产业数字化核心技术之一，其在电力行业的大规模应用还处于起步阶段。本书虽然经过编写组认真调研、编写、修订和审核，但限于水平，错漏之处在所难免，恳请读者批评指正并提出宝贵意见和建议。