潘 博，張 弛，張 華，聶鵬晨，顧 力，萬軼倫

(國網上海市電力公司浦東供電公司，上海 200120)

數字化轉型，就是利用數字化技術來推動企業(yè)組織轉變業(yè)務模式、組織架構、企業(yè)文化等的變革措施。當前能源革命與數字革命融合發(fā)展、開放共享能源生態(tài)建設呈現“雙提速”趨勢，大數據、互聯網、5G、人工智能等關鍵技術不斷發(fā)展融合，國網上海市電力公司浦東供電公司(以下簡稱“浦東供電公司”)率先提出進行數智化轉型。數智化轉型是數字化轉型的演繹升級，通過數字化的手段，達到智慧化的目標。

文獻[1]指出用數據驅動管理變革和轉型升級，構建數據挖掘邏輯架構，喚醒沉睡數據，為公司數字化轉型服務。文獻[2]介紹了公司數字化轉型升級的戰(zhàn)略與路徑，用實踐闡述了數字化轉型是企業(yè)對外增強市場競爭力，對內優(yōu)化資源配置的必要手段，是提質增效、實現高質量發(fā)展的根本路徑。數字孿生變電站是數字化變電站[3-5]的轉變升級，是物理實體變電站的數字化映射，是基于“大云物移智”的新一代計算機技術的時代產物。數字孿生技術最早被應用于航空航天領域，在2010—2011年被美國航空航天局(NASA)和美國空軍研究實驗室(AFRL)采用[6]。2013年美國通用電氣公司開發(fā)了一個基于云計算的軟件平臺“Predix”，開啟了數字化轉型之路。2016年，美國西門子公司在德國漢諾威工業(yè)博覽會上正式提出了“數字化雙胞胎”概念。隨著數字孿生技術的不斷發(fā)展，數字孿生技術在智能礦山建設、川藏鐵路建設以及產品設計過程也發(fā)揮了巨大作用[7-9]，是各大行業(yè)數字化轉型的重要技術。

當前電力公司正面臨轉型的關鍵時刻，以數字化為手段，智慧化為目的，全面開展數智化轉型，是電力公司一項迫切任務。對于變電站而言，傳統(tǒng)的“數字化”只是實現自動化、智能化的手段或方式，與一、二次設備的智能化程度無關，設備的“智慧化”關注的是設備的功能、技術性能及其參與決策的能力。建設“數字孿生變電站”是電網企業(yè)進行數智化轉型的重要技術支撐，能夠深入挖掘數據資產價值，實現精準作業(yè)，真正實現“數”與“智”的融合，為未來變電站建設及運維模式轉變樹立新標桿，更好地推動企業(yè)全面提質增效。

1 數智化轉型的必要性

受地區(qū)產業(yè)結構調整、能源領域改革、電價下調等政策影響，依靠傳統(tǒng)電量增長拉動營收營利的經營發(fā)展模式難以為繼，迫切需要圍繞質量、效率、效益，優(yōu)化經營策略，實現降本增效。傳統(tǒng)生產作業(yè)模式需要投入大量的人力、物力、財力，運維檢修、缺陷定位、狀態(tài)評價等環(huán)節(jié)依然存在難點痛點，大量沉睡數據有待“喚醒”。其具體表現為以下6個方面。

(1)數據資產方面：在電網設備建設和運行過程中，浦東供電公司積累了海量歷史數據。在數據使用方面，仍舊根據單一任務調取單臺、單站、單次數據作為分析依據，海量設備數據仍處于“沉睡狀態(tài)”，未能有效挖掘其價值；在數據分析方面，缺少一套能夠對歷史試驗、在線檢測等眾多數據進行科學分析和高效決策的手段，難以利用大數據精準指導現有生產作業(yè)開展。

(2)生產作業(yè)模式方面：在變電站運維方面，隨著電網自動化、信息化水平的提升，原來的有人值班已轉為無人值班，但周期性巡視、倒閘操作、帶電檢測等仍舊執(zhí)行人來工作；在設備檢修方面，原來的剛性周期檢修已轉為彈性周期檢修，并向不停電狀態(tài)評價逐步推進，但在缺陷定位和設備多維狀態(tài)評價方面仍存在難點痛點；在現場作業(yè)方面，作業(yè)人員仍舊依靠攜帶的單一、單臺、單站的數據資料、運行規(guī)程、作業(yè)指導書等離線且有限的數據資料開展作業(yè)，研判能力缺少專家系統(tǒng)支持；現有生產作業(yè)模式工作效率較低，工作質量依賴人員技能水平和裝備能力，生產作業(yè)模式亟待優(yōu)化。

(3)設備運維成本方面：成本壓降困難，目前公司每年在設備運維方面投入了大量的人力、物力、財力以保障設備安全運行。根據蔡倫站近五年成本測算，每年平均投入約11萬元。成本使用針對性不強，設備周期性過修導致成本浪費，因未及時發(fā)現缺陷隱患造成的事故導致電量損失和修復成本增加，成本精益管理水平有待提升。

(4)安全防護手段方面：目前現場作業(yè)的安全防護仍較為被動，依靠人工落實“三措一案”和監(jiān)督檢查等“人防”、“物防”措施多，智能糾錯、主動防御等“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，變電站人均設備量已翻倍。目前人員多為“單一作業(yè)手”，專業(yè)劃分過于細致。以變電專業(yè)為例，又細分檢修、運行、操作、繼保等小類專業(yè)，專業(yè)之間存在壁壘，難以實現減員增效。配網管理急需培養(yǎng)多專業(yè)貫通的復合型人才，打造設備運維的“全科醫(yī)生”，實現人力資源利用效率最大化。

(6)物聯網高質量發(fā)展方面：單純依靠在物聯網技術的高投入來提高變電站智能化水平不具備可復制、可推廣的價值，需進一步探索數智化轉型路線，深挖歷史沉睡數據價值并加以復制推廣，成為必然選擇。

2 數智化轉型的探索應用

處在能源革命與數字革命深度融合的歷史交匯點，浦東供電公司跨前一步，加快推動“建設具有中國特色國際領先能源互聯網企業(yè)”戰(zhàn)略落地，提出了數智化轉型的目標。變電站作為電網設備中最基礎、最關鍵、最龐大的組成要素，需要承擔數智化轉型的“先手棋”作用。為此，浦東供電公司依托大數據、人工智能、工業(yè)互聯網等“新基建”領域的關鍵技術，推動從傳統(tǒng)變電站向數字孿生變電站的跨越升級。

數字孿生變電站主要通過以下幾個方面進行建設，推動公司數智化轉型。

(1)針對變電站設備搭建前端狀態(tài)感知網絡，為前端裝置采集數據開發(fā)標準化接口統(tǒng)一接入站端輔控系統(tǒng)，同時，搭建數字孿生評價系統(tǒng)平臺，完成前端感知裝置、站端輔控系統(tǒng)與數字孿生評價系統(tǒng)平臺的軟硬件聯調，對電網運行情況、設備運行狀態(tài)、設備外觀狀態(tài)以及環(huán)境運維情況進行全天候監(jiān)測。

(2)融合前端實時感知數據、二次遙測遙信數據、歷史報告數據，打造貫通一次、二次設備數據的數字孿生評價系統(tǒng)，實現更為全面、及時、準確的狀態(tài)感知。

(3)“喚醒沉睡數據”，通過人工智能技術深挖數據價值，構建以“數據驅動”為核心的在線設備狀態(tài)評價體系，打造貫通一次、二次設備數據的數字孿生系統(tǒng)。

(4)探索運維檢修作業(yè)新模式，通過應用數字孿生系統(tǒng)等電力物聯網裝置及系統(tǒng)，實現“精確決策”、“精確研判”、“精確運維”、“精確處置”等。

(5)對內拓展延伸“數字孿生變電站建設經驗”至線、纜、臺、戶端，積累應用數據及經驗，做好效率、效益分析，形成可復制、可推廣的電力物聯網模式。

(6)從數據、軟件、服務等方面開發(fā)有需求、有賣點的數字化創(chuàng)新產品，實現“數字孿生變電站建設經驗”和“數據資產”變現。

目前，浦東供電公司以35 kV蔡倫站為試點，在站內搭建了涵蓋6大類設備涉及25類傳感器的前端感知網絡，在此基礎上，打造了數字孿生變電站樣板工程，建立了實體設備在虛擬空間內的數字鏡像映射，準確把控設備的實時狀態(tài)變化并提供決策支撐。隨后，浦東供電公司還將數字孿生變電站推廣至110 kV博藝變電站，實現實體變電站與數字孿生站同步建設、同步移交。

3 數字孿生變電站建設成效

數字孿生變電站可以實現六大成效，真正推動公司數智化轉型，促進生產業(yè)務提質增效。

(1)安全智防御，通過精細化檢修策略、機器代人巡視等，減少現場作業(yè)頻度，降低人員接觸帶電設備風險，提升本質安全；

(2)檢修智預測，由“預防性維護”轉向“預測性維護”，降低變電站檢修成本支出約23%；

(3)設備智管控，服務規(guī)劃、設計、基建、生產、營銷等全業(yè)務流程，真正實現設備全壽命周期管理；

(4)資產智增益，系統(tǒng)可以精準評估設備健康狀態(tài)，及時發(fā)現設備異常發(fā)展趨勢，實現“未病先防”，可提高設備使用價值；

(5)服務智定制，通過“設備畫像”為政府、企業(yè)提供設備運維咨詢服務、設備購置咨詢服務、數字孿生定制服務；

(6)產業(yè)智優(yōu)化，為產業(yè)集團提供技術咨詢支持，同時要求產業(yè)集團實現數字孿生交付，促進中國智能制造產業(yè)邁向更高水平。

浦東供電公司建設的數字孿生變電站能夠利用專家知識、人工智能分析等核心技術，對傳感器采集的動態(tài)數據以及歷史數據進行研判分析，實時診斷設備的健康狀態(tài)以及異常發(fā)展趨勢。當傳感器感知到設備出現異常情況時，系統(tǒng)會對巡檢機器人發(fā)出指令進行復測，同時縮短傳感器的采樣周期，通過多種感知數據的交叉印證快速定位缺陷并判斷缺陷類別。同時系統(tǒng)能夠根據設備狀態(tài)定制個性化檢修策略，由預防性檢修轉向預測性檢修，并指導大修技改精準投資。除了生產之外，數字孿生系統(tǒng)分析結果還能服務于規(guī)劃、設計、基建等環(huán)節(jié)，服務設備全壽命周期管理。

4 結語

數智化轉型關鍵是如何提高資源優(yōu)化配置效率，核心是如何實現科學決策、精準決策、高效決策。數字孿生變電站建設以“數據+算法”的決策模式在電力公司數智化轉型起著重要推動和引領作用，同時對其他行業(yè)的數智化轉型探索提供了借鑒和參考意義。