博客读者须知
OPAL-RT 举办了题为 "数字孪生：确保未来电网的稳定性和可靠性 "的现场网络研讨会。
由于该内容广受好评，我们选择将其作为一个多部分的博客系列。
本文为第 1 部分，共 3 篇。
特邀主持人和嘉宾是
- Etienne Leduc，主持人，OPAL-RT 能源市场销售经理
- 让-尼古拉斯-帕金，OPAL-RT AXES 分部经理
-北美电力可靠性公司 (NERC) BPS 安全与电网改造高级经理 Ryan Quint 博士
米格尔-安赫尔-科瓦-阿科斯塔，维斯塔斯电网建模与分析专家
-澳大利亚能源市场运营商 (AEMO) 网络建模与信息经理 Tim Cervenjak
让-贝朗格，OPAL-RT 首席执行官/首席运营官
让-尼古拉斯-帕金，演讲人| AXES @ OPAL-RT，采用数字孪生 的背景及相关挑战
电力系统的演变与仿真 评估动态安全的工具
我们可以自信地说，仿真 是与计算技术同步发展的。同时，电力系统技术也需要不断发展的仿真 工具。
在简化的时间轴上，例如我在这里展示的时间轴，我们可以看到 EMT仿真、HIL 测试和相位仿真的演变和目的：
- EMT 离线仿真 用于快速瞬态分析，如今越来越多地用于复杂控制系统的系统研究
- 数字实时 EMT仿真 已出现，用于 FACTS 和 HVDC 控制复制品的复杂控制和保护测试的 HIL 测试
- 时至今日，Phasor仿真 仍被广泛用于动态安全评估和规划研究，但专家们开始发现它的局限性，并希望通过 EMT仿真 来克服这些问题。
其中部分原因是相位仿真 假定电网具有很大的惯性，其中大部分是传统的旋转发电机。如果是正序仿真 工具，它还假定系统是完全平衡的。随着基于逆变器的资源（或 IBR）渗透率的提高，这些假设可能不再适用于评估电力系统的稳定性。
采用新方法分析电网安全肯定是有机会的，数字孪生 可能就是一种解决方案。
通信量增加后电力系统的复杂性
在现代电力系统中，我们看到本地控制和保护系统（速度更快）之间的互动以及通过复杂的通信系统与广域控制和保护系统的协调大大增加。
我们还可以在输电层的集中式发电厂中看到更多的 IBR，但它们也存在于整个配电 系统中，所有这些电源都将因此降低总惯性。连接电源的反应时间也将缩短。由于它们需要更快的控制和保护功能，而这些功能将与系统的其他部分相互作用，因此会严重影响稳定性。
因此，数字孪生的定义可以帮助我们分析复杂的现代电力系统：
数字孪生是系统的虚拟表示，用于更好地理解和预测其行为。.
电力系统数字孪生系统的理想/关键属性
那么，电力系统数字孪生的理想属性或特征是什么呢？在此，我们提出了三大类，即实时适应性、可观察性和可预测性。
- 实时适应性 这意味着 DT 与电网同步连接。它应能根据当前运行条件实时或接近实时地进行调整。它应该或可以根据参数估计方法调整其内部模型。
- 可观察属性也就是说，拥有一个真实系统的数字复制品，可以更好地评估系统的所有状态，而这是监控本身所无法提供的。数字孪生 上的观测变量可以通过更高的采样率进行更详细的分析，并减少监控和通信基础设施的流量和延迟限制。
- 可预测性、 因为 DT 应持续评估最关键的潜在故障情况，并帮助防止系统崩溃。例如，它可以根据实际运行条件，每 5 到 10 分钟对多种情况进行评估。
电力系统数字孪生组件示例
这里有一个电力系统数字双胞胎的例子，它具有我上面讨论的这些特性。
我们可以看到，它具有实时适应性，由于它与电力系统同步连接，因此能适应不断变化的条件，包括参数调整。
在这里，可观察性和可预测性主要得益于云端或高性能计算机上比实时仿真更快的实时 OR。DT 通过多种情景评估为操作员提供额外数据，这将有助于决策。
这似乎很难实现，特别是对于使用详细的 EMT 模型的数字孪生来说，但现实是，现在已经有处理和仿真 来实现这一概念。
与建模工具和模型数据管理有关的挑战
但模型的保真度仍然是一个非常重要的挑战。
一些电力公司从原始设备制造商处获得的数据量有限。目前的做法是使用相位域中的通用模型，NERC 等可靠性委员会正在执行要求通过现场测试对模型进行验证的规则。这些规则可能大大改善了传统发电机模型的动态评估，但在涉及 IBR 时，相位模式下的通用模型并不一定能正确反映电力电子控制和保护。
在某些情况下，公用事业公司要求制造商提供使用其控制器真实代码的黑盒模型，但目前这些模型在不同仿真 工具之间无法互操作。
因此，可能需要提出有关 OEM 模型的新规则，甚至采用可用于电网安全评估的可接受和可互操作模型的新标准。
此外，这些模型可能有各种版本，参数集也各不相同。无法保证模型的设置在任何时候都与发电厂的设置相同。同一电力公司也可能有不同的部门从事系统研究，他们需要在各自的工作环境中使用相同的模型。因此，应考虑在公用事业部门内使用中央模型数据库。
与动态安全评估有关的挑战
我前面提到的另一个重要挑战是当前用于安全评估的仿真 的可质疑性。在模拟高穿透率 IBR 系统时，单靠相位仿真 有很大的局限性，而 EMT 正受到广泛关注。
因此，必须考虑转向 EMT仿真 ，或将相位和 EMT 仿真结合起来。使用实时仿真 似乎是一个很有前途的解决方案，因为它可以同时实现两个仿真域。
此外，还存在与测试范围和意外情况分析有关的挑战，我将通过下面的示例对此进行讨论。
基于人工智能的电力系统动态安全评估概念数字孪生
说到成百上千个场景的仿真 ，尤其是在混合中加入 EMT仿真 时，HPC 和云计算可能有助于部署并行仿真 运行，但如果不对场景进行智能选择，我们仍然要在测试执行速度和可用计算资源之间寻求折中。
因此，现在显然有很大的机会开始利用人工智能来优化仿真 运行，并识别最关键的案例。
待续