新型电力系统下变压器全息信息数字化模型建模与赋能应用思考与展望

发布日期：2021-12-22 来源：南方电网报浏览次数：9053

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核心提示：新型电力系统下变压器全息信息数字化模型建模与赋能应用思考与展望

2021年4月南方电网公司发布《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》中明确指出，新型电力系统具备“数字赋能、柔性开放、绿色高效”三大显著特征，南方电网公司将多措并举，构建以新能源为主体的新型电力系统，服务碳达峰、碳中和战略目标实现。

变压器全息信息数字化概念

采用当代技术领先的工业装备全息信息模型数字化技术，围绕主变压器等核心设备，集成表达设备多维度的海量信息，不仅包括设备容易监测的工作状态信息、不易监测的内部性能信息，更包含了影响设备运行的数据，如设备所处的自然环境、社会环境信息等，从而打造“全息变压器”“全息变电站”，在开展灾害工况预测与评估、防灾减灾方案优化时，可以柔性便捷地开展工作，并且减少物理试验的高能消耗，从而落实并丰富新型电力系统建设中“数字赋能、柔性开放、绿色高效”的内涵特征。

变压器全息信息数字化建模特点

全息变压器的全息信息模型建设工作，有两个特点：一个是“全面”，一个是“高质量”。“全面”是指对变压器设备相关的数据信息进行全面收集，从数据的来源来分，包括来自各种设备传感器的数据，设备自身参数数据、电网系统工况数据、变电站环境数据等。从数据类型来分，有CAD几何模型数据，比如外观形状，包括局部关键位置的形状与尺寸。有CAE性能仿真计算数据，比如变压器内部线圈绕组的位置点与受力变形数据等。从数据格式来分，有图片、曲线、数据点参数等。有设备输出的数据格式，也有软件输出的数据格式。这些种类多样的海量数据共同构建全息信息模型。“高质量”是指这些数据来源明确，数据噪音少，应用价值高，尤其是能体现设备运营内部的性能仿真计算数据，保障和提升仿真计算数据的质量，是本项目的重点工作之一。利用传感器技术，变压器的一些运行参数数据都可监测获得。但还有很多运行参数是难以监测的，就需要采用多学科仿真计算的技术来获取，也是当前热点的“虚拟传感器”技术。譬如变压器的绕组温度、绕组受力、变压器内部油流涌动情况等，这些参数都是不易监测的，需采用高质量的仿真计算技术来获取可信的数据。而且围绕设备的仿真计算技术应用，通常都涉及电磁场、流体与散热、机械结构力学等多学科耦合仿真计算，其难度更大，但数据的质量与价值，能获得极大的提升，从而支撑新型电力系统的数字化建设。

变压器全息信息数字化模型应用

全息变压器的全息信息模型应用工作，也有两个特点：一个是“紧扣需求”，一个是“数字赋能”。“紧扣需求”是指全息信息模型涉及的信息众多，哪些数据重要、哪些数据先梳理收集，其选择依据就是围绕需求。紧密围绕新时期新型电力系统数字电网的建设要求，紧密围绕电站设备运维、用电消纳等工作对信息供给和信息处理的需求，来分阶段、分轻重缓急对变压器等设备开展数据信息的梳理与收集工作。需求的分析整理，其中大部分也体现在全息变压器数字模型与哪些系统存在数据交接，这些系统需要全息信息模型提供哪些数据、怎样提供等。围绕这些需求来开展工作，有的放矢，则事半功倍。“数字赋能”是指充分发挥全息信息模型的数字化属性，用数据积极支持各个信息化系统、支持各项新型电力系统工作。包括防灾减灾方案评估，譬如地震、台风、冰冻等极端自然环境条件，如果使用实验室构建，需要耗费大量实验物料、能源以及大量的准备时间。但使用全息信息数字化模型，可以在计算机虚拟环境中构建极端自然环境，灵活高效。在数字化的虚拟环境中置入数字化设备模型，就可以在计算机环境下评估设备的抗震、抗风、抗冰等的性能，可以评估变压器的内部关键部位的结构力学性能，比如线圈绕组、隔板层、保护开关等是否变形断裂。可以评估变压器内部的散热情况，比如油流的运动等。可以评估变压器的电磁性能情况。

思考与展望

实施开展变压器全息信息数字化模型建模与赋能应用技术研究，将在核心设备数字化模型层面，支持支撑南方电网新型电力系统拥有更加敏锐的“神经单元”，支持链接更加聪明的“大脑”，大幅提升南方电网新型电力系统的“全面可观、精确可测、高度可控”水平，支持千万台级新能源设备建立全息信息数字化模型，这将为新时期数字电网建设实现战略目标提供坚实的技术基础。

(作者李德波为南网首批高层次人才、南网科技公司资深工程师)

关键词： 变压器全息信息数字化模型建模与赋能

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