引言

目前，虽然交流直流配电网的建设发展较多，但随着配电网的数字化转型，交流直流配电网的数字双系统将有巨大的应用空间。基于此，本文宏观分析了交流直流配电网的发展优势，分析了交流直流配电网数字双系统发展的可能性，主要探讨了数字双系统在交流直流配电网中的主要作用及其在配电网运行管理、数字代理运行维护和新能源消价值；提出交流直流配电网数字双应用架构，分析交流直流配电网数字双系统应用的关键技术；最后，展望交流直流配电网数字双系统的未来前景。

1.交直流配电网数字孪生技术需求分析

1.1宏观需求分析

随着分布式电源的发展，越来越多的分布式电源接入配电网，但光伏电源、储能单元产生的电能大多是直流电、常用电气设备和大型直流负荷，如计算机、空调设备、制冷设备、电动汽车等大多数设备在直流电状态下工作，直接使用直流电源，减少变流环节，提高配电的电能利用率和经济性。DC配电网在供电容量、线路损耗、电能质量、无功补偿、适宜范围等方面明显优于交流配电网。但目前，一方面交流配电技术成熟，市场成熟，另一方面，柔性直流配电技术仍处于起步阶段，实际应用仍存在问题需要进一步研发解决，如如何根据城市发展规划和资源特点充分利用柔性直流配电网的技术优势，如何确保整个系统的稳定运行，进一步细化柔性直流配电网的运行模式；因此，本文认为交流配电网的发展是交流配电网向直流配电网过渡的阶段。目前国内交直流示范工程取得了很大进展。2019年12月26日，张北柔性变电站和交直流配电网技术示范项目完成全部试运行，标志着世界上第一个基于柔性变电站的交直流配电网正式投入商业运行。

1.2技术需求分析

关于推进的实施“互联网＋”《智能能源发展指导意见》有效推进能源与信息深度融合，推进能源领域结构性改革。国家能源局提出“互联网＋”借助现代信息技术，智能能源战略提供互联互通、透明开放、互惠共享的信息网络平台，打破现有能源“生产、输、配、用”不对称信息模式促进进了能源生产和消费模式的革命，重建了能源产业的生态。该战略的实施需要能源系统的数字深度转型，迫切需要使用新的技术手段来帮助数字转型。2016年和2017年，世界上最权威的IT研究和咨询公司连续将数字双胞胎列为十大战略技术发展趋势。

2.交直流配电网数字孪生架构

2.数字物理建模技术

交直流数字双胞胎系统的主要基础是现实世界中交直流配电网的可视化，关键技术是对配电网内设备的数字物理建模。设备的精细建模是监测系统设备的状态，从而实现状态诊断。文献提出了离散数字双胞胎、复合数字双胞胎和组织数字双胞胎的概念。通过离散数字建模关键设备，建立设备数字双胞胎库，然后根据设备结构通过复合组织对关键设备进行数字建模。

2.2５Ｇ技术

交了实现物理世界交流配电网的实时（准实时）感知，交流直流配电网的数字双胞胎系统需要高速、低延迟的5G网络支持。交流直流配电网的设备种类和数量较多。根据不同业务应用的用户数量和宽带要求，5G应用中的网络切片技术将物理网络切割成多个独立的逻辑网络，实现端到端的数据传输。文献指出，在智能电网的深化建设和泛在电力物联网的快速发展中，第五代移动通信技术将成为引领和支持电力系统技术创新、实现万物互联的关键技术，具有高带宽、高容量、高可靠性、低延迟、低功耗的特点。电力系统本身的运行特点和通信要求决定了5G通信技术在继电保护、实时通信等特定领域的关键作用。

2.3大数据分析

美国公司利用数据采集和监控系统等智能电表采集结构化和非结构化数据（包括居民用电、工业用电、建筑用电数据等），建立能源数据平台，全面分析多维动态综合配电网特点，指导需求侧响应、动态价格变化匹配、电动汽车管理、资产监控和停电监控、电力客户分区、电压优化和可再生能源访问。该平台已应用于美国部分地区的电力公司。

2.4物联网技术

物联网是指通过各种信息传感器、射频识别技术、全球定位系统、红外传感器、激光扫描仪等设备和技术，实时收集任何需要监控、连接、互动的物体或过程，收集设备和外部信息，通过各种可能的网络接入，实现物、物、物、人的普遍连接，以及对物品和过程的智能感知、识别和管理。物联网技术是实现交流配电网数字双系统的关键环节。文献利用电力物联网技术，开发配电设备智能诊断分析系统，及时预警低压故障，确定故障位置，实现电缆终端接触温度测量；文献利用物联网技术在配电网中的应用和大数据平台的数据分析功能，实现配电网的故障断线识别。因此，物联网技术也是实现交流配电网精益管理及其先进功能的基础。

数字双胞胎对透明电网的支持和未来发展的建议

3.1数字双胞胎支持透明电网

2018年9月7日，在2018盐城绿色智能能源大会上，中国工程院院士李立武提出“透明电网”交直流配电网数字孪生系统的概念在一定程度上体现了“透明电网”该概念将现实世界中的交流和直流配电网虚拟化到计算机中，建立两者的深度集成，实现双向实时互动。未来，成熟的交流和直流配电网数字双系统将具有交流和直流配电网状态、信息深度透明、设备灵活可控、操作高度智能、维护简单方便、隐私保护、强风险零等功能；同时，通过对物理世界交流和直流配电网的深入感知，为电网管理者提供宏观分析、顶层分析、基础设施决策等参考，帮助用户体验和用户电力决策。

3.2对策建议

交流配电网接入大量分布式能源、电动汽车等负荷，交流配电网数字双系统通过5G、大数据处理、边缘计算等技术，确保交流配电网的经济高效运行。然而，在交流配电网数字双系统的应用和开发过程中，仍存在以下问题需要解决：

（1）加强顶层设计，制定交流配电网数字双系统架构。交流配电网数字双系统集成多学科、多前沿技术，系统涉及设备电气、环境等数据信息采集，数据量大，需要明确数据接入层、数据库管理层、数据库处理层、系统功能层、系统显示层等系统层次结构，便于交流配电网数字双系统的后期管理和先进功能开发。

（2）建立数字孪生应用标准，培育产业数字生态。电网或相关企业应在早期建立数字孪生应用标准，有利于数字孪生的推广应用，培育产业数字生态。其中，数字孪生应用标准包括数字孪生系统开发所依赖的工具和平台、设备虚拟实体建模标准、通信协议标准、信息安全标准、系统评价标准等；同时，高校要注重培养相关应用型人才，为后续产业健康发展提供支撑。