元宇宙技术在新型电力系统中的创新及探索

1元宇宙技术在新型电力系统中的创新及探索2背景1关键技术及能力3技术架构2应用场景43背景《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标的建议》明确“十四五”时期经济社会发展要以推动高质量发展为主题，加快数字化发展，提升数字化、智能化水平。XXXXXX公司进一步强调对“新基建”重要性的认识，加快建设具有中国特色国际领先的能源互联网企业，加快电力系统数字化升级和新型电力系统建设迭代发展，全面推动新型电力技术应用和运行模式创新。结合变电站运维实际需求，以“问题导向、需求导向”为原则，运用数字孪生技术，结合物联网、人工智能、区块链、XR、边缘计算等技术，建设企业级元宇宙变电站，提升变电站数字化、精益化、智能化运维水平。34工作背景1关键技术及能力3技术架构2应用场景45整体架构元宇宙变电站业务应用建设从感知层、平台层、应用层三个层次开展整体架构设计。感知层：通过主/辅设备监控系统、在线智能巡视系统、全站三维及激光点云信息采集，实现对设备状态、环境信息、视频图像、空间全景和作业数据等信息的采集、接入与集成。平台层：部署云平台、企业中台、物联管理平台、统一视频平台等基础设施，基于网络层通道，向下实现感知层的数据接入和策略下达，向上为应用层提供统一的基础支撑服务。，专应用层：基于平台层提供的统一服务开展元宇宙变电站业务应用，侧重于变电业、输电专业、应急指挥和宣传发布等。5业务架构应用层：基于平台能力，实现变电站巡视、设备状态管理、操作许可、元宇宙会议、自然灾害仿真预警、无人机智能巡检、作业现场管控、培训、泰州保电、宣传等应用。平台层：提供数字孪生服务与元宇宙场景服务。元宇宙场景服务在数字孪生的基础上提供多维交互、元宇宙场景渲染、仿真分析、低代码应用定制、区块链管理服务，进一步提升沉浸式体验。支撑技术：将物理变电站通过三维GIS、物联网、交互技术、网络及运算、人工智能、区块链支撑技术映射到虚拟空间中。接入层：接入角色分为公司领导、运维班组、业务专家、系统管理员、访客5类。6应用架构7网络架构8XR及移动办公终端采用Wi-Fi接入，所以需要构建基于Wi-Fi的局域网来实现业务承载，其中重点是高性能Wi-Fi

AP的部署。为了低成本快速部署元宇宙变电站业务，可以选择依托5G的极简承载网络架构。当前可以复用现有的CDN资源进行元宇宙场景的内容分发，同时云渲染服务器进行元宇宙应用场景云渲染强交互业务的实时渲染和推流。要求CDN/云渲染服务器部署在信息外网。CDN/新建云渲染服务器基于Wi-Fi的局域网基于5G的承载网9背景1关键技术及能力3技术架构2应用场景4关键技术元宇宙变电站平台建设关键技术有自动化建模、数字孪生、虚实相生、三维GIS、数字孪生地图、5G通信、北斗通信、区块链、人工智能、云计算、边缘计算、多源物理仿真技术。三维GIS技术◼

优势：对地理空间数据进行采集、分析、处理以及表达，便于更加直观的分析地理数据以及地理因素的影响。10多元物理仿真技术◼

优势：多物理场耦合了多个物理现象的计算机仿真，准确抓住变电站运行工作中的各项关键因素。数字孪生技术◼

优势：不单纯是物理世界向数字世界的映射，而是双向的关系，数字世界通过计算、处理，也能下达指令、进行计算和控制。关键技术5G通信技术◼

优势：高速率、宽带宽、高可靠、低时延特征，满足实时交互、仿真。区块链技术◼

优势：通过密码和分布式账本保障区块链数据的不可伪造和变更。数字孪生语义地图◼

优势：构建更真实、更高精、更丰富的真三维数字孪生。元宇宙变电站平台建设关键技术有自动化建模、数字孪生、虚实相生、三维GIS、数字孪生地图、5G通信、北斗通信、区块链、人工智能、云计算、边缘计算、多源物理仿真技术。11平台能力企业级元宇宙平台物联感知设备接入交互能力无人机、机器人、XR终端、视频、物联平台接入自然交互、动感模拟、视频直播、AR增强现实海量数据管理地理遥感空间数据、巨量全景数据融合优化能力全景巨量数量时空搜索能力、时空分布计算的超高速区块链仿真分析能力物理仿真、场景仿真环境仿真、人工智能分析多源异构模型适配能力支持多格式、多精度的BIM模型参数化模型、倾斜摄影模型、点云模型低代码定制能力可视化应用面板搭建、案例场景编辑开放API、应用场景低代码定制元宇宙场景渲染能力元宇宙场景云渲染数字孪生地图12全栈式企业级元宇宙平台致力于向元宇宙从业者和开发者提供打造数字孪生复刻能力、数字伴生仿真优化能力，以及数字原生对现实世界改造能力。具体能力有以下几方面：平台能力海量数据管理能力：对地理遥感空间数据的管理支持无限量三维数据的加载和应用；对巨量多源异构的数据的优化处理，格式转换、时空数据轻量化处理和LOD处理等；面向未来数字孪生乃至元宇宙的融合巨量全景数据的时空多维搜索能力；元宇宙分布式计算平台提供了具有超高速存算一体的时空链/元宇宙链。地理遥感空间数据◼

实现了遥感大数据无限量加载和应用。支持跨多种CPU硬件平台、操作系统平台，在桌面端、浏览器端集成展示无限量遥感大数据。时空数据LOD处理◼

根据物体模型的节点在显示环境中所处的位置和重要度，决定物体渲染的资源分配，降低非重要物体的面数和细节度，从而获得高效率的渲染运算。全景数据的时空搜索能力◼

将全景全息数据分割成瓦片单元，每个瓦片都是分布式计算单元，对于每个瓦片的图片进行识别、排序，从而达到效率和结果都优先的巨量数据时空搜索。时空分布计算超高区块链◼

超高速、超高扩展性、灵活的时空纬度，

基于区块链的时空搜索，

超大数据链的可视化操作。13平台能力多源异构模型适配能力：支持多格式、多精度的BIM模型（3dmax、奔特利、revit等模型格式）、参数化模型、倾斜摄影模型、点云模型等数据的接入，平台提供多层次通用空间数据标准、数据存储标准，能够实现多模态数据的融合表达。14平台能力元宇宙场景渲染能力：云渲染引擎具有强大的物理引擎技术、近乎完美的全局光照系统和强大的材质编辑器，它还能提供高精度的模型细节和真实场景的画面效果进行实时渲染，所见即所得。平台提供数字孪生地图服务，利用巨量全景数据交汇能力整合物理世界全景全息数据，包括天、空、地所有的数据，从新型测绘模型如实景三维倾斜摄影模型、新型建筑BIM模型等到业务管理实体数据到地下管网地质、物联网、车联网、音视频、机器人等动态数据，实现多源异构数据接入至平台。15平台能力物联感知设备接入交互能力：包括无人机、机器人、XR终端、视频、物联平台接入；交互能力包括自然交互、动感模拟、视频直播、AR增强现实等交互。无人机接入站内视频接入视频融合机器人接入数字人语音交互16动感模拟AR增强现实平台能力仿真分析能力：平台内置多种功能强大的基础功能模块，包括基础自然环境（大气、星空、海洋、气象、光照、阴影等）仿真、物理仿真、人工智能分析等。17平台能力低代码定制能力：可视化面板搭建是帮助开发者快速搭建大屏面板的工具；提供案例场景编辑功能，提供场景创建、编辑、修改、删除的功能；提供开放的数据接入API提供数字孪生引擎和HTML5的接口；提供应用场景低代码定制可视化集成开发套件涉及可视化蓝图编程与调测工具，开发者可进行快速智能技能和应用的开发。1819背景1关键技术及能力3技术架构2应用场景420应用场景1-智能巡视基于三维模型实现机器人、无人机巡视点位与视频资源自动匹配，实现站内视频与变电站三维模型实时互动。工作人员通过佩戴VR眼镜和操作手柄，实现远程实时操控、跟随巡检机器人、无人机、摄像头定时定点巡检站内各表计、开关、刀闸、指示灯、环境异物、各类破损等缺陷，进行沉浸式远程智能巡视。监控总览例行漫游巡检无人机视觉巡检图像识别指哪看哪协助应急事故处理全景展示机器人统计无人机统计数量统计状态信息巡检信息交互巡检线路规划任务指定巡检作业巡视点位可视化智能联动历史轨迹回放隐患分布......20全景总览巡检模式管理应用场景1-巡视基于三维模型实现机器人、无人机巡视点位与视频资源自动匹配，实现站内视频与变电站三维模型实时互动。工作人员通过佩戴VR眼镜和操作手柄，实现远程实时操控、跟随巡检机器人、无人机、摄像头定时定点巡检站内各表计、开关、刀闸、指示灯、环境异物、各类破损等缺陷，进行沉浸式远程智能巡视。1722应用场景2-设备状态管理设备状态管理作为元宇宙变电站的基础应用之一，是支撑变电站內一、二次以及辅助控制等不同类型设备的运行、健康等状态在元宇宙变电站中的映射、评估、分析。融合了新型传感、边缘计算、数字孪生、多物理场仿真、人工智能等智能感知新技术，依托多物理场仿真、故障/缺陷知识库和多源数据融合诊断，实现对设备状态监控、评估、分析、预测，从而实现运维检修策略向智能化的转变，支撑设备状态管理从被动告警向主动预警的转变。故障诊断故障诊断故障应急处置措施推送决策建议运行状态监控设备信息分析作业监控安防状态……健康管理状态监控状态预警主动预警预警推送隐患分析处置决策建议推送缺陷综合诊断运维、检修决策推送健康评估设备预期寿命曲线设备个体寿命曲线设备个体神域寿命预测设备群体寿命曲线设备群体剩余寿命预测应用场景2-设备状态管理设备状态管理作为元宇宙变电站的基础应用之一，是支撑变电站內一、二次以及辅助控制等不同类型设备的运行、健康等状态在元宇宙变电站中的映射、评估、分析。融合了新型传感、边缘计算、数字孪生、多物理场仿真、人工智能等智能感知新技术，依托多物理场仿真、故障/缺陷知识库和多源数据融合诊断，实现对设备状态监控、评估、分析、预测，从而实现运维检修策略向智能化的转变，支撑设备状态管理从被动告警向主动预警的转变。23应用场景3-操作许可在变电站设备状态全面感知的基础上，借助可视化、全景化、智能化技术，将“物理变电站”和“虚拟变电站”融合，面实现变电设备精益运维，全面实现无人值班、智能巡视、自动操作、远程许可、云端分析的数字化运维管理体系，建设变电站综合数字孪生平台。无人操作操作票解析机器人管理压板管理二次设备操作三维展示模拟预演一次设备操作操作复核OCR识别 柜门管理 门禁 高清视频操作机器人平台功能安全接入网关终端传感有线通信无线通信综合防误系统PMS系统远程许可功能模块前端主要由人员闸机、车辆道闸、高清视频、智能安措、移动终端、可视化穿戴设备、人车定位设备等组成24无人操作模块平台软件功能包括任务领取、操作票管理、模拟预演、一次设备操作、二次设备操作、操作复核、操作汇报、压板管理、机器人管理、三维展示等功能模块应用场景3-操作许可在变电站设备状态全面感知的基础上，借助可视化、全景化、智能化技术，将“物理变电站”和“虚拟变电站”融合，面实现变电设备精益运维，全面实现无人值班、智能巡视、自动操作、远程许可、云端分析的数字化运维管理体系，建设变电站综合元宇宙平台。25应用场景4-作业现场功能作业全过程智慧管控远程诊断工作票解析身份验证工作交底区域授权违章提醒远程协助作业评价......26远程诊断工作人员通过配戴AR眼镜，在运维和检修过程中，实时将第一视角画面回传至远程专家和深度学习库，赋能前方工程师解决问题，提高运维检修的效率和质量。应用场景5-元宇宙会议通过进行电力设备及区域的数字孪生结合元宇宙实现会议场景，实现将虚拟和现实进行打通，可以在元宇宙虚拟会议空间或变电站现场空间进行日常会议、问题分析和专家会诊。在元宇宙会议中，我们所处的不再是视频画面，而是真正的“进入”另一空间，大家以虚拟形象进行交互，所说的话、反应真实人物。会场的场景真实化，线下能完成的功能全部可以复刻到线上，一比一进行还原。27应用场景6-应急指挥应急保电：基于三维数字孪生场景，将现场作业人员位置、发电车驻点情况、告警信息实时展示在元宇宙三维场景，从宏观角度查看所有状态终端数量和输电、变电数量，以及保障人数，当前保障任务总数、已接收任务、未接收任务、已完成任务，直观全面了解保电整体状况，使保电人员具备身临其境的感觉，对异常和告警能快速定位，让保电管理工作更加高效、准确、方便。28应用场景6-应急指挥应急处置：通过突发故障设备的信号捕获，并结合设备故障诊断分析决策，实现在数字孪生变电站中高亮定位故障设备，支撑点击查看设备履历、故障详情、历史监测等信息；通过系统调出与故障告警设备关联的视频画面，对故障现场情况进行实时监控。29应用场景6-应急演练应急演练：沉浸式应急演练可提升体验感，支撑全过程预案推演，既减轻了干扰，又增加了工作效率，同时保障了人员的安全。还可以将应急演练的操作过程、行动轨迹、设备状态变化等信息进行记录，便于事后复盘，评价、总结和提升应急经验。30应用场景7-自然灾害仿真预警元宇宙场景下的自然灾害监测预警本质是通过数据全域标识、状态精准感知、数据实时分析、模型科学决策、智能精准执行，构建电网领域的省市县多级数据闭环赋能体系。分析模型灾害风险分析预/告警雷电台风污秽洪涝高温鸟害3132应用场景7-自然灾害监测预警元宇宙场景下的自然灾害监测预警本质是通过数据全域标识、状态精准感知、数据实时分析、模型科学决策、智能精准执行，构建电网领域的省市县多级数据闭环赋能体系。工作人员不必到达现场就可从视、听、体感等多维度沉浸式感知灾害对输变电设施设备的影响，降低人员风险。安全保障提升对各类灾害发展进行实时仿真预演，预测灾