2021年4月南方電網公司發布《數字電網推動構建以新能源為主體的新型電力系統白皮書》中明確指出，新型電力系統具備“數字賦能、柔性開放、綠色高效”三大顯著特征，南方電網公司將多措并舉，構建以新能源為主體的新型電力系統，服務碳達峰、碳中和戰略目標實現。
變壓器全息信息數字化概念
采用當代技術領先的工業裝備全息信息模型數字化技術，圍繞主變壓器等核心設備，集成表達設備多維度的海量信息，不僅包括設備容易監測的工作狀態信息、不易監測的內部性能信息，更包含了影響設備運行的數據，如設備所處的自然環境、社會環境信息等，從而打造“全息變壓器”“全息變電站”，在開展災害工況預測與評估、防災減災方案優化時，可以柔性便捷地開展工作，并且減少物理試驗的高能消耗，從而落實并豐富新型電力系統建設中“數字賦能、柔性開放、綠色高效”的內涵特征。
變壓器全息信息數字化建模特點
全息變壓器的全息信息模型建設工作，有兩個特點：一個是“全面”，一個是“高質量”。“全面”是指對變壓器設備相關的數據信息進行全面收集，從數據的來源來分，包括來自各種設備傳感器的數據，設備自身參數數據、電網系統工況數據、變電站環境數據等。從數據類型來分，有CAD幾何模型數據，比如外觀形狀，包括局部關鍵位置的形狀與尺寸。有CAE性能仿真計算數據，比如變壓器內部線圈繞組的位置點與受力變形數據等。從數據格式來分，有圖片、曲線、數據點參數等。有設備輸出的數據格式，也有軟件輸出的數據格式。這些種類多樣的海量數據共同構建全息信息模型。“高質量”是指這些數據來源明確，數據噪音少，應用價值高，尤其是能體現設備運營內部的性能仿真計算數據，保障和提升仿真計算數據的質量，是本項目的重點工作之一。利用傳感器技術，變壓器的一些運行參數數據都可監測獲得。但還有很多運行參數是難以監測的，就需要采用多學科仿真計算的技術來獲取，也是當前熱點的“虛擬傳感器”技術。譬如變壓器的繞組溫度、繞組受力、變壓器內部油流涌動情況等，這些參數都是不易監測的，需采用高質量的仿真計算技術來獲取可信的數據。而且圍繞設備的仿真計算技術應用，通常都涉及電磁場、流體與散熱、機械結構力學等多學科耦合仿真計算，其難度更大，但數據的質量與價值，能獲得極大的提升，從而支撐新型電力系統的數字化建設。
變壓器全息信息數字化模型應用
全息變壓器的全息信息模型應用工作，也有兩個特點：一個是“緊扣需求”，一個是“數字賦能”。“緊扣需求”是指全息信息模型涉及的信息眾多，哪些數據重要、哪些數據先梳理收集，其選擇依據就是圍繞需求。緊密圍繞新時期新型電力系統數字電網的建設要求，緊密圍繞電站設備運維、用電消納等工作對信息供給和信息處理的需求，來分階段、分輕重緩急對變壓器等設備開展數據信息的梳理與收集工作。需求的分析整理，其中大部分也體現在全息變壓器數字模型與哪些系統存在數據交接，這些系統需要全息信息模型提供哪些數據、怎樣提供等。圍繞這些需求來開展工作，有的放矢，則事半功倍。“數字賦能”是指充分發揮全息信息模型的數字化屬性，用數據積極支持各個信息化系統、支持各項新型電力系統工作。包括防災減災方案評估，譬如地震、臺風、冰凍等極端自然環境條件，如果使用實驗室構建，需要耗費大量實驗物料、能源以及大量的準備時間。但使用全息信息數字化模型，可以在計算機虛擬環境中構建極端自然環境，靈活高效。在數字化的虛擬環境中置入數字化設備模型，就可以在計算機環境下評估設備的抗震、抗風、抗冰等的性能，可以評估變壓器的內部關鍵部位的結構力學性能，比如線圈繞組、隔板層、保護開關等是否變形斷裂。可以評估變壓器內部的散熱情況，比如油流的運動等。可以評估變壓器的電磁性能情況。
思考與展望
實施開展變壓器全息信息數字化模型建模與賦能應用技術研究，將在核心設備數字化模型層面，支持支撐南方電網新型電力系統擁有更加敏銳的“神經單元”，支持鏈接更加聰明的“大腦”，大幅提升南方電網新型電力系統的“全面可觀、精確可測、高度可控”水平，支持千萬臺級新能源設備建立全息信息數字化模型，這將為新時期數字電網建設實現戰略目標提供堅實的技術基礎。
(作者李德波 為南網首批高層次人才、南網科技公司資深工程師)
變壓器全息信息數字化概念
采用當代技術領先的工業裝備全息信息模型數字化技術，圍繞主變壓器等核心設備，集成表達設備多維度的海量信息，不僅包括設備容易監測的工作狀態信息、不易監測的內部性能信息，更包含了影響設備運行的數據，如設備所處的自然環境、社會環境信息等，從而打造“全息變壓器”“全息變電站”，在開展災害工況預測與評估、防災減災方案優化時，可以柔性便捷地開展工作，并且減少物理試驗的高能消耗，從而落實并豐富新型電力系統建設中“數字賦能、柔性開放、綠色高效”的內涵特征。
變壓器全息信息數字化建模特點
全息變壓器的全息信息模型建設工作，有兩個特點：一個是“全面”，一個是“高質量”。“全面”是指對變壓器設備相關的數據信息進行全面收集，從數據的來源來分，包括來自各種設備傳感器的數據，設備自身參數數據、電網系統工況數據、變電站環境數據等。從數據類型來分，有CAD幾何模型數據，比如外觀形狀，包括局部關鍵位置的形狀與尺寸。有CAE性能仿真計算數據，比如變壓器內部線圈繞組的位置點與受力變形數據等。從數據格式來分，有圖片、曲線、數據點參數等。有設備輸出的數據格式，也有軟件輸出的數據格式。這些種類多樣的海量數據共同構建全息信息模型。“高質量”是指這些數據來源明確，數據噪音少，應用價值高，尤其是能體現設備運營內部的性能仿真計算數據，保障和提升仿真計算數據的質量，是本項目的重點工作之一。利用傳感器技術，變壓器的一些運行參數數據都可監測獲得。但還有很多運行參數是難以監測的，就需要采用多學科仿真計算的技術來獲取，也是當前熱點的“虛擬傳感器”技術。譬如變壓器的繞組溫度、繞組受力、變壓器內部油流涌動情況等，這些參數都是不易監測的，需采用高質量的仿真計算技術來獲取可信的數據。而且圍繞設備的仿真計算技術應用，通常都涉及電磁場、流體與散熱、機械結構力學等多學科耦合仿真計算，其難度更大，但數據的質量與價值，能獲得極大的提升，從而支撐新型電力系統的數字化建設。
變壓器全息信息數字化模型應用
全息變壓器的全息信息模型應用工作，也有兩個特點：一個是“緊扣需求”，一個是“數字賦能”。“緊扣需求”是指全息信息模型涉及的信息眾多，哪些數據重要、哪些數據先梳理收集，其選擇依據就是圍繞需求。緊密圍繞新時期新型電力系統數字電網的建設要求，緊密圍繞電站設備運維、用電消納等工作對信息供給和信息處理的需求，來分階段、分輕重緩急對變壓器等設備開展數據信息的梳理與收集工作。需求的分析整理，其中大部分也體現在全息變壓器數字模型與哪些系統存在數據交接，這些系統需要全息信息模型提供哪些數據、怎樣提供等。圍繞這些需求來開展工作，有的放矢，則事半功倍。“數字賦能”是指充分發揮全息信息模型的數字化屬性，用數據積極支持各個信息化系統、支持各項新型電力系統工作。包括防災減災方案評估，譬如地震、臺風、冰凍等極端自然環境條件，如果使用實驗室構建，需要耗費大量實驗物料、能源以及大量的準備時間。但使用全息信息數字化模型，可以在計算機虛擬環境中構建極端自然環境，靈活高效。在數字化的虛擬環境中置入數字化設備模型，就可以在計算機環境下評估設備的抗震、抗風、抗冰等的性能，可以評估變壓器的內部關鍵部位的結構力學性能，比如線圈繞組、隔板層、保護開關等是否變形斷裂。可以評估變壓器內部的散熱情況，比如油流的運動等。可以評估變壓器的電磁性能情況。
思考與展望
實施開展變壓器全息信息數字化模型建模與賦能應用技術研究，將在核心設備數字化模型層面，支持支撐南方電網新型電力系統擁有更加敏銳的“神經單元”，支持鏈接更加聰明的“大腦”，大幅提升南方電網新型電力系統的“全面可觀、精確可測、高度可控”水平，支持千萬臺級新能源設備建立全息信息數字化模型，這將為新時期數字電網建設實現戰略目標提供堅實的技術基礎。
(作者李德波 為南網首批高層次人才、南網科技公司資深工程師)
