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摘 要

在数字经济时代，数字孪生技术在各个领域体现出了重要作用，同样在电力系统中，数字孪生技术也有推动性力量。数字网络是一个新的概念、新方法和新思想，是由技术变革和需求升级推动的，有效的规范电网的运行和管理，有助于建立和发展智能电网。数字孪生系统的这三大特性，即数据驱动、实时交互、闭环反馈，更有利于电网规划在数字孪生方面提升至更高水准，进一步提高电力网在实际规划决策上的准确性、降低建设成本、规避一定的风险。本文从以下几方面开展了工作。第一，阐明数字孪生理论的概念及历史发展，讨论了国内外研究院及研究人员对数字孪生理论的研究情况与关注度。第二，阐明了数字孪生理论的理论基础、模型研究的现状以及应用准则。第三，从概念、特色和潜在应用三个方面介绍了电力数字孪生系统。第四，阐述了电网规划的线性规划方法，并运用MATLAB通过线性规划的方法求解了Graver六节点的输电网规划模型。第五，介绍了数字孪生技术在电网中的规划应用。最后，对数字孪生技术在电网规划中的美好前景做出展望。

关键词：数字孪生、数字电网、电网规划

Research on Transmission Expansion Planning Based on Digital Twin Theory

Abstract

In the era of digital economy, digital twin technology plays an important role in various fields, and it also has a driving force in the electric power system. Digital network is a new concept, new method and new thought, which is driven by technological change and demand upgrading. It can effectively regulate the operation and management of power grid, and contribute to the establishment and development of smart power grid. The three characteristics of digital twin system, namely data-driven, real-time interaction and closed-loop feedback, are more conducive to the promotion of digital twin in power grid planning to a higher level, and further improve the accuracy of power network planning decisions, reduce construction costs and avoid certain risks. This article carries out the work from the following aspects. Firstly, the concept and historical development of digital twinning theory are clarified, and the research situation and attention of domestic and foreign research institutes and researchers on digital twinning theory are discussed. Secondly, the theoretical basis of digital twin theory, the status quo of model research and application criteria are expounded. Thirdly, the concept, characteristics and potential applications of power digital twin system are introduced. Fourthly, the linear programming method of power grid planning is elaborated, and the Graver six-node power transmission network planning model is solved by using MATLAB linear programming method. Fifthly, the planning application of digital twinning technology in power grid is introduced. Finally, the future of digital twinning technology in power grid planning is prospected.

Keywords: Digital Twin， Digital Power Grid， Transmission Expansion Planning

目录

摘要 I

Abstract II

一、引言 1

1.1 数字孪生理论的介绍 1

1.2 数字孪生理论的历史 3

1.3 国内外对数字孪生的研究论点 4

1.3.1 数字孪生技术的应用场景 4

1.3.2 国际对数字孪生的研究情况 5

二、数字孪生理论的研究 6

2.1 数字孪生理论的理论基础 6

2.2 数字孪生模型研究的现状分析 6

2.3 数字孪生理论的应用准则 7

三、电力数字孪生系统的概念及发展 9

3.1 PSDT的概念 9

3.2 PSDT的特色 9

3.3 PSDT的潜在应用 10

四、电网规划的线性规划方法 11

五、基于数字孪生的电网规划 13

六、总结和展望 15

谢辞 16

参考文献 17

一、引言

数字孪生理论的介绍

数字孪生(digital twin，DT)是一个模拟仿真的过程，集成多个学科，融合了多个角度，它与现如今几大热门技术如智能传感器、5G通信、云平台、大数据分析和人工智能等相兼容，通过充分利用和利用巨大数据资源的优势，在数字空间中设计虚拟实体模型，并建立数字虚拟实体与物理实体之间的映射关系以“镜像”实体．[6]

数字孪生理论的第一次出现要追溯到2003年，当时Grieves[12]在他的课程“产品生命周期管理”中首次介绍了这个概念。这个概念在当时还不够具体，数字孪生的初步形式提出包括三个部分：物理产品、虚拟产品及其连接。从那时起，数字孪生的实现技术经历了指数增长。2012年，国家航空和宇宙航行局(NASA)重新审视了数字孪生的概念。将数字孪生定义为一种基于历史数据、实时传感器数据和物理模型及时反映对应孪生体的状态的多物理、多尺度、概率性的超仿真模拟[1]。数字孪生逐渐成为一个热门的研究课题。Gabor et al认为数字孪生是一种特殊的仿真，它是基于专业知识和从现有系统中收集的真实数据建立起来的，是为了在不同的时间和空间尺度上实现更精确的仿真。Maurer 则认为DT是一种数字表示，可以描述生产过程和产品性能。从那时起，数字孪生的意义变得越来越具体，导致了一些特殊的概念。

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