2002年，密歇根大學的邁克爾格里夫斯教授提出了數(shù)字孿生這個詞。近年來，數(shù)字孿生多次被高德納公司列為“十大戰(zhàn)略技術(shù)趨勢”(2017、2018和2019年)。目前，對數(shù)字孿生的研究層出不窮，涉及的領域逐漸從最初的航空航天領域擴展到制造、導航、汽車、石油等領域。
數(shù)字孿生也可以應用于能源系統(tǒng)。盧強院士早在2000年就提出了數(shù)字電力系統(tǒng)的概念，其實質(zhì)是構(gòu)建電力系統(tǒng)的數(shù)字孿生兄弟。
能源互聯(lián)網(wǎng)數(shù)字孿生的定義
結(jié)合數(shù)字孿生的定義和能源互聯(lián)網(wǎng)的特點，充分利用能源互聯(lián)網(wǎng)的物理模型、在線測量數(shù)據(jù)和歷史運行數(shù)據(jù)。同時，能源互聯(lián)網(wǎng)數(shù)字孿生整合了電、流、熱、計算機、通信、氣候和經(jīng)濟等多學科知識?？梢詫⒛茉椿ヂ?lián)網(wǎng)的數(shù)字孿生定義為一個多物理、多時空尺度、多概率的模擬過程。通過將能源互聯(lián)網(wǎng)映射到虛擬空間，反映了能源互聯(lián)網(wǎng)的整個生命周期過程。需要強調(diào)的是：1)雙向數(shù)據(jù)交互是數(shù)字孿生的關(guān)鍵特征，但對于變化緩慢的物理對象，不需要高頻實時交互，只要數(shù)字空間中的模型反映了當前能源互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的拓撲和參數(shù)；
2)能源互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)字孿生兄弟不應狹隘地理解為在線建模和仿真，而應僅服務于實時控制。數(shù)字孿生可以在物理對象生命周期的任何時間尺度上影響它們的行為或發(fā)展軌跡。例如，利用數(shù)字雙生技術(shù)規(guī)劃能源互聯(lián)網(wǎng)，規(guī)劃成果的實施實際上改變了能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展軌跡。
能源互聯(lián)網(wǎng)數(shù)字孿生兄弟的構(gòu)建及可能應用
能源互聯(lián)網(wǎng)數(shù)字化雙生子建設的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)包括物理系統(tǒng)的測量感知、數(shù)字空間建模、仿真分析與決策、云計算環(huán)境。
1)測量感知是分析和控制能源互聯(lián)網(wǎng)物理實體的前提。因此，需要在物理系統(tǒng)中布置許多傳感器，并且需要解決一系列與數(shù)據(jù)測量、傳輸、處理、存儲和搜索相關(guān)的技術(shù)問題。
2)如何在數(shù)字空間中模擬能源互聯(lián)網(wǎng)取決于應用需求。不同類型的數(shù)學模型可以反映物理實體的不同時間尺度和空間尺度的特征，只要這些特征與物理實體的當前狀態(tài)同步。
3)在仿真分析的決策部分，首先對數(shù)字空間中的能源互聯(lián)網(wǎng)進行優(yōu)化計算，然后通過仿真驗證決策的合理性和有效性，然后在數(shù)字能源互聯(lián)網(wǎng)上進行復雜和不確定場景的沙盤推演，最后得到合理的決策指令并發(fā)送給物理系統(tǒng)。
4)云計算環(huán)境是連接物理系統(tǒng)和數(shù)字空間的橋梁，利用掌握的能源互聯(lián)網(wǎng)物理規(guī)律和傳感器測量數(shù)據(jù)，借助大數(shù)據(jù)分析和高性能仿真技術(shù)，可以實現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)字建模和仿真。計算結(jié)果可以實時反饋給物理系統(tǒng)，傳感器數(shù)據(jù)也可以實時傳輸給數(shù)字圖像，實現(xiàn)同步。
數(shù)字孿生可能在能源互聯(lián)網(wǎng)的規(guī)劃、運營和監(jiān)控中發(fā)揮重要作用。數(shù)字孿生可以提高能源互聯(lián)網(wǎng)的監(jiān)控水平，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運行中的異常環(huán)節(jié)，有助于實現(xiàn)基于能源互聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)的準確運行、維護和優(yōu)化。
相信在未來，能源互聯(lián)網(wǎng)數(shù)字孿生將成為能源互聯(lián)網(wǎng)主要發(fā)展模式。
