光伏仿真模拟在能源电网中的应用、价值与瓶颈

近期，高温、暴雨、冰雹、洪水等极端天气在各地上演。极端天气的频繁发生也让越来越多的人感受到了温室效应带来的危害。

为了应对全球变暖，选择碳中和已成为许多国家的共识。在双碳战略的背景下，我们知道发展可再生能源和清洁能源是重中之重。毕竟，在高碳排放的人类活动中，近四分之三的碳排放来自能源消耗。在风电、水电等资源开发过程中，可再生能源并网是关键。由于可再生能源具有明显的间歇性和强随机波动性，接入大电网后会给系统带来强烈的波动，影响电网的稳定性和安全性。

在解决清洁能源并网的有效措施中，储能和虚拟电厂是有效的方法之一。脑极体在之前关于虚拟电厂和储能动量的文章中已经详细介绍过。此外，利用仿真技术绘制并网连接图也成为一项重要措施。今天就和大家聊聊它在能源网中的应用、价值和瓶颈。

是时候进行光伏模拟了

从能源方面来看，以清洁能源光伏发电为例，其整个生命周期都需要严格的安全生产管理。因此，需要安全可控的技术来管理从能源生产到传输的整个路径。整个过程。基于“数字孪生”技术，基于丰富的数据，对电力从预测、生产到传输的全过程进行监管。

在光伏发电设备中，具体而言，仿真数字孪生技术主要从状态诊断、生产调试、运行分析、安全控制等几个核心层面发展。

在光伏发电过程中，光伏太阳能板的位置、角度、照度、风速的变化都会影响太阳能发电功率的变化。解决电网平衡问题。只有能源侧发电侧的预测准确及时，才能为下游输电侧预留充足的时间分配储能配额。

同时AR，光伏电站也需要定期上报预估发电量，所以主要光伏电站需要模拟的预测功能。此前，在光伏发电的预测功能方面，业内人士采用算法预测的方法电厂数字孪生，但由于算法模拟的“黑匣子”特性以及一些意想不到的天气因素，无法将算法应用于准确模拟并将算法应用于预测。逐渐被数字孪生的技术思路所取代。

数字孪生技术可以1:1还原整个光伏电站的形状、结构和地理位置，然后通过输入外部参数变化（如风速、温度和天气状况），利用物理仿真模型，真实世界电站运行实时仿真，提前预测。

由于数字孪生技术在工业、智慧城市、智能楼宇等领域的成功应用，在清洁能源领域的应用也被很多业内人士所期待。目前，全行业能够提供光伏预测技术的服务公司屈指可数。国外几家主要以 SolARgis 为主的公司比较有名电厂数字孪生，国内目前的情况也是基于几家零星的创业公司的探索。主啊，卡在脖子上的空白。

光伏预测难度高的主要原因是光伏模拟对气象数据要求高，融合后的数据相关性不高数字孪生平台，如阳光、气象物理、地形等参数不相关，而且气象数据偶尔出现的频率也不低，这也影响了预测的准确性。要想提高各种模型的耦合精度，对复合型人才和专家型人才的协作提出了很高的要求。不难理解，光伏仿真领域的专业门槛很高。

随着数字孪生技术的不断落地和演进，光伏市场的扩大和装机容量的不断增加，光伏仿真“发光”，成为国内企业开始争相争夺的领域布局，不仅是因为潜在的市场规模和商机。从数据安全的角度来看，由于涉及土地资源、气象等核心数据，本地化模拟数字孪生技术的发展恰逢其时。

数字孪生：扭曲的“扼杀者”

光伏仿真是能源生产阶段的典型数字孪生场景应用。 数字孪生通过建立虚拟映射仿真模型，可以实时监控和控制光伏电站的运行状态和运行环境。模拟运行，及时制定生产机组的最优运行策略，不仅可以获得更高的发电量，还可以提前预测发电量，进行并网优化。

在能量的传输端，数字孪生可以控制传输过程的安全和优化能力。例如，可以对电缆设备进行映射和建模。通过输入的参数和数据，对输电设备的运行状态和各个节点的负荷状态进行监控，通过大数据和智能算法对电网进行实时监控，可以发现电网的潜在问题。及时警告，方便管理人员监督，提高电缆设备的运行性能，增加设备的使用寿命。

在配电侧，数字孪生可以针对配电环节中存在的大量变电站设备进行设备虚拟化，在智能安防监控设备的辅助下，实现海量数据和物理设备。在可视化平台上实时显示能源分布的关联映射，形成一个数字孪生变电站，提高能源分配的经济性和安全性。

数字孪生技术可以深度介入能源领域的全生命阶段，提高可控性和安全生产。然而，数字孪生技术的应用与发展仍面临“扼杀”的挑战。

对于数字孪生，核心是数据。数据来源是否丰富、准确等电厂数字孪生，对模拟结果影响很大。以国外SolARgis公司为例，他们的光伏发电评估模型工具是与顶级实验室和光伏行业常年研究合作的成果，积累了数十年的气候和光伏厂商数据对于想要部署的企业来说，能否在数据领域获得准确丰富的数据也是一个考验。

整合数据和技术的过程是困难的。 数字孪生技术涉及大量不同类型的数据收集。在仿真建模过程中，也很难协调无关数据之间的耦合。同时，数字孪生涉及的技术包括5G、物联网技术、云计算、仿真技术、AI技术等，这些技术协同发展还不成熟，平台模型标准化在 数字孪生 落后之后。

建模仿真技术有待突破，建模仿真技术的理论方法和关键技术有待完善，因为数字孪生涉及大量数据和参数，需要结合天气、地形、季节等不同类型的数据，模拟计算对模型拟合的要求也比较高，很难耦合出更准确的模型。再加上可再生清洁能源的间歇性特征，如季节、气候等，数据波动较大，难以合成出高精度的有效模型。

无论是数据驱动还是数据+模型驱动，都对双数字技术在能源领域的应用提出了更高的要求。发展初期的技术需要时间和具体场景长期打磨完善。由于技术壁垒和发展机遇，也为参展企业带来了广阔的发展空间。

“绘制”可持续的未来

我们知道，在碳中和目标的背景下，风能、光能、水能等可再生能源在电力系统中的重要性逐渐提升，也是实现双碳目标的必经之路。能量转换。根据南方电网2021年的预测，到2030年和2060年，我国风能和太阳能发电比例将分别达到25%和60%。这也意味着越来越多的新能源电力接入大电网电厂数字孪生，构建智慧能源生态系统已成为我国能源产业的发展趋势。

集物联网技术、5G通信技术、大数据分析技术、高性能计算技术和先进仿真分析技术于一体的数字孪生技术体系已成为解决电网融合和智慧能源发展的关键。 数字孪生结合储能设备、虚拟电厂等技术，可以为电网提供更高的安全性和发电效率，还可以提供融入大电网的调频、调峰等辅助服务，实现电网削峰填谷，推动新能源绿色数字化、智能化转型。

虽然目前数字孪生在电网领域的应用场景主要是单点示范项目，但应用场景较少，智能化水平也较低。但随着双碳东风的大势所趋，以及配套的物联网、云计算、AI等前沿技术的深度融合，从长远来看，数字孪生电网领域也将取得质的突破。

未来，整个电力系统，从能源生产端到应用端，都将迎来重大变革。未来电网中的每一个设备都有可能接入数字孪生，可以准确满足精细化管理的要求。映射模拟的粒度会越来越细，走向精细化；系统化发展也是数字孪生电网的又一发展趋势。度的变化，组件和设备功能的模块化集成，可以在区域层面响应和控制，满足实时状态的控制；而随着AI技术、边缘技术、云计算等的发展，数字孪生的电网智能化水平也将大大提升。不仅可以预估各种告警信息，还可以提前采取措施，提高整个电力能源的稳定性和经济运行。

在大电网并网挑战中，数字孪生、储能等都是有效措施，将对电网的规划、建设和运营起到关键支撑作用。 数字孪生电网的应用升级最终将为数字孪生在智慧城市、智慧交通、智慧建筑等领域的发展提供技术支撑。这些平行领域的技术相互迁移和应用，将共同构建我们未来数字生活的智能化、绿色化发展。

双碳不仅给千千万万行业带来商机和挑战，也给能源结构转型和工业数字智能技术空间的飞跃带来质的变化。过去，我们一直在强调各行各业都有机会利用双碳东风发展。现在，深入能源领域，我们会发现，产业与双碳战略，也是一场相得益彰、相得益彰的会议。带来前所未有的变化，而这些变化也将渗透到日常生活的所有细节中，为未来披上可持续的“绿色罩袍”。