數字孿生技術概述　　

　　首先，數字孿生技術又指數字鏡像或數字雙胞胎，它是通過構建復雜的物理實體以此實現現實空間到虛擬數字空間的一種全息映射技術，并利用虛實信息連接，模擬出物理系統的動態特征以及實時狀況。其次，數字孿生技術還集成了數據采集功能、數據仿真以及數據通信等多種學科的一種系統性工程。其中，仿真是該項技術的核心能力，可以實現對系統的數據、動作以及狀態進行擬實。

　　

　　綜合能源系統概述　　

　　傳統的能源管理系統主要是對電力、動力以及水道進行獨立管理，這種能源管理模式已經無法滿足現代化生產的能源管理需求。而科學的、智慧的能源管理作為現代化信息集成模式，既實現了對資源配置的優化和能源的改善，還實現了單一設備節能向智能化、系統化等方向轉變。因此，綜合智慧能源管理系統的設計，實現了對電力能源系統、動力能源系統等各個單元的數據進行采集和監測，預測與管理等全面的智能管理模式，從而為高質量能源和服務奠定了良好的基礎。因此，該系統形成了動態能源價格機制，根據電力不同階段需求，保障電力系統的穩定運行。總體上來說，合智慧能源管理系統中應用數字孿生，已經成為綜合能源領域中的重要熱點問題。

　　

　　02、綜合智慧能源管理系統總體架構設計

　　系統總體架構設計　　

　　綜合智慧能源管理系統的總體設計如圖1所示。首先，該系統的設計可以支持多種工業接口的應用，如PLC接口、智能儀表接口以及在線分析儀接口、PDA接口、智能傳感器接口等。其次，該系統設計支持Profinet通信協議等所有的通信協議。此外，還可以根據實際需求和網絡的情況，實現有限組網模式、有線和無線的混合組網模式、無線組網模式等多種類型。最后，能夠實現對能源的能耗數據進行采集、分析和優化控制管理。

▲綜合智慧能源管理系統總體架構設計示意圖（圖1）

　　綜合智慧能源管理系統軟件架構設計　　

　　從系統軟件架構方面來看，該系統的軟件架構主要由能源實際管理、數據自定義、能耗信息報告以及終端能耗預警、能源監控等構成。具體如圖2所示。其中，從能源的實際管理方面來看，可以借助對不同類型能源介質的單價或者動態的價格更新，計算產品生產的能源成本。并借助外供與回收的指標，對產品能源成本進行綜合計算。從能源的情況方面來看，借助對能源數據的變化趨勢分析，可以為企業節能減排和綜合能源管理工作提供一定的數據支撐。從能源的監控可視化方面來看，綜合智慧管理系統的設計可以實現對多種類型的能源介質數據進行實時的采集和監控，并利用數據可視化技術更加直觀地對能源數據進行展示。

▲系統軟件架構設計示意圖（圖2）
 

　　03、系統主要功能設計　　

　　數據采集功能　　

　　此功能通過利用采集分類以及對能耗數據計量分項等，為能耗數據精細化管理提供相應的數據，保障了能源數據的可靠性。數據采集得到的數據需要存儲在計算機當中，并且還可以上傳到大數據之中，便于相關人員對能耗數據進行相應的監控與管理，便于上級管理部分對能源的數據匯總進行統籌安排與管理。

　　

　　數據監測功能　

　　數據監測功能的設計主要是利用數據表格與圖表的模式，將采集得到的相關數據在綜合智慧能源監控平臺中進行顯示和實時監控，這對能源企業來說具有非常重要的作用。而數據監測的精準性會對工作人員把控現場具有重要的影響。因此，在綜合智慧能源管理系統設計時，需要可以做到及時對數據統計信息進行更新，并將數據以圖表方式或者文章的形式，在顯示器上進行顯示，使工作人員能夠更加直觀地從數據當中獲得設備的信息，及時對相關設備狀態進行調整，能有效避免設備由于過熱或者電壓不足等情況發生故障，提升系統的穩定性。

　　

　　能耗統計分析功能　

　　從能耗統計的方面來看，該功能主要是對能耗的數據、能耗分項以及區域能耗和能耗指標等進行統計。其中，還包含總能耗定比，也就是指實際消耗的能量所占據總能量的百分比，并利用百分數的方式進行表示。同時，總能耗主要用于綜合分析。因此，綜合智慧能源管理系統的設計，能夠自動實現對相應的數據進行統計，并將統計完成的數據存儲在計算機數據庫當中。這樣一來，用戶就可以利用數據管理軟件，直接實現對能耗比的信息進行查詢，并做出相應的決策，使得其工作效率得到提高。從能耗分析方面來看。綜合智慧能源管理系統可以利用不同分析算法工具對能源消耗的數據進行計算與分析。并將其能耗進行分類成建筑能耗、區域能耗等類型計量數據，從而匯總成統一的能耗值。并根據總能耗、但能耗以及對標定等相關指標，實現對能耗水平進行綜合分析與對比。同時，在對比中利用標準指標對比實現，并生產對應的圖標，以此實現對能耗數據的研究，為領導層的決策提供相應的依據。

　　

　　智慧能源管理功能　　

　　在工業生產過程時，綜合智慧能源管理系統的應用可以合理有效地利用能源，以此降低能源消耗，使得經濟效益得到提升。同時，可以將能源計劃、能源的管控以及統計分析等下放到各個單位當中，從而使得節能工作責任得到明確。并且還可以實現對不同單位的能源消耗水平，設置定額用能，以此達到節能減排，使得能源的利用效率得到提升。

　　

　　智能故障診斷　　

　　智能分析功能主要包含了健康狀況分析、設備狀態分析以及故障診斷分析等3個功能構成。其中，從設備的健康狀態方面進行分析，可以利用數據采集平臺中所存儲的設備每項指標狀態數據，展開全面的分析，并對各個類型的指標與設備之間建立起相關性分析，并實現對設備的健康相關特征值，如特征頻率以及相位等進行重點的監控。通過對設備的運行以及狀態監測歷史數據進行對比分析，構建關于設備的健康評估模型，從而幫助運維人員對設備的健康狀態進行評估。從設備的狀態評價方面來看，可以結合預定的特征值，在線實時對歷史工況與當前類似的工況進行對比分析，結合大數據關聯分析和時序預測，實現對設備的狀態進行實時分析。最后，從故障診斷方面來看，該功能主要利用傳感器和智能數據采集設備兩者之間進行有效結合，實現多維在線監測，從而實時地對設備的監控狀態進行反映出來。并以多級報警方式，告知相應工作人員，以此實現故障遠程診斷。

　　

　　智能監控功能　　

　　智能監控功能在綜合智慧能源管理系統設計中，主要包含了配電網系統監控、分布式發電系統監控以及負荷監控和儲能系統監控等供熱供冷系統檢修監控，以此實現對不同類型的能源系統設備工作狀態以及運行的數據進行全面的實時監控，并根據不同數據進行實時運算。同時，將通過采集得到的實時數據利用三維可視化技術進行展現出來，以此使得信息的直觀性得到進一步的提高。并借助平臺下發相應的操作指令，進行現在設備控制。同時，綜合智慧能源管理系統，通過利用電力系統、能耗系統的標準圖形畫面，將現場設備的電壓值、電流值以及功率因數、電鍍等相應的測量值在顯示屏上進行直觀地顯示出來。以此可以實現對不同回路的測量值、信號以及參數等進行實時監測，此外還能夠根據實時記錄，進行故障報警和故障信號顯示。

04、數字孿生關鍵技術在綜合智慧能源管理系統中的應用　　

　　仿真與混合建模技術　

　　在綜合智慧能源管理系統當中數字孿生技術的應用，將機械、電氣以及信息等多個類型的系統共同組成了智慧能源系統，通過全面綜合對多物理場機械能分析和建模，使得智慧能源系統所需要出傳遞的虛實信息，在數字孿生模型當中進行加載，并構建出模型驅動和按數據驅動兩者結合的驅動模式，從而更加逼真。

　　

　　信息安全防御機制　　

　　綜合智慧能源管理系統設計過程中，還包括信息網絡系統，該系統主要依賴于網絡。并且，系統能夠正常地工作，還取決于信息交流的可靠性。如果，數據信息發生泄露的問題，就會導致系統的工作狀態受到印象。因此，這時就需要加強對網絡攻擊的監測，以及對網絡防御技術進行研究，這樣一來可以更好地面對網絡中存在的攻擊行為，以此為綜合智慧能源管理系統的安全提供保障。

　　

　　可視化與交互技術　　

　　數字孿生技術的數據仿真模型和一般數字仿真模型不同，數字孿生模型可以在虛實之間機械能交互。從而達到更新動態演化的效果，以此真實地映射出物理世界的動態效果。而可視化技術的應用，可以為用戶提供更加清晰的視覺，實現算法與模型的可視化。

　　

　　多能協同優化技術　　

　　在綜合智慧能源管理系統當中，多能協同優化技術的應用，可以為用戶提供分布式的供能，并借助智慧能源管理系統的多能協同優化調度策略，使得能源的利用效率得到提高，并達到不同類型的能源之間互相協調與互補。同時，在有效保障用戶的穩定能源供給時，通過對可再生能源在綜合智慧能源管理系統當中的占比以及利用率進行提升，可以有效減少對不可再生能源的依賴，從而達到有效地節能減排目的。最后，利用合理的控制模型，還可以實現主動配電網，對分布式能源進行優化調度以及主動管理。