2021年4月南方电网公司发布《数字电网推动构建以新能源为主体的新型电力系统白皮书》中明确指出，新型电力系统具备“数字赋能、柔性开放、绿色高效”三大显著特征，南方电网公司将多措并举，构建以新能源为主体的新型电力系统，服务碳达峰、碳中和战略目标实现。
变压器全息信息数字化概念
采用当代技术领先的工业装备全息信息模型数字化技术，围绕主变压器等核心设备，集成表达设备多维度的海量信息，不仅包括设备容易监测的工作状态信息、不易监测的内部性能信息，更包含了影响设备运行的数据，如设备所处的自然环境、社会环境信息等，从而打造“全息变压器”“全息变电站”，在开展灾害工况预测与评估、防灾减灾方案优化时，可以柔性便捷地开展工作，并且减少物理试验的高能消耗，从而落实并丰富新型电力系统建设中“数字赋能、柔性开放、绿色高效”的内涵特征。
变压器全息信息数字化建模特点
全息变压器的全息信息模型建设工作，有两个特点：一个是“全面”，一个是“高质量”。“全面”是指对变压器设备相关的数据信息进行全面收集，从数据的来源来分，包括来自各种设备传感器的数据，设备自身参数数据、电网系统工况数据、变电站环境数据等。从数据类型来分，有CAD几何模型数据，比如外观形状，包括局部关键位置的形状与尺寸。有CAE性能仿真计算数据，比如变压器内部线圈绕组的位置点与受力变形数据等。从数据格式来分，有图片、曲线、数据点参数等。有设备输出的数据格式，也有软件输出的数据格式。这些种类多样的海量数据共同构建全息信息模型。“高质量”是指这些数据来源明确，数据噪音少，应用价值高，尤其是能体现设备运营内部的性能仿真计算数据，保障和提升仿真计算数据的质量，是本项目的重点工作之一。利用传感器技术，变压器的一些运行参数数据都可监测获得。但还有很多运行参数是难以监测的，就需要采用多学科仿真计算的技术来获取，也是当前热点的“虚拟传感器”技术。譬如变压器的绕组温度、绕组受力、变压器内部油流涌动情况等，这些参数都是不易监测的，需采用高质量的仿真计算技术来获取可信的数据。而且围绕设备的仿真计算技术应用，通常都涉及电磁场、流体与散热、机械结构力学等多学科耦合仿真计算，其难度更大，但数据的质量与价值，能获得极大的提升，从而支撑新型电力系统的数字化建设。
变压器全息信息数字化模型应用
全息变压器的全息信息模型应用工作，也有两个特点：一个是“紧扣需求”，一个是“数字赋能”。“紧扣需求”是指全息信息模型涉及的信息众多，哪些数据重要、哪些数据先梳理收集，其选择依据就是围绕需求。紧密围绕新时期新型电力系统数字电网的建设要求，紧密围绕电站设备运维、用电消纳等工作对信息供给和信息处理的需求，来分阶段、分轻重缓急对变压器等设备开展数据信息的梳理与收集工作。需求的分析整理，其中大部分也体现在全息变压器数字模型与哪些系统存在数据交接，这些系统需要全息信息模型提供哪些数据、怎样提供等。围绕这些需求来开展工作，有的放矢，则事半功倍。“数字赋能”是指充分发挥全息信息模型的数字化属性，用数据积极支持各个信息化系统、支持各项新型电力系统工作。包括防灾减灾方案评估，譬如地震、台风、冰冻等极端自然环境条件，如果使用实验室构建，需要耗费大量实验物料、能源以及大量的准备时间。但使用全息信息数字化模型，可以在计算机虚拟环境中构建极端自然环境，灵活高效。在数字化的虚拟环境中置入数字化设备模型，就可以在计算机环境下评估设备的抗震、抗风、抗冰等的性能，可以评估变压器的内部关键部位的结构力学性能，比如线圈绕组、隔板层、保护开关等是否变形断裂。可以评估变压器内部的散热情况，比如油流的运动等。可以评估变压器的电磁性能情况。
思考与展望
实施开展变压器全息信息数字化模型建模与赋能应用技术研究，将在核心设备数字化模型层面，支持支撑南方电网新型电力系统拥有更加敏锐的“神经单元”，支持链接更加聪明的“大脑”，大幅提升南方电网新型电力系统的“全面可观、精确可测、高度可控”水平，支持千万台级新能源设备建立全息信息数字化模型，这将为新时期数字电网建设实现战略目标提供坚实的技术基础。
(作者李德波 为南网首批高层次人才、南网科技公司资深工程师)
原标题：新型电力系统下变压器全息信息 数字化模型建模与赋能应用思考与展望
