打开手机，小区充电桩排队到半夜；屋顶光伏板日渐增多 —— 近年来，国内新能源发展确实呈现出较快的增长态势。

据统计，新能源汽车保有量已突破 5000 万辆，分布式光伏装机量持续上升，物联网技术在能源领域的应用也在不断拓展。但与此同时，电网运行和管理也面临新的挑战：

部分地区分布式光伏并网存在困难，导致部分发电能力无法有效利用；充电桩集中使用时，可能引起局部电压波动；部分老旧线路在应对多元化负荷时，确实出现了停电频发的现象。

对于相关企业而言，电网规划涉及多个管理部门，需求分散、设备协同性不足，现场调试成本高、难度大，成为实际推进中的难点。

在“双碳”目标下，传统电网运行方式亟待升级。如何有效应对日益复杂的电力系统管理需求？

MathWorks 首席产品经理贾森・吉德拉提出，数字孪生技术有望为这类问题提供解决方案。

电网运行压力增大的背后，主要存在三方面问题：运行状态不透明、预测与分析能力不足、调控响应能力有限。

过去电网以火电、水电为主，电源稳定、调控相对简单；如今风电、光伏等可再生能源大规模接入，加上电动汽车充电负荷的波动，电网中不可控变量显著增多。

电力公司不仅需要保障电力的实时平衡，还要掌握电网实际运行状态。而在电网规划和扩容方面，传统方法难以对线路增容、充电桩布局等复杂场景做出准确评估。

贾森指出：“电网复杂性正在快速提升，可再生能源带来了新的技术挑战。电力企业在开发相关软件时，常面临跨团队需求不一、系统整合困难等问题。”

这实际上反映了当前电力系统中存在的信息孤岛现象，导致运行状态难以掌握、变化影响难以预测、跨部门资源难以协同，最终只能以被动应对故障为主。

数字孪生与基于模型的设计：构建电网的虚拟仿真平台

数字孪生本质上是构建一个与实际电网相对应的虚拟系统，整合从光伏板、充电桩到风电机组等各类设备的运行参数和状态，形成一个完整的数字化镜像。

基于模型的设计方法则进一步将这些分散的设备模型整合为统一系统，使工程师能够在虚拟环境中进行设备操作、系统调整和故障模拟，从而评估各类操作对电网的影响。

贾森解释道：“通过模型完成多数验证工作，工程师可以更快判断方案的可行性。例如新增风电场时，可在虚拟环境中完成从机组参数到并网稳定性的全面测试，降低现场试验的风险。”

此外，该方法也有助于改善跨部门协作效率。各团队在统一平台上开展工作，有助于需求统一和数据互通。

海外实践：PLF 技术如何应对电网不确定性？

数字孪生技术已在海外电力系统中得到应用。

例如，新英格兰地区的能源企业 Eversource Energy 就曾面临电动汽车、热泵和光伏设备大量接入带来的电网规划难题。

MathWorks 为其提供的概率潮流（PLF）技术，能够基于电网运行的不确定性，模拟上百万种可能的运行场景，并按发生概率和风险等级进行排序分析，从而辅助电网规划决策。

Eversource 通过引入 PLF 技术提升了配电系统分析能力，增强了应对新能源接入不确定性的能力。

需要指出的是，PLF 技术的有效性建立在数字孪生模型准确性的基础之上。只有设备模型足够精确，才能支撑大规模场景仿真。

国内物联网企业的潜在机会

海外经验对我国电网升级具有参考价值。国内电网的特点包括分布式能源密度高、充电设施布局分散、部分区域网架老化，数字孪生与基于模型的设计方法可在以下方面发挥作用：

1. 对电网企业：可模拟新能源接入后的电网运行状态，优化调度，减少弃光弃风现象；

1. 对设备企业：可在开发充电桩、逆变器等产品时，通过虚拟仿真测试其兼容性与稳定性；

1. 对工程服务商：可在电网改造项目中更准确地评估工程效果与成本。

结语：电网数字化是长期进程，需稳步推进

从光伏并网到充电桩管理，电网复杂性的提升反映出能源系统数字化转型的迫切性。

数字孪生作为一种技术工具，能够助力电网实现从被动响应到主动预判的转变，提升跨部门协作效率，也为物联网技术在能源领域的集成应用提供了新路径。

在“双碳”目标引领下，电网数字化是未来重要发展方向。国内相关企业可借此机遇，逐步探索符合国情的解决方案。

数字孪生与人工智能、机器学习等技术的结合，将进一步提升电网对可再生能源的接纳能力和运行稳定性。

关于数字孪生在电网中的其他应用方向及国内企业实施中应注意的问题，欢迎读者留言交流。