【行业观潮】从可视化到可计算：变电站数字孪生迈入规模化落地新阶段

电是现代生活的基础保障，而变电站如同电网的核心枢纽，承担着电力转换、输送与调控的关键作用。

在新型电力系统建设提速的背景下，变电站运维正迈向智能化转型，而数字孪生更在AI大模型的赋能下实现跨越。从过去仅用于三维可视化展示，升级为具备可计算、可推演、可辅助决策能力的智能载体，成为电力行业智能化升级的核心抓手。

（图源网络）

在过去，变电站运维多依赖人工巡检、定期检修，需要大量人员驻场，按固定时间排查设备，即便设备状态良好也需例行检修，既耗人力又效率有限。

2026年5月，由国家发展改革委、国家能源局、工业和信息化部、国家数据局印发的《关于促进人工智能与能源双向赋能的行动方案》的通知中提到：专业布局能源领域高价值场景，实现配电网智能诊断与运营管理、重要输电通道灾害预警与应急抢修智能联动、电力市场规则评估与仿真决策。

经过十余年的行业探索，数字孪生在变电站场景中已跨越“要不要建”的争论，正式进入“如何建好、用好”的深耕阶段；但规模化价值的充分释放，目前仍需突破多重屏障。

变电站数字孪生的发展，清晰走过了三个阶段：

1、早期积淀期（2010 年之前）

以“静态镜像”为特征的数字化存档

这一时期的核心是打造静态化的 “数字档案”。依托 BIM、三维建模技术，技术人员为现实物理实体构建数字模型，人为利用 3D 工具绘制其外观、标注尺寸等基础几何特征，为实体生成专属的数据资料。

尽管 CAD、CAE 等软件可完成碰撞检测等基础分析，但模型更新完全依靠人工操作，无法采集温度、振动等实时动态数据，也不具备智能交互功能，仅能用于设计存档与基础可视化展示。

2、融合联动期（2010—2023 年）

迈向“动态映射”的虚实连接

物联网、5G与边缘计算技术的成熟，为数字孪生打通了数据传输与处理的关键通道。物理实体上的传感器如同灵敏的感知终端，持续采集运行数据，经5G高速传输、边缘计算即时处理后同步至数字模型，让数字模型能够实时跟随物理实体的状态动态变化。

这一阶段的数字孪生实现了虚实同步、实时感知的突破，可落地应用于设备预测性维护、产线调试等场景，但依旧不具备自主决策的能力。

3、智能爆发期（2023 年至今）

以AI为内核的“认知中枢”

生成式AI、大语言模型与空间智能的融合应用，让这项技术实现了质的突破。生成式AI具备方案生成能力，大语言模型支撑深度因果推理，空间智能赋予模型精准的空间认知能力，三者协同让数字孪生从被动的物理世界映射，转变为可主动干预的智能主体。

著名摄影测量与遥感学家李德仁院士曾提出，数字孪生 “精准映射、虚实交互、软件定义、智能反馈” 的核心，正是AI赋予的主动优化能力，依托历史与实时数据，它能够预判运行趋势、生成优化策略，甚至直接执行调控指令，成为智能管控的核心中枢。

（图源网络）

从试点走向规模化，变电站数字孪生在实践中暴露出六大普遍挑战，每一个都影响着技术的实际应用效果：

1、数据质量有待提升

2024年某地区变电站发生单相接地故障，抢修人员抵达后翻找二次图纸时发现：图纸版本不一、线号模糊，关联的回路分散在不同册子中，需在脑海中拼命“拼接”，最终费时8小时才完成抢修。图纸、设备台账等资产存在缺失、错误等问题，是数字孪生落地的“源头性障碍”。

2、多源数据难以融合

传感器实时数据、人工巡检记录、设备档案等分散在不同业务系统中，缺乏统一的空间定位标准与数据语义规范，难以实现位置关联和时空分析。

3、数字模型运维缺乏及时更新机制

变电站技改升级后，数字模型缺乏及时更新机制，“模型竣工即滞后”成为行业常态，如何低成本高效率完成数字孪生系统的迭代升级，已成为行业普遍面临的核心挑战。

4、模型精度与效率难平衡

变电站设备密集、空间拓扑复杂，地下隐蔽工程众多，建模时要么追求精度导致效率低、成本高，要么追求效率导致模型粗糙，无法满足运维需求。如何在保证模型精度满足运维需求的前提下将建模成本控制在可接受范围内，是规模推广必须跨越的技术门槛。

5、业务闭环未完全打通

孪生模型与调度、设备管理等生产系统的数据通路和指令链路未完全贯通，模型的仿真推演结果难以直接作用于实际运维决策，形成“应用断层”。数字孪生项目的核心价值在于“实时映射、实时同步、实时决策”，然而当与生产系统之间的数据通道被切断时，这条价值链路便无法闭合。

6、数据安全存在挑战

变电站数字孪生汇集了海量核心运行数据，数据安全风险贯穿始终。基于 STRIDE 威胁模型的分析显示，电力系统数字孪生平台可能面临身份欺骗、数据篡改、信息泄露、拒绝服务等多种攻击场景的叠加威胁，如何确保数据不被恶意窃取、滥用，是构建电力空间智能的重要课题。

为解决建模难题，行业探索出多种几何重建技术，经过实践验证，混合路径成为当前变电站数字孪生规模化落地的主流选择：

综合对比当前主流建模方案不难发现，传统路径始终难以兼顾真实度、实用性与成本控制：游戏建模视觉效果好但造价高昂、后期维护几乎等同于重做；纯实景建模精度高但交互能力弱、开发门槛高，难以支撑业务闭环；轻量化方案易落地但真实度不足、技术路线非主流，后续升级存在瓶颈。

众趣科技可完整落地混合方案，通过 “实景采集+轻量化虚拟建模+无代码平台” 的创新组合，精准破解了这些行业痛点：既依托实景建模实现了物理空间的高精度复刻，保证数据底座的真实可靠；又通过轻量化技术控制成本、提升效率，搭配无代码平台大幅降低后期维护门槛，让业务人员也能自主更新；同时原生适配主流空间智能技术与 AI 大模型，为后续智能化分析、预测性维护等场景预留了充足的扩展空间。

变电站数字孪生已从技术验证期正式迈入工程规模化落地期。展望“十五五”，变电站数字孪生将成为电力新质生产力的关键基础设施。其持续发展不再依赖单一技术的突破，而是依靠技术、标准与机制三者的协同进化，最终实现数字孪生与变电站运维的深度融合。

从只能“看得见”变电站样貌，到能够“算得准”设备状态并辅助运维决策，变电站数字孪生的演进，正是电力行业智能化转型的一个缩影。

破解当前面临的落地难题、打通从感知到决策的应用闭环，让数字孪生真正高效运转起来，才能支撑电网更安全、更稳定地守护千家万户的用电生活。

参考资料：

1.国家发展改革委 国家能源局 工业和信息化部 国家数据局印发《关于促进人工智能与能源双向赋能的行动方案》的通知-国能发科技〔2026〕34号

2.《一种基于数字孪生的变电站监控与运维系统的制作方法》国知局

3.《AI+数字孪生正在激活产业智能》邵春堡-人民邮电报

4.《昆明供电局数字化转型实现电网调控质效双升》张昕霞 王志伟