我國風(fēng)力發(fā)電主要分布于我國的西北部地區，距離遠、跨度大成為風(fēng)電生產(chǎn)管理的一大痛點(diǎn)。結合“雙碳”工作，實(shí)現數字化轉型的重大目標，建立智慧風(fēng)電場(chǎng)數字孿生全景運行監測系統具有重要的價(jià)值。通過(guò)可視的、交互的展示方式指向風(fēng)電場(chǎng)的目標和階段性問(wèn)題。支持鉆取式查詢(xún)，實(shí)現對指標的逐層細化、深化分析，實(shí)現生產(chǎn)數據可視化、安全數據可視化、經(jīng)營(yíng)指標可視化。
智慧風(fēng)電場(chǎng)數字孿生全景運行監測系統是風(fēng)場(chǎng)各設備的物理數據模型“雙胞胎”，通過(guò)實(shí)時(shí)監測系統狀態(tài)，動(dòng)態(tài)更新數字模型，能夠提升數字孿生體的診斷、評估與預測能力；同時(shí)在線(xiàn)優(yōu)化實(shí)際系統的操作、運行與維護，減少結構設計冗余、避免頻繁的周期性檢修與維護，并保證系統的安全性；還可用于風(fēng)電場(chǎng)的設計驗證、培訓演練、智慧檢修和決策診斷。
智慧風(fēng)電場(chǎng)數字孿生全景運行監測系統利用最新的傳感器檢測、信號處理、GPS定位技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、三維仿真、云計算、大數據分析、人工智能等技術(shù)，針對風(fēng)機的各項性能、振動(dòng)及電量等參數進(jìn)行實(shí)時(shí)在線(xiàn)/離線(xiàn)監測，在風(fēng)機的運行過(guò)程中，自動(dòng)判別風(fēng)機性能劣化趨勢，及時(shí)制定檢修策略，系統具有監測參數設置、趨勢曲線(xiàn)顯示、遠程報警、設備故障診斷和手自動(dòng)控制、報警閥值設定、用戶(hù)及權限管理、操作記錄、數據匯總分析及檢修策略制定等豐富功能。使運行、維護、管理人員對風(fēng)機及風(fēng)電場(chǎng)的運行維護達到安全高效智能的目的。
1.數字孿生系統架構
感知層：感知層主要包括物理實(shí)體中搭載先進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的各類(lèi)新型基礎設施。
數據層：數據層主要包括保證運算準確性的高精度的數據采集、保證交互實(shí)時(shí)性的高速率數據傳輸、保證存取可靠性的全生命周期數據管理。
運算層：運算層是數字孿生體的核心，其充分借助各項先進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現對下層數據的利用，以及對上層功能的支撐。
功能層：功能層是數字變生體的直接價(jià)值體現，實(shí)現系統認知、系統分析、故障診斷、預測推演功能，從而起到輔助決策作用。系統認知，數字孿生體能夠真實(shí)描述及呈現物理實(shí)體的狀態(tài)，它是實(shí)現數字孿生體其它高級和智能化功能的基礎。系統分析可實(shí)現數字孿生體的狀態(tài)監測功能，發(fā)揮對物理實(shí)體的早期預警作用。故障診斷，通過(guò)分析物理實(shí)體的運行狀態(tài)，了解現象背后的原因。預測推演，是利用仿真技術(shù)來(lái)預見(jiàn)物理實(shí)體未來(lái)的狀態(tài)演變，從而指導當前的運行決策。
應用層：應用層是面向各類(lèi)場(chǎng)景的數字孿生體的最終價(jià)值體現，具體表現為不同行業(yè)的各種產(chǎn)品，能夠明顯推動(dòng)各行各業(yè)的數字化轉型。
2.數字孿生系統的典型特征
等價(jià)映射：數字孿生體是對物理實(shí)體的等價(jià)描述，是對物理實(shí)體進(jìn)行數字化而松建的模型數字孿生體的變化能夠真實(shí)反映現實(shí)世界中的物理實(shí)體的變化。數字孿生體能夠實(shí)現雙向映射、數據連接和狀態(tài)交互，起到“數化”、“保真”效果。
實(shí)時(shí)交互：基于實(shí)時(shí)傳感等多元數據的獲取，孿生體可全面、精準、動(dòng)態(tài)反映物理對象的狀態(tài)變化，包括外觀(guān)、性能、位置、異常等?！皩?shí)時(shí)”體現數字孿生體所處狀態(tài)是物理實(shí)體狀態(tài)的實(shí)時(shí)虛擬映射;“交互”體現數字孿生體與物理實(shí)體間存在數據及指令互動(dòng)。
共生演進(jìn)：“共生”體現在數字孿生體與物理實(shí)體同步構建，在全生面周期中相互依存，孿生體隨著(zhù)孿生對象的生長(cháng)而不斷演變。共智體現在三個(gè)層面:孿生體與孿生對象間共享智慧(包括:數據、算法)、孿生體內部各種孿生模型間共享智慧、不同生命周期階段的孿生體間共享智慧。
預測優(yōu)化：根據物理實(shí)體的各項真實(shí)數據，通過(guò)數字孿生體進(jìn)行仿真，實(shí)現對物理實(shí)體未來(lái)狀態(tài)的預測，預先知曉未來(lái)狀態(tài)能夠輔助用戶(hù)做出更合理的決策。根據物理實(shí)體的實(shí)時(shí)運行狀態(tài)，通過(guò)數字孿生體進(jìn)行監測，實(shí)現對系統不穩定狀態(tài)的預測，預先覺(jué)察即將可能發(fā)生的不穩定狀態(tài)，使用戶(hù)更從容地處理該問(wèn)題。
建立數字孿生體的最終目的，是通過(guò)描述物理實(shí)體集合內在機理，分析規律、洞察趨勢，基于分析與仿真對物理世界形成優(yōu)化指令或策略，實(shí)現對物理實(shí)體決策優(yōu)化功能的閉壞。根據數字孿生的典型特征，可以得出數字孿生的體系架構。
3.智慧風(fēng)電場(chǎng)數字孿生全景運行監測系統功能
全景漫游： 第一人稱(chēng)視角漫游，模擬在風(fēng)電場(chǎng)內的巡視過(guò)程，帶來(lái)沉浸式體驗。對于可能存在危險的場(chǎng)地，可通過(guò)圖撲軟件提供的漫游功能進(jìn)行風(fēng)電場(chǎng)戶(hù)外、室內巡檢漫游，通過(guò)巡檢模擬人或者巡檢車(chē)巡檢的過(guò)程，經(jīng)過(guò)設備時(shí)可以停留查看設備信息。
生產(chǎn)監測：將環(huán)境參數、實(shí)時(shí)發(fā)電指標、節能減排信息等數據接入平臺，便于運維人員對整個(gè)基地運行的有效掌控。
發(fā)電統計：平臺可視化系統內統計風(fēng)機日發(fā)電量、月發(fā)電量、以及累計發(fā)電量總和，并通過(guò)柱狀圖展示不同位置的風(fēng)機發(fā)電量與發(fā)電差異。通過(guò)數據統一分析，保障風(fēng)電機組發(fā)電的滿(mǎn)發(fā)率和穩定性。
環(huán)境參數：將環(huán)境監測數據接入平臺可視化系統，實(shí)時(shí)監控、風(fēng)速，能見(jiàn)度、降水量、溫度、濕度等數據，并同步運維人員，讓他們在極端天氣來(lái)臨前做好防范，保護設備和自身安全。
機組狀態(tài)：平臺將風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行數字化建模，多維度實(shí)時(shí)監測風(fēng)機運行狀態(tài)，如并網(wǎng)、停機、待機、維護、離線(xiàn)、故障風(fēng)機數量。加強機組運行管理，優(yōu)化機組檢修安排，加快故障機組消缺。確保發(fā)電機組頂得上、發(fā)得出、穩得住，杜絕各類(lèi)事故事件發(fā)。
安全管理：安全管理圍繞風(fēng)機、海纜、電子圍欄三個(gè)方面。以可視化平臺為依托，將各項監控數據融合分析，變被動(dòng)為主動(dòng)，減少非法入侵的發(fā)生。
風(fēng)機預警：設備預警能防范設備高溫暴曬運行帶來(lái)的爆炸、傾覆、滯留風(fēng)險。相較于人工預警，通過(guò)可視化平臺預警，精簡(jiǎn)流程，監測數據一旦觸發(fā)設定的預警指標，集控中心運維可實(shí)時(shí)收到預警提示，為轉移危險區域人員爭取寶貴時(shí)間。同時(shí)，加強在役機組運行管理，減少非計劃停機、受阻情況。
數據分析決策：支持對接電力行業(yè)既有海量業(yè)務(wù)數據，如環(huán)境參數、本體參數等綜合運行數據，提供統計圖表、分布圖、關(guān)系圖、空間統計圖、空間分布圖、空間關(guān)系圖等多種數據可視分析圖表，進(jìn)行多維度分析預判，并支持組合為數據分析駕駛艙進(jìn)行綜合顯示，實(shí)現多指標數據的并行監測分析，為管理者決策研判提供全面的數據支持。
