我國風(fēng)力發(fā)電主要分布于我國的西北部地區(qū)，距離遠(yuǎn)、跨度大成為風(fēng)電生產(chǎn)管理的一大痛點(diǎn)。結(jié)合“雙碳”工作，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重大目標(biāo)，建立智慧風(fēng)電場數(shù)字孿生全景運(yùn)行監(jiān)測系統(tǒng)具有重要的價值。通過可視的、交互的展示方式指向風(fēng)電場的目標(biāo)和階段性問題。支持鉆取式查詢，實(shí)現(xiàn)對指標(biāo)的逐層細(xì)化、深化分析，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)可視化、安全數(shù)據(jù)可視化、經(jīng)營指標(biāo)可視化。

智慧風(fēng)電場數(shù)字孿生全景運(yùn)行監(jiān)測系統(tǒng)是風(fēng)場各設(shè)備的物理數(shù)據(jù)模型“雙胞胎”，通過實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)狀態(tài)，動態(tài)更新數(shù)字模型，能夠提升數(shù)字孿生體的診斷、評估與預(yù)測能力；同時在線優(yōu)化實(shí)際系統(tǒng)的操作、運(yùn)行與維護(hù)，減少結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)冗余、避免頻繁的周期性檢修與維護(hù)，并保證系統(tǒng)的安全性；還可用于風(fēng)電場的設(shè)計(jì)驗(yàn)證、培訓(xùn)演練、智慧檢修和決策診斷。

智慧風(fēng)電場數(shù)字孿生全景運(yùn)行監(jiān)測系統(tǒng)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(jì)算、大數(shù)據(jù)分析、人工智能等技術(shù)，針對風(fēng)機(jī)的各項(xiàng)性能、振動及電量等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時在線/離線監(jiān)測，在風(fēng)機(jī)的運(yùn)行過程中，自動判別風(fēng)機(jī)性能劣化趨勢，及時制定檢修策略，系統(tǒng)具有監(jiān)測參數(shù)設(shè)置、趨勢曲線顯示、遠(yuǎn)程報(bào)警、設(shè)備故障診斷和手自動控制、報(bào)警閥值設(shè)定、用戶及權(quán)限管理、操作記錄、數(shù)據(jù)匯總分析及檢修策略制定等豐富功能。使運(yùn)行、維護(hù)、管理人員對風(fēng)機(jī)及風(fēng)電場的運(yùn)行維護(hù)達(dá)到安全高效智能的目的。

1.數(shù)字孿生系統(tǒng)架構(gòu)

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)的各類新型基礎(chǔ)設(shè)施。

數(shù)據(jù)層：數(shù)據(jù)層主要包括保證運(yùn)算準(zhǔn)確性的高精度的數(shù)據(jù)采集、保證交互實(shí)時性的高速率數(shù)據(jù)傳輸、保證存取可靠性的全生命周期數(shù)據(jù)管理。

運(yùn)算層：運(yùn)算層是數(shù)字孿生體的核心，其充分借助各項(xiàng)先進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)對下層數(shù)據(jù)的利用，以及對上層功能的支撐。

功能層：功能層是數(shù)字變生體的直接價值體現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)認(rèn)知、系統(tǒng)分析、故障診斷、預(yù)測推演功能，從而起到輔助決策作用。系統(tǒng)認(rèn)知，數(shù)字孿生體能夠真實(shí)描述及呈現(xiàn)物理實(shí)體的狀態(tài)，它是實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生體其它高級和智能化功能的基礎(chǔ)。系統(tǒng)分析可實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生體的狀態(tài)監(jiān)測功能，發(fā)揮對物理實(shí)體的早期預(yù)警作用。故障診斷，通過分析物理實(shí)體的運(yùn)行狀態(tài)，了解現(xiàn)象背后的原因。預(yù)測推演，是利用仿真技術(shù)來預(yù)見物理實(shí)體未來的狀態(tài)演變，從而指導(dǎo)當(dāng)前的運(yùn)行決策。

應(yīng)用層：應(yīng)用層是面向各類場景的數(shù)字孿生體的最終價值體現(xiàn)，具體表現(xiàn)為不同行業(yè)的各種產(chǎn)品，能夠明顯推動各行各業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

2.數(shù)字孿生系統(tǒng)的典型特征

等價映射：數(shù)字孿生體是對物理實(shí)體的等價描述，是對物理實(shí)體進(jìn)行數(shù)字化而松建的模型數(shù)字孿生體的變化能夠真實(shí)反映現(xiàn)實(shí)世界中的物理實(shí)體的變化。數(shù)字孿生體能夠?qū)崿F(xiàn)雙向映射、數(shù)據(jù)連接和狀態(tài)交互，起到“數(shù)化”、“保真”效果。

實(shí)時交互：基于實(shí)時傳感等多元數(shù)據(jù)的獲取，孿生體可全面、精準(zhǔn)、動態(tài)反映物理對象的狀態(tài)變化，包括外觀、性能、位置、異常等?！皩?shí)時”體現(xiàn)數(shù)字孿生體所處狀態(tài)是物理實(shí)體狀態(tài)的實(shí)時虛擬映射;“交互”體現(xiàn)數(shù)字孿生體與物理實(shí)體間存在數(shù)據(jù)及指令互動。

共生演進(jìn)：“共生”體現(xiàn)在數(shù)字孿生體與物理實(shí)體同步構(gòu)建，在全生面周期中相互依存，孿生體隨著孿生對象的生長而不斷演變。共智體現(xiàn)在三個層面:孿生體與孿生對象間共享智慧(包括:數(shù)據(jù)、算法)、孿生體內(nèi)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(yù)測優(yōu)化：根據(jù)物理實(shí)體的各項(xiàng)真實(shí)數(shù)據(jù)，通過數(shù)字孿生體進(jìn)行仿真，實(shí)現(xiàn)對物理實(shí)體未來狀態(tài)的預(yù)測，預(yù)先知曉未來狀態(tài)能夠輔助用戶做出更合理的決策。根據(jù)物理實(shí)體的實(shí)時運(yùn)行狀態(tài)，通過數(shù)字孿生體進(jìn)行監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)不穩(wěn)定狀態(tài)的預(yù)測，預(yù)先覺察即將可能發(fā)生的不穩(wěn)定狀態(tài)，使用戶更從容地處理該問題。

建立數(shù)字孿生體的最終目的，是通過描述物理實(shí)體集合內(nèi)在機(jī)理，分析規(guī)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(xiàn)對物理實(shí)體決策優(yōu)化功能的閉壞。根據(jù)數(shù)字孿生的典型特征，可以得出數(shù)字孿生的體系架構(gòu)。

3.智慧風(fēng)電場數(shù)字孿生全景運(yùn)行監(jiān)測系統(tǒng)功能

全景漫游： 第一人稱視角漫游，模擬在風(fēng)電場內(nèi)的巡視過程，帶來沉浸式體驗(yàn)。對于可能存在危險(xiǎn)的場地，可通過圖撲軟件提供的漫游功能進(jìn)行風(fēng)電場戶外、室內(nèi)巡檢漫游，通過巡檢模擬人或者巡檢車巡檢的過程，經(jīng)過設(shè)備時可以停留查看設(shè)備信息。

生產(chǎn)監(jiān)測：將環(huán)境參數(shù)、實(shí)時發(fā)電指標(biāo)、節(jié)能減排信息等數(shù)據(jù)接入平臺，便于運(yùn)維人員對整個基地運(yùn)行的有效掌控。

發(fā)電統(tǒng)計(jì)：平臺可視化系統(tǒng)內(nèi)統(tǒng)計(jì)風(fēng)機(jī)日發(fā)電量、月發(fā)電量、以及累計(jì)發(fā)電量總和，并通過柱狀圖展示不同位置的風(fēng)機(jī)發(fā)電量與發(fā)電差異。通過數(shù)據(jù)統(tǒng)一分析，保障風(fēng)電機(jī)組發(fā)電的滿發(fā)率和穩(wěn)定性。

環(huán)境參數(shù)：將環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)接入平臺可視化系統(tǒng)，實(shí)時監(jiān)控、風(fēng)速，能見度、降水量、溫度、濕度等數(shù)據(jù)，并同步運(yùn)維人員，讓他們在極端天氣來臨前做好防范，保護(hù)設(shè)備和自身安全。

機(jī)組狀態(tài)：平臺將風(fēng)電場進(jìn)行數(shù)字化建模，多維度實(shí)時監(jiān)測風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，如并網(wǎng)、停機(jī)、待機(jī)、維護(hù)、離線、故障風(fēng)機(jī)數(shù)量。加強(qiáng)機(jī)組運(yùn)行管理，優(yōu)化機(jī)組檢修安排，加快故障機(jī)組消缺。確保發(fā)電機(jī)組頂?shù)蒙稀l(fā)得出、穩(wěn)得住，杜絕各類事故事件發(fā)。

安全管理：安全管理圍繞風(fēng)機(jī)、海纜、電子圍欄三個方面。以可視化平臺為依托，將各項(xiàng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)融合分析，變被動為主動，減少非法入侵的發(fā)生。

風(fēng)機(jī)預(yù)警：設(shè)備預(yù)警能防范設(shè)備高溫暴曬運(yùn)行帶來的爆炸、傾覆、滯留風(fēng)險(xiǎn)。相較于人工預(yù)警，通過可視化平臺預(yù)警，精簡流程，監(jiān)測數(shù)據(jù)一旦觸發(fā)設(shè)定的預(yù)警指標(biāo)，集控中心運(yùn)維可實(shí)時收到預(yù)警提示，為轉(zhuǎn)移危險(xiǎn)區(qū)域人員爭取寶貴時間。同時，加強(qiáng)在役機(jī)組運(yùn)行管理，減少非計(jì)劃停機(jī)、受阻情況。

數(shù)據(jù)分析決策：支持對接電力行業(yè)既有海量業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，如環(huán)境參數(shù)、本體參數(shù)等綜合運(yùn)行數(shù)據(jù)，提供統(tǒng)計(jì)圖表、分布圖、關(guān)系圖、空間統(tǒng)計(jì)圖、空間分布圖、空間關(guān)系圖等多種數(shù)據(jù)可視分析圖表，進(jìn)行多維度分析預(yù)判，并支持組合為數(shù)據(jù)分析駕駛艙進(jìn)行綜合顯示，實(shí)現(xiàn)多指標(biāo)數(shù)據(jù)的并行監(jiān)測分析，為管理者決策研判提供全面的數(shù)據(jù)支持。