数字孪生智慧陆上风电场远程控制系统建设方案_专栏

前言

作为社会发展最重要的物质基础和经济驱动力，能源问题一直受到社会各界广泛的关注。在现有的电力能源组成结构中，风力发电是继火力发电和水力发电后，我国第三大的发电能源。随着工业互联网、工业4.0等新一轮工业革命的兴起，同时为了适应科学技术的不断发展及地理环境演变的新趋势和新要求，智慧能源、智慧电力、智慧电网、智慧风电等新兴词汇和理念也逐步走入人们的生活当中。

建设背景

市场背景

中国风电存量市场近几年的累计增幅较大，每年新增装机规模不断提升。据统计，中国风电市场累计装机容量从2016年的168.7GW增长到2022年的395.6GW，年复合增长率为15.3%;其中，陆上风电市场累计装机规模从2016年的167.1GW增长到2022年365.1GW，年复合增长率为13.9%;海上风电市场累计装机规模从2016年的1.6GW增长到2022年的30.5GW，年复合增长率为63.4%。

政策背景

2022.09.《能源碳达峰碳中和标准化提升行动计划》，加快完善风电、光伏等可再生能源标准。加快制定海上风电开发及多种能源综合利用技术标准。
2022.12.《扩大内需战略规划纲要(2022 - 2035年)》，大幅提高清洁能源利用水平，建设多能互补的清洁能源基地，以沙漠、戈壁、荒漠地区为重点加快建设大型风电、光伏基地。
2023.03.《关于统筹节能降碳和回收利用加快重点领域产品设备更新改造的指导意见》，加快填补风电、光伏等领域发电效率标准和老旧设备淘汰标准空白，为新型产品设备更新改造提供技术依据。

建设目标

本设计遵循结构化、标准化、模块化、集成化，达到风电场运维平台各子系统之间的数据共享、互通互动。建成一套统一管理、分级控制的智慧风电场综合管理平台，形成功能完善、反应快速的数字化运维体系, 实现风电场安全及管理工作的现代化、智能化。

系统概述

“智慧风场”以数字化、信息化、标准化为基础，以管控一体化、大数据、云平台、物联网为平台，以数字孪生技术为辅助，以计算资源的弹性配置为保障，以异构计算(包括计算能力、计算方法和计算层次)为核心任务，高效融合计算、存储和网络，通过“人机网物”跨界融合，形成边缘+云端结合的全层次开放架构，实现不同层级的智慧，追求不断提升风电智能化水平(包括智能感知、智能运维、智能控制、智能决策)目标，完成更加友好和安全、高效、可靠的能源供应。

需求分析

三维模型场景

针对风场所覆盖范围，对其进行三维模型建设，还原风场三维空间环境。基于风机物理场景，对风机进行精细化三维建模，构建风机管理的数字孪生系统，包含设备状态、设备结构、设备生产、设备故障等的实时监测。通过对风机全生命周期可视化管理，对接物理传感器的实时数据，还原风机各个部件的关键数据，构建风电场机组全面的生产感知力，实现环境、电量、性能可视化。

全局信息概览

展示运维中心及风电场总体生产运营信息，包括环境情况、实时指标、机组状态、环境参数、发电统计、风机数量等信息进行监控展示。

智能设备管理

通过2D图形化组态的方式，实现风场风机的图形化管理，通过设备组态图实时监测风机、升压站的运行状态，包括功率、状态等参数。通过监控设备的运行状态，系统可以及时发现并处理设备故障，确保风场的正常运行。

核心部件监测

在三维可视化系统中，管理人员可通过系统对设备内部结构进行实时监控，包括风机叶片、塔筒等核心部件的动态监测，并且通过系统对设备进行远程控制、定时控制、联动控制等多种控制操作，及时发现风电机损耗情况，及时检测修复，保障风电场的安全运维。

· 塔筒监测

基于传感器对机舱前后位移、塔底弯距动态监测分析，快速掌握核心部件的健康状态。

· 叶片监测

以叶片外表噪声、叶片外表缺陷等维度，建立数据监测、异常告警机制，智能锁定故障位置。

安全巡检管理

支持第三人称视角巡检，全方位无死角浏览三维场景，对场景内巡检线路上的监控设备进行轮询查看。同时可以实时查看设备运行状态以及实时数据，通过交互事件，弹出相应信息方便运维人员进行巡查。

环境信息管理

依托环境监测传感器等模块，全天候采集风场的温度、风向、风速等环境数据，方便实时把控风场大环境信息。

视频监控管理

根据风电场设备分布特点布置高清监控摄像头，在三维场景中设置视频监控点位，以摄像头图标展示其位置。实现对异常目标的自动抓拍、抓摄和留存，出现异常警告时，监控点位会有声光报警效果，支持管理者及时点击查看实时监控影像。

智慧运维管理

依托物联网传感器，实时监控风电场风机、升压站等设备的运行情况，为运营中心人员、现场维检人员提供准确的预警、告警信息。检修人员通过智能穿戴设备与监督人员进行实时交互。实现智慧维检、安全管控，提高运维智能化水平。

智能预警管理

建立预警触发机制，对风场设备、环境进行实时监控，在识别到后台状态数据时，将状态以差异化的形式呈现在设备模型上，当设备状态为异常时，系统将持续发出声光报警，并弹出异常警报。并联动视频监控将镜头聚焦，展示报警设备详情及位置，方便运维人员即时做出决策处理。

开发平台

数维图（SovitJs）应用自主研发的 Sovit2D、Sovit3D 产品，无缝融合 2D、3D 技术，搭建了一套3D 可视化智慧陆上风电场大数据管理平台。通过数维图可视化开发平台实现可交互式的 Web 二三维场景，基于多维感知、场景物联、物信融合的技术理念，不断丰富与完善陆上风电场全面感知，实现设备设施智能巡检、环境风险监测预警，助力集控中心生产调度，辅助决策和全局掌控。