數(shù)字孿生 3D 風(fēng)電場，智慧風(fēng)電之陸上風(fēng)電

“十四五”期間，在傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化升級(jí)和綠色改造領(lǐng)域、綠色低碳城鎮(zhèn)化和現(xiàn)代城市建設(shè)領(lǐng)域、綠色低碳消費(fèi)領(lǐng)域，和可再生能源或電力系統(tǒng)建設(shè)等領(lǐng)域，總投資可以達(dá)到近 45 萬億，平均每年大約是 8.9 萬億，占到 2021 年全社會(huì)總投資的 16% 左右，這將是一個(gè)可觀的投資增長動(dòng)能。

“雙碳”目標(biāo)提出后，為了提升能源利用效率、降低碳排放，很多行業(yè)都開展了電能替代。2022 年一季度，我國可再生能源新增裝機(jī) 2541 萬千瓦，占全國新增發(fā)電裝機(jī)的 80%。其中，水電新增 343 萬千瓦、風(fēng)電新增 790 萬千瓦、光伏發(fā)電新增 1321 萬千瓦、生物質(zhì)發(fā)電新增 87 萬千瓦。截至 2022 年 3 月底，我國可再生能源發(fā)電裝機(jī)達(dá) 10.88 億千瓦。

隨著新能源裝機(jī)占比不斷提高，適配新能源風(fēng)力發(fā)電三維可視化的需求也逐漸增加。為了使風(fēng)力發(fā)電得到集中化管控，提升用戶企業(yè)數(shù)字化、智能化水平，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化管理，打造一套適配新能源的三維可視化集中管理模塊就成了新的主流趨勢(shì)。

運(yùn)用 Hightopo 自主研發(fā)的前端可視化引擎 HT for Web 實(shí)現(xiàn)可交互式的 Web 風(fēng)力發(fā)電數(shù)字孿生三維場景?？筛鶕?jù)時(shí)間和天氣接口實(shí)現(xiàn)白天、黑夜、晴、陰、雨的切換，呈現(xiàn)出與現(xiàn)實(shí)世界一致的時(shí)空狀態(tài)。

圖撲軟件的數(shù)字孿生 3D 可視化系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、升壓站、配電室的漫游巡檢和遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。場景內(nèi)設(shè)置了漫游動(dòng)畫、暫停動(dòng)畫、停止動(dòng)畫、初始視角四個(gè)按鈕，針對(duì)不同的場景可進(jìn)行第一人稱視角漫游或者無人機(jī)視角漫游。

鳥瞰漫游
第一人稱視角漫游可帶來“我在世界中心，萬物以我為原點(diǎn) ”的奇特感受，模擬在風(fēng)電場內(nèi)的巡視過程，帶來沉浸式體驗(yàn)。對(duì)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。同時(shí)通過無人機(jī)視角漫游從升壓站到空中漫游查看，直觀展示出風(fēng)電場的宏大，帶來與眾不同的震撼觀感。

生產(chǎn)監(jiān)測(cè)
風(fēng)力發(fā)電機(jī)因風(fēng)量不穩(wěn)定，且對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行的支撐能力不如其他發(fā)電領(lǐng)域，所以對(duì)風(fēng)電基地設(shè)施的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)更需要具備時(shí)效性。將風(fēng)電場的關(guān)鍵生產(chǎn)數(shù)據(jù)集中于界面的左右兩側(cè)，為管理人員提供直觀的數(shù)據(jù)展示，及時(shí)掌控。

圖撲軟件三維可視化技術(shù)采用 B/S 架構(gòu)，頁面自適應(yīng)多種分辨率，用戶可通過 PC 、 PAD 或是智能手機(jī)，只要打開瀏覽器可隨時(shí)隨地訪問三維可視化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)查和管控。

利用圖撲軟件的可視化場景將智能設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)接入兩側(cè)的 2D 面板，將項(xiàng)目概況、實(shí)時(shí)指標(biāo)、機(jī)組狀態(tài)、環(huán)境參數(shù)、發(fā)電統(tǒng)計(jì)、節(jié)能減排等復(fù)雜、抽象的數(shù)據(jù)以豐富的圖表、圖形和設(shè)計(jì)元素展現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)集中管控。通過對(duì)歷史數(shù)據(jù)的融合分析，管理者可實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化配置，構(gòu)建智慧風(fēng)電管理系統(tǒng)。

項(xiàng)目概況
本項(xiàng)目采用 H140-2.5MW 雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)組，數(shù)量 40 臺(tái)，總裝機(jī)容量 100MW，從 2D 數(shù)據(jù)面板中還可直觀查看累計(jì)投運(yùn)時(shí)間信息。

實(shí)時(shí)指標(biāo)
通過圖撲軟件 HT 2D 面板可以實(shí)時(shí)觀測(cè)整個(gè)風(fēng)電場總的風(fēng)電負(fù)荷，從“風(fēng)機(jī)預(yù)警處理率”以及“未處理風(fēng)機(jī)數(shù)”可及時(shí)進(jìn)行事件決策與處理。

環(huán)境參數(shù)
風(fēng)速及風(fēng)向的變化對(duì)大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電量有較大的影響，可將環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)接入圖撲軟件的可視化場景，完成對(duì)能見度、降水量、風(fēng)速、溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，在惡劣天氣來臨前做好應(yīng)對(duì)措施。

發(fā)電統(tǒng)計(jì)
發(fā)電量是生產(chǎn)監(jiān)測(cè)模塊管理人員最關(guān)注的數(shù)據(jù)，面板中展示了當(dāng)日發(fā)電量、當(dāng)月發(fā)電量以及累計(jì)發(fā)電量；用柱狀圖的形式展現(xiàn)了所有風(fēng)力發(fā)電機(jī)日發(fā)電量排行情況。

節(jié)能減排
通過圖撲軟件的可視化系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)風(fēng)電基地氮氧化合物的排放數(shù)據(jù)并作統(tǒng)計(jì)，可遵循規(guī)律達(dá)到節(jié)能減排的最優(yōu)解。

科普小貼士：
聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)關(guān)于《全生命周期發(fā)電選擇》的報(bào)告指出，在一座電站的全生命周期內(nèi)，沒有使用碳捕捉技術(shù)的風(fēng)能發(fā)電，每千瓦時(shí)碳排放為 10 克二氧化碳。

機(jī)組狀態(tài)數(shù)量
運(yùn)用圖撲軟件的多樣化圖表形式，顯示正常發(fā)電、帶病發(fā)電、待機(jī)、自身限功率、計(jì)劃停機(jī)、通訊中斷的風(fēng)力發(fā)電機(jī)數(shù)量，方便實(shí)時(shí)獲取全場風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。

升壓站監(jiān)測(cè)
通過現(xiàn)場取景照片、衛(wèi)星圖、CAD 圖等資料，Hightopo 可快速將現(xiàn)實(shí)的風(fēng)電基地在線上進(jìn)行還原，通過數(shù)據(jù)接入實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生。以流光效果模擬出不同風(fēng)機(jī)集電線路電流向升壓站匯聚的過程，更直觀地展示風(fēng)力發(fā)電流程，帶來更好的沉浸體驗(yàn)、觀看體驗(yàn)、交互體驗(yàn)。

風(fēng)電場升壓站是指將風(fēng)電機(jī)組的輸出電壓升高到更高等級(jí)電壓并送出的設(shè)施。由于風(fēng)機(jī)大多為異步發(fā)電機(jī)，風(fēng)電場在發(fā)出有功功率的同時(shí)會(huì)吸收無功功率，且風(fēng)電機(jī)組大多不能進(jìn)行持續(xù)有效的有功、無功調(diào)節(jié)，如不采取相應(yīng)的控制措施，可能對(duì)電網(wǎng)的無功、電壓穩(wěn)定性造成影響，或者增加電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)損耗。

為解決大規(guī)模風(fēng)電場并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)帶來的送出系統(tǒng)電壓穩(wěn)定問題，風(fēng)電場匯集升壓站內(nèi)無功補(bǔ)償方式一般采用靜止無功發(fā)生器（SVG）和并聯(lián)電容器組聯(lián)合運(yùn)行的方式。

點(diǎn)擊升壓站三維模型可跳轉(zhuǎn)至升壓站視角，展示站內(nèi)主要觀測(cè)數(shù)據(jù)，如環(huán)境信息、負(fù)荷統(tǒng)計(jì)、風(fēng)功率預(yù)測(cè)、消防檢查信息、巡檢車信息等。

環(huán)境信息
圖撲軟件數(shù)字孿生三維可視化系統(tǒng)中的升壓站環(huán)境信息監(jiān)測(cè)主要整合了整個(gè)風(fēng)電基地的天氣、平均溫度、主要風(fēng)向、平均風(fēng)速數(shù)據(jù)，方便實(shí)施把控風(fēng)場大環(huán)境信息。

風(fēng)功率預(yù)測(cè)
用 Hightopo 雙曲線圖的形式展現(xiàn)風(fēng)電基地整體實(shí)時(shí)功率與預(yù)測(cè)功率，方便管理人員隨時(shí)進(jìn)行決策分析，有效進(jìn)行節(jié)能減排。

消防檢查信息
升壓站長期處于高壓狀態(tài)，消防信息便是需要關(guān)注的重點(diǎn)，界面面板中展示了消防設(shè)施運(yùn)行情況、消防檢查歷史記錄以及最近預(yù)警時(shí)間。

巡檢車信息
消防與巡檢相輔相成，園區(qū)無人值守機(jī)器人巡檢功能是電力行業(yè)的剛需，升壓站內(nèi)設(shè)置 AGV 巡檢車輛，通過?HT for Web 渲染出的可視化界面可以實(shí)時(shí)查看車輛位置、行駛速度、電量、電池狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài)等信息。

故障列表
巡檢車輛在檢測(cè)到設(shè)備故障時(shí)，將信息上報(bào)登記至后臺(tái)，將主要故障信息展示于圖撲軟件監(jiān)管平臺(tái)的前端故障列表中，并按照故障時(shí)間置頂排序，方便維修人員及時(shí)查看與處理。

配電室
點(diǎn)擊 Hightopo 智慧風(fēng)電監(jiān)管平臺(tái)的 3D 升壓站內(nèi)配電室建筑模型，可跳轉(zhuǎn)至配電室內(nèi)部，主場景采用寫實(shí)風(fēng)格還原配電室的內(nèi)部布局，點(diǎn)擊相應(yīng)配電柜可顯示不同主變高壓側(cè)測(cè)控的數(shù)據(jù)。

科普小貼士：
配電室是指帶有低壓負(fù)荷的室內(nèi)配電場所，主要為低壓用戶配送電能，設(shè)有中壓進(jìn)線（可有少量出線）、配電變壓器和低壓配電裝置。10kV 及以下電壓等級(jí)設(shè)備的設(shè)施，分為高壓配電室和低壓配電室。

施工管理監(jiān)測(cè)
通過圖撲軟件可視化系統(tǒng)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組施工進(jìn)度、施工質(zhì)量、施工安全、施工計(jì)劃、施工詳情的遠(yuǎn)程監(jiān)控，可免去管理人員頻繁到現(xiàn)場巡查的煩惱。

科普小貼士：
陸上風(fēng)力發(fā)電機(jī)的主要部件一般由風(fēng)輪、主軸、變槳系統(tǒng)、偏航裝置、齒輪箱、發(fā)電機(jī)、變頻器、塔筒、塔基等組成。對(duì)單個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行我們也有完整的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，會(huì)在后續(xù)文章詳細(xì)介紹。

利用圖撲軟件 HT 豐富的圖表形式將施工詳情統(tǒng)計(jì)?？傮w進(jìn)度、分步進(jìn)度直觀展現(xiàn)，讓運(yùn)維人員及時(shí)了解項(xiàng)目施工進(jìn)度；施工質(zhì)量主要將關(guān)鍵的問題數(shù)、已整改數(shù)、未整改數(shù)、整改狀態(tài)、負(fù)責(zé)人信息進(jìn)行展示；施工計(jì)劃主要包括不同節(jié)點(diǎn)施工時(shí)間、施工對(duì)象、施工人數(shù)的清單數(shù)據(jù)；施工詳情中統(tǒng)計(jì)了施工人員總數(shù)、施工吊機(jī)統(tǒng)計(jì)以及塔基施工、塔筒吊裝等統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化管理。

實(shí)現(xiàn)價(jià)值
新能源長期穩(wěn)定提供電力保障的能力較差，且受氣象數(shù)據(jù)滾動(dòng)更新影響，新能源功率預(yù)測(cè)仍然與實(shí)際結(jié)果存在偏差。新能源大規(guī)模接入使既有常規(guī)電源和抽蓄調(diào)節(jié)能力消耗殆盡，“源隨荷動(dòng)”的平衡模式難以為繼，系統(tǒng)平衡調(diào)節(jié)能力亟待提升，需加快構(gòu)建“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”互動(dòng)的新型電力系統(tǒng)。

“源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化及多能互補(bǔ)平臺(tái)”以數(shù)據(jù)中臺(tái)為體系，采用微服務(wù)架構(gòu)，利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、智能 AI 等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電源側(cè)、負(fù)荷側(cè)、儲(chǔ)能側(cè)的各類可控資源的數(shù)據(jù)接入、數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源透明感知、特性建模、性能評(píng)估和建模應(yīng)用，為電力系統(tǒng)提供資源信息管理、評(píng)估類服務(wù)、生產(chǎn)類服務(wù)、資源可調(diào)控能力及交易能力評(píng)估和可調(diào)負(fù)荷應(yīng)用服務(wù)夯實(shí)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，并提供準(zhǔn)確的評(píng)估手段。