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新能源場站全景監(jiān)控系統(tǒng)
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智慧風電場數(shù)字孿生全景運行監(jiān)測系統(tǒng)
發(fā)布時間:2023-03-25瀏覽次數(shù):2140

我國風力發(fā)電主要分布于我國的西北部地區(qū),距離遠、跨度大成為風電生產(chǎn)管理的一大痛點。結合“雙碳”工作,實現(xiàn)數(shù)字化轉型的重大目標,建立智慧風電場數(shù)字孿生全景運行監(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電場的目標和階段性問題。支持鉆取式查詢,實現(xiàn)對指標的逐層細化、深化分析,實現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)可視化、安全數(shù)據(jù)可視化、經(jīng)營指標可視化。

智慧風電場數(shù)字孿生全景運行監(jiān)測系統(tǒng)是風場各設備的物理數(shù)據(jù)模型“雙胞胎”,通過實時監(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、評估與預測能力;同時在線優(yōu)化實際系統(tǒng)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(tǒng)的安全性;還可用于風電場的設計驗證、培訓演練、智慧檢修和決策診斷。

智慧風電場數(shù)字孿生全景運行監(jiān)測系統(tǒng)利用最新的傳感器檢測、信號處理、GPS定位技術、物聯(lián)網(wǎng)、三維仿真、云計算、大數(shù)據(jù)分析、人工智能等技術,針對風機的各項性能、振動及電量等參數(shù)進行實時在線/離線監(jiān)測,在風機的運行過程中,自動判別風機性能劣化趨勢,及時制定檢修策略,系統(tǒng)具有監(jiān)測參數(shù)設置、趨勢曲線顯示、遠程報警、設備故障診斷和手自動控制、報警閥值設定、用戶及權限管理、操作記錄、數(shù)據(jù)匯總分析及檢修策略制定等豐富功能。使運行、維護、管理人員對風機及風電場的運行維護達到安全高效智能的目的。

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1.數(shù)字孿生系統(tǒng)架構

感知層:感知層主要包括物理實體中搭載先進物聯(lián)網(wǎng)技術的各類新型基礎設施。

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

運算層:運算層是數(shù)字孿生體的核心,其充分借助各項先進關鍵技術實現(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),實現(xiàn)系統(tǒng)認知、系統(tǒng)分析、故障診斷、預測推演功能,從而起到輔助決策作用。系統(tǒng)認知,數(shù)字孿生體能夠真實描述及呈現(xiàn)物理實體的狀態(tài),它是實現(xiàn)數(shù)字孿生體其它高級和智能化功能的基礎。系統(tǒng)分析可實現(xiàn)數(shù)字孿生體的狀態(tài)監(jiān)測功能,發(fā)揮對物理實體的早期預警作用。故障診斷,通過分析物理實體的運行狀態(tài),了解現(xiàn)象背后的原因。預測推演,是利用仿真技術來預見物理實體未來的狀態(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體的等價描述,是對物理實體進行數(shù)字化而松建的模型數(shù)字孿生體的變化能夠真實反映現(xiàn)實世界中的物理實體的變化。數(shù)字孿生體能夠實現(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。

實時交互:基于實時傳感等多元數(shù)據(jù)的獲取,孿生體可全面、精準、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?!皩崟r”體現(xiàn)數(shù)字孿生體所處狀態(tài)是物理實體狀態(tài)的實時虛擬映射;“交互”體現(xiàn)數(shù)字孿生體與物理實體間存在數(shù)據(jù)及指令互動。

共生演進:“共生”體現(xiàn)在數(shù)字孿生體與物理實體同步構建,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。

預測優(yōu)化:根據(jù)物理實體的各項真實數(shù)據(jù),通過數(shù)字孿生體進行仿真,實現(xiàn)對物理實體未來狀態(tài)的預測,預先知曉未來狀態(tài)能夠輔助用戶做出更合理的決策。根據(jù)物理實體的實時運行狀態(tài),通過數(shù)字孿生體進行監(jiān)測,實現(xiàn)對系統(tǒng)不穩(wěn)定狀態(tài)的預測,預先覺察即將可能發(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,是通過描述物理實體集合內(nèi)在機理,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,實現(xiàn)對物理實體決策優(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。

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

全景漫游: 第一人稱視角漫游,模擬在風電場內(nèi)的巡視過程,帶來沉浸式體驗。對于可能存在危險的場地,可通過圖撲軟件提供的漫游功能進行風電場戶外、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)過設備時可以停留查看設備信息。

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

發(fā)電統(tǒng)計:平臺可視化系統(tǒng)內(nèi)統(tǒng)計風機日發(fā)電量、月發(fā)電量、以及累計發(fā)電量總和,并通過柱狀圖展示不同位置的風機發(fā)電量與發(fā)電差異。通過數(shù)據(jù)統(tǒng)一分析,保障風電機組發(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),實時監(jiān)控、風速,能見度、降水量、溫度、濕度等數(shù)據(jù),并同步運維人員,讓他們在極端天氣來臨前做好防范,保護設備和自身安全。

機組狀態(tài):平臺將風電場進行數(shù)字化建模,多維度實時監(jiān)測風機運行狀態(tài),如并網(wǎng)、停機、待機、維護、離線、故障風機數(shù)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?shù)蒙?、發(fā)得出、穩(wěn)得住,杜絕各類事故事件發(fā)。

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

風機預警:設備預警能防范設備高溫暴曬運行帶來的爆炸、傾覆、滯留風險。相較于人工預警,通過可視化平臺預警,精簡流程,監(jiān)測數(shù)據(jù)一旦觸發(fā)設定的預警指標,集控中心運維可實時收到預警提示,為轉移危險區(qū)域人員爭取寶貴時間。同時,加強在役機組運行管理,減少非計劃停機、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)務數(shù)據(jù),如環(huán)境參數(shù)、本體參數(shù)等綜合運行數(shù)據(jù),提供統(tǒng)計圖表、分布圖、關系圖、空間統(tǒng)計圖、空間分布圖、空間關系圖等多種數(shù)據(jù)可視分析圖表,進行多維度分析預判,并支持組合為數(shù)據(jù)分析駕駛艙進行綜合顯示,實現(xiàn)多指標數(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。

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