數字孿生 3D 風電場,智慧風電之陸上風電

hightopo 發表於 2022-05-20

前言

“十四五”期間,在傳統產業數字化升級和綠色改造領域、綠色低碳城鎮化和現代城市建設領域、綠色低碳消費領域,和可再生能源或電力系統建設等領域,總投資可以達到近 45 萬億,平均每年大約是 8.9 萬億,佔到 2021 年全社會總投資的 16% 左右,這將是一個可觀的投資增長動能。

“雙碳”目標提出後,為了提升能源利用效率、降低碳排放,很多行業都開展了電能替代。2022 年一季度,我國可再生能源新增裝機 2541 萬千瓦,佔全國新增發電裝機的 80%。其中,水電新增 343 萬千瓦、風電新增 790 萬千瓦、光伏發電新增 1321 萬千瓦、生物質發電新增 87 萬千瓦。截至 2022 年 3 月底,我國可再生能源發電裝機達 10.88 億千瓦。

效果展示

隨著新能源裝機佔比不斷提高,適配新能源風力發電三維視覺化的需求也逐漸增加。為了使風力發電得到集中化管控,提升使用者企業數字化、智慧化水平,實現資料視覺化管理,打造一套適配新能源的三維視覺化集中管理模組就成了新的主流趨勢。

運用 Hightopo 自主研發的前端視覺化引擎 HT for Web 實現可互動式的 Web 風力發電數字孿生三維場景。可根據時間和天氣介面實現白天、黑夜、晴、陰、雨的切換,呈現出與現實世界一致的時空狀態。
數字孿生 3D 風電場,智慧風電之陸上風電

圖撲軟體的數字孿生 3D 視覺化系統能實現風力發電機組、升壓站、配電室的漫遊巡檢和遠端監測。場景內設定了漫遊動畫、暫停動畫、停止動畫、初始視角四個按鈕,針對不同的場景可進行第一人稱視角漫遊或者無人機視角漫遊。
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系統分析

鳥瞰漫遊

第一人稱視角漫遊可帶來“我在世界中心,萬物以我為原點 ”的奇特感受,模擬在風電場內的巡視過程,帶來沉浸式體驗。對於可能存在危險的場地,可通過圖撲軟體提供的漫遊功能進行風電場戶外、室內巡檢漫遊。同時通過無人機視角漫遊從升壓站到空中漫遊檢視,直觀展示出風電場的巨集大,帶來與眾不同的震撼觀感。
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生產監測

風力發電機因風量不穩定,且對電力系統執行的支撐能力不如其他發電領域,所以對風電基地設施的監測資料更需要具備時效性。將風電場的關鍵生產資料集中於介面的左右兩側,為管理人員提供直觀的資料展示,及時掌控。
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圖撲軟體三維視覺化技術採用 B/S 架構,頁面自適應多種解析度,使用者可通過 PC 、 PAD 或是智慧手機,只要開啟瀏覽器可隨時隨地訪問三維視覺化系統,實現遠端監查和管控。
數字孿生 3D 風電場,智慧風電之陸上風電

利用圖撲軟體的視覺化場景將智慧裝置的實時執行引數接入兩側的 2D 皮膚,將專案概況、實時指標、機組狀態、環境引數、發電統計、節能減排等複雜、抽象的資料以豐富的圖表、圖形和設計元素展現,實現集中管控。通過對歷史資料的融合分析,管理者可實現資源的優化配置,構建智慧風電管理系統。

專案概況

本專案採用 H140-2.5MW 雙饋風力發電機機組,數量 40 臺,總裝機容量 100MW,從 2D 資料皮膚中還可直觀檢視累計投運時間資訊。

實時指標

通過圖撲軟體 HT 2D 皮膚可以實時觀測整個風電場總的風電負荷,從“風機預警處理率”以及“未處理風機數”可及時進行事件決策與處理。
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環境引數

風速及風向的變化對大型風力發電機的發電量有較大的影響,可將環境監測系統接入圖撲軟體的視覺化場景,完成對能見度、降水量、風速、溫度的實時監測,在惡劣天氣來臨前做好應對措施。

發電統計

發電量是生產監測模組管理人員最關注的資料,皮膚中展示了當日發電量、當月發電量以及累計發電量;用柱狀圖的形式展現了所有風力發電機日發電量排行情況。

節能減排

通過圖撲軟體的視覺化系統遠端監測風電基地氮氧化合物的排放資料並作統計,可遵循規律達到節能減排的最優解。
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科普小貼士:

聯合國歐洲經濟委員會關於《全生命週期發電選擇》的報告指出,在一座電站的全生命週期內,沒有使用碳捕捉技術的風能發電,每千瓦時碳排放為 10 克二氧化碳。

機組狀態數量

運用圖撲軟體的多樣化圖表形式,顯示正常發電、帶病發電、待機、自身限功率、計劃停機、通訊中斷的風力發電機數量,方便實時獲取全場風機的執行狀態。

升壓站監測

通過現場取景照片、衛星圖、CAD 圖等資料,Hightopo 可快速將現實的風電基地線上上進行還原,通過資料接入實現數字孿生。以流光效果模擬出不同風機集電線路電流向升壓站匯聚的過程,更直觀地展示風力發電流程,帶來更好的沉浸體驗、觀看體驗、互動體驗。
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風電場升壓站是指將風電機組的輸出電壓升高到更高等級電壓並送出的設施。由於風機大多為非同步發電機,風電場在發出有功功率的同時會吸收無功功率,且風電機組大多不能進行持續有效的有功、無功調節,如不採取相應的控制措施,可能對電網的無功、電壓穩定性造成影響,或者增加電網的網路損耗。
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為解決大規模風電場併網執行時帶來的送出系統電壓穩定問題,風電場彙集升壓站內無功補償方式一般採用靜止無功發生器(SVG)和並聯電容器組聯合執行的方式。

點選升壓站三維模型可跳轉至升壓站視角,展示站內主要觀測資料,如環境資訊、負荷統計、風功率預測、消防檢查資訊、巡檢車資訊等。

環境資訊

圖撲軟體數字孿生三維視覺化系統中的升壓站環境資訊監測主要整合了整個風電基地的天氣、平均溫度、主要風向、平均風速資料,方便實施把控風場大環境資訊。

風功率預測

用 Hightopo 雙曲線圖的形式展現風電基地整體實時功率與預測功率,方便管理人員隨時進行決策分析,有效進行節能減排。

消防檢查資訊

升壓站長期處於高壓狀態,消防資訊便是需要關注的重點,介面皮膚中展示了消防設施執行情況、消防檢查歷史記錄以及最近預警時間。

巡檢車資訊

消防與巡檢相輔相成,園區無人值守機器人巡檢功能是電力行業的剛需,升壓站內設定 AGV 巡檢車輛,通過 HT for Web 渲染出的視覺化介面可以實時檢視車輛位置、行駛速度、電量、電池狀態、執行狀態等資訊。

故障列表

巡檢車輛在檢測到裝置故障時,將資訊上報登記至後臺,將主要故障資訊展示於圖撲軟體監管平臺的前端故障列表中,並按照故障時間置頂排序,方便維修人員及時檢視與處理。
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配電室

點選 Hightopo 智慧風電監管平臺的 3D 升壓站內配電室建築模型,可跳轉至配電室內部,主場景採用寫實風格還原配電室的內部佈局,點選相應配電櫃可顯示不同主變高壓側測控的資料。
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科普小貼士:

配電室是指帶有低壓負荷的室內配電場所,主要為低壓使用者配送電能,設有中壓進線(可有少量出線)、配電變壓器和低壓配電裝置。10kV 及以下電壓等級裝置的設施,分為高壓配電室和低壓配電室。

施工管理監測

通過圖撲軟體視覺化系統對風力發電機組施工進度、施工質量、施工安全、施工計劃、施工詳情的遠端監控,可免去管理人員頻繁到現場巡查的煩惱。
數字孿生 3D 風電場,智慧風電之陸上風電

科普小貼士:

陸上風力發電機的主要部件一般由風輪、主軸、變槳系統、偏航裝置、齒輪箱、發電機、變頻器、塔筒、塔基等組成。對單個風力發電機的執行我們也有完整的監測系統,會在後續文章詳細介紹。

利用圖撲軟體 HT 豐富的圖表形式將施工詳情統計。總體進度、分步進度直觀展現,讓運維人員及時瞭解專案施工進度;施工質量主要將關鍵的問題數、已整改數、未整改數、整改狀態、負責人資訊進行展示;施工計劃主要包括不同節點施工時間、施工物件、施工人數的清單資料;施工詳情中統計了施工人員總數、施工吊機統計以及塔基施工、塔筒吊裝等統計資料,實現數字化管理。

實現價值

新能源長期穩定提供電力保障的能力較差,且受氣象資料滾動更新影響,新能源功率預測仍然與實際結果存在偏差。新能源大規模接入使既有常規電源和抽蓄調節能力消耗殆盡,“源隨荷動”的平衡模式難以為繼,系統平衡調節能力亟待提升,需加快構建“源網荷儲”互動的新型電力系統。

“源網荷儲一體化及多能互補平臺”以資料中臺為體系,採用微服務架構,利用物聯網、大資料、智慧 AI 等技術,實現電源側、負荷側、儲能側的各類可控資源的資料接入、資料處理,實現資料資源透明感知、特性建模、效能評估和建模應用,為電力系統提供資源資訊管理、評估類服務、生產類服務、資源可調控能力及交易能力評估和可調負荷應用服務夯實資料基礎,並提供準確的評估手段。

更多行業應用例項可以參考圖撲軟體官網案例連結:https://www.hightopo.com/demo...