數字孿生能源系統,打造低碳時代“透視”眼

一隻物聯網鯨魚 發表於 2022-06-28

十四五規劃提出:“加快推動數字產業化,培育壯大人工智慧、大資料、區塊鏈、雲端計算、網路安全等新興數字產業”。2022 年一季度,國家能源局認真貫徹落實“四個革命、一個合作”的能源安全新戰略,錨定碳達峰碳中和目標,積極落實“十四五”可再生能源發展規劃,推進大型風電光伏基地等重大專案建設,促使全國可再生能源發電量達 5336 億千瓦時。

可再生能源裝機量的迅速提升也為電力系統的穩定執行帶來巨大壓力。由於風電、光伏的輸出功率受氣象情況和執行環境影響較大,致使電站輸出功率難以預測,亟需智慧電力一體化管控平臺進行監管,以保障電網的平穩執行。運用圖撲軟體自主研發引擎 HT for Web,構建可互動式的 Web 三維電力場景,實現全國新能源設施的有效管控,保障電力系統的執行通暢。

綠色智慧電網系統

為推進新能源建設和消納,《電力可靠性管理辦法(暫行)》提出新能源發電企業要加強發電功率預測管理,建立新型儲能建設需求釋出機制,積極穩妥推動發電側儲能建設,推進源網荷儲一體化和多能互補。“十三五”期間,我國常規發電機組的等效可用係數保持在 91% 以上,變壓器、斷路器、架空送電線路等輸變電裝置等效可用係數長期保持 99% 以上,直流輸電系統執行總體穩定。

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圖撲軟體雙高綠色智慧電網系統以首個國內最高電壓等級特高壓交流示範工程為依據,以動態流光線條展示電流的輸送。它是我國自主研發、設計和建設的具有自主智慧財產權的 1000 千伏交流輸變電工程——晉東南—南陽—荊門特高壓交流試驗示範工程,全長 640 公里。

通過與 HT for Web GIS 產品的結合,實現智慧電網的精細化管理。支援對不同地圖瓦片服務或資料、航拍傾斜攝影實景的 3DTiles 格式資料以及城市建築群等不同的 GIS 資料的載入,同時,結合 BIM 資料輕量化、三維視訊融合以及 2D 和 3D 的無縫融合等技術優勢,在 GIS 系統中對海量的 POI 資料、交通流量資料、規劃資料,現狀資料等進行多樣化的視覺化展示。

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特高壓能有效提升我國電網的輸送能力,一回路特高壓直流電網可以送 600 萬千瓦電量,相當於 500 千伏直流電網的 5 到 6 倍,送電距離也是後者的 2 到 3 倍。輸送同樣功率的電量,如果採用特高壓線路輸電可以比採用 500 千伏高壓線路節省 60% 的土地資源。

輸電通道、張雄特高壓、張北柔直的建設情況在電網系統的 2D 皮膚及時更新。在圖撲軟體的智慧電網系統中風機發電量及裝機容量、光伏發電量及裝機容量,按照年份以漸變的動態面積圖進行統計。

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將電網資料的中控平臺接入視覺化系統,實現新能源開發、運送、消耗資料的實時驅動,便於運維掌握一手資料。將能源政策分析解讀、區域能源資源綜合分析評估、發展規劃編制、年度計劃編制在 Hightopo 視覺化系統中展示,以規劃後續新能源電力設施的建設。

隨著電網輔助監控系統的不斷完善,結合數字孿生虛實互動的相關特性和功能,使用者可以遠端通過電腦、VR 等裝置,利用平臺系統逆向控制實現操作輔助監控裝置,使用現場的高清、紅外攝像頭和智慧機器人等監控裝置對電網裝置進行智慧巡視。

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新能源生產監管中心

隨著碳達峰碳中和目標的提出,各國對新能源的開發利用達到了前所未有的高度。聯合國 2025 年前能源承諾促進行動計劃提出:到 2025 年實現再有 5 億人獲得電力供應,全球可再生能源發電能力增加 100%。在中國,2022 年一季度,全國風電新增併網裝機 790 萬千瓦。從新增裝機分佈看,“三北”地區佔比約 70%,中東部和南方地區佔比約 30%。

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通過圖撲軟體視覺化實現全國電力情況的數字孿生,統計全國範圍內海上風電場和山區風電場的有功功率、日發電量總數,實現生產監管、決策支援、報表檢視。

利用自主研發引擎 HT for Web 將 2D 和 3D 無縫融合,在 2D 皮膚檢視新能源陸地總裝機容量、海上總裝機容量;接入區域公司數量、風場數量、風機總數量、總裝機容量、逆變器數量、光伏電站數量實現有效管控。

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採用環形圖展示風力和光伏發電的日發電量、月發電量、年發電量。採用折線圖分別展示風電機組和光伏機組的 24 小時有功功率。

《風電場利用率監測統計管理辦法》的通知指出,風電場每日受限電量計算公式為:受限電量=受限時段風電場可用機組可發電量-受限時段風電場實發電量。其中,風電場可用機組可發電量指風電場內除裝置故障、缺陷或檢修等因素影響風電機組外,剩餘可用風電機組在所處自然條件和裝置狀態下(不考慮電力系統執行因素影響),在相應時間內理論上可發出的電量。

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點選 3D 場景內的各省份地圖可彈出 2D 皮膚顯示各省份風力發電機和光伏的裝機資料。大連、崇明、廈門等地區高亮顯示,點選光柱可檢視對應陸上或海上風電場的執行情況,可利用物聯網技術將故障風機標紅,便於運維在視覺化大屏檢視並安排維修人員處理。

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隨著近海資源的大規模開發,為獲取更多的風能資源,海上風電呈現規模化、叢集化、深遠海化的特點。可基於 Web3.0 建立點對點的去中心化的智慧網際網路,保護資料隱私的同時,打破資訊孤島,讓電力系統各部門間資訊互通。加強全網統一排程,研究建立源網荷儲靈活高效互動的電力執行與市場體系。

粒子案例

對於需要在一個面上展示的流體場,比如風場,水流場,壓力場等,需要以動態的方式呈現,可以使用圖撲粒子外掛實現。在圖撲軟體視覺化系統的主場景內可檢視風電氣流、全球風場、長江水場的粒子流動情況,右側按鈕可自由調節粒子數量、粒子速度、粒子痕跡,自定義粒子的行為。

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採用 HT for Web 模擬的全球風場揭示了全球大氣層完整的動力學和熱力學動態演變的規律和趨勢,為分析和預報臺風、暴雨等各類極端災害性天氣現象提供最直接、最準確的實測初始資料。

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風電機組的執行受到環境因素的影響很大,特定地形條件下的氣流,直接關係到風電場的發電效果。瞭解複雜地形環境下的風能分佈,能避開不利地形條件。例如:陡坡數量較多的起伏地形不利於風電場的開發。

數字孿生能源系統,打造低碳時代“透視”眼

將二維流體場資訊作為貼圖資源傳給圖撲 SDK。SDK 裡使用貼圖儲存粒子的位置資訊,利用流體場和粒子位置,計算出下一幀的粒子位置。然後融合上一幀的輸出和當前輸出,實現粒子的移動尾跡效果。

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圖撲粒子外掛可以實現粒子的大小、粒子的形狀、粒子的流速、 粒子數量、顯示的閾值、模擬精度等引數調節。

2021 年水電、風電、光伏發電平均利用率分別約達 98%、97%和 98%,能源技術創新能力進一步增強。建立了完備的水電、核電、風電、太陽能發電等清潔能源裝備製造產業鏈,成功研發製造全球最大單機容量 100 萬千瓦水電機組,具備最大單機容量達 10 兆瓦的全系列風電機組製造能力,不斷重新整理光伏電池轉換效率世界紀錄。

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圖撲軟體提供 Web 端的 UI/2D/3D、GIS、BIM 及 VR/AR 等視覺化相關解決方案,自研核心引擎 HT 提供圖形化組態 SCADA 能力,支援構建零程式碼物聯網 IoT 平臺,共同構建工業元宇宙,普遍應用於智慧城市、智慧水務、光伏、風電、新基建、智慧醫療、智慧製造等各行業的數字孿生、二維組態和三維組態專案。


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