數字孿生虛擬電廠負荷控制系統視覺化

隨著國家“雙碳”及“構建以新能源為主體的新型電力系統”等目標的提出，清潔化、數字化越來越成為電力系統面臨的迫切需求，負控系統的發展對電力營銷現代化建設具有重要的意義。

負控管理系統是一個著眼於全面加強電力資訊管理的，集負荷控制、遠端抄表、電量資料分析和監測以及電力營銷管理等多種功能於一體的綜合性分析與處理系統。數字孿生技術利用大資料、雲端計算、人工智慧等數字技術對分散式資源物理實體的特徵、行為、過程和效能等進行虛擬建模，是實現虛擬電廠、負荷系統執行最佳化的理想途徑。

今天我們就來介紹一下基於圖撲（Hightopo） HTML5 2D/3D 引擎開發的虛擬電廠負荷控制管理系統視覺化解決方案。

科普小貼士

“負荷類”虛擬電廠：指虛擬電廠運營商聚合其繫結的具備負荷調節能力的市場化電力使用者（包括電動汽車、可調節負荷、可中斷負荷等），作為一個整體（呈現為負荷狀態）組建成虛擬電廠，對外提供負荷側靈活響應調節服務。

圖撲軟體應用自研 HT 引擎，為傳統發電廠的控制管理，排程升級等業務功能做視覺化轉型，提供智慧虛擬電廠負控視覺化解決方案。以天津市為背景，應用輕量化建模與強大的視覺化引擎技術，搭建部署一套具備自我協調、自我管理、自我控制的智慧虛擬電廠負控平臺。

在場景渲染層面，本次案例提供了各種場景效果，例如整體場景寫實風格與科幻風格，白天黑夜以及天氣系統等，可透過切換展示。

場景切換

天氣系統

虛擬電廠

虛擬電廠是多種分散式資源的聚合，可透過先進的控制、通訊、計量技術，將分散式電源、儲能、柔性負荷等眾多可調節資源聚合起來，作為一個整體對外參與電網統一排程，充分利用分散式資源發電及調節特性的協調互補性，實現資源的合理最佳化配置及利用。

虛擬電廠對外作為一個特殊的發電廠執行，呈現傳統發電廠的整體功能與效果，可像傳統發電廠一樣對其進行控制管理，包括向電網提交發電計劃、參與電力市場及調峰調頻等輔助服務；對內作為一個綜合的能源管理系統，擁有自我協調、自我管理、自我控制等多重功能。

全景化桌面

圖撲軟體搭建的虛擬電廠負荷控制系統主場景，應用自研圖形引擎強大的渲染功能，以輕量化建模方式將天津市內六區、電廠模型等進行高精度還原展示。基於 HT for Web 的高效能，整體場景建模依託於 PBR 物理渲染的材質而開發，使渲染的結果非常具有真實感。

畫面兩側資料皮膚展示廠區發電管理，當日發電趨勢，年度呼叫情況，負荷管理，調節能力等關鍵指標引數，將採集的資料轉換成圖形資訊，透過 HT 視覺化圖形結合資料，可直觀得展示虛擬電廠關鍵業務資料。

發電管理、負荷率及當日發電趨勢這三塊業務資料直觀的展示表達了當日，年累計發電以及電量負荷的情況及趨勢。從視覺化角度明確了虛擬電廠發電業務的發電細節，其中當日發電趨勢曲線圖更能看出計劃處理及實際發電負荷的差別，業務人員可透過此資料及時得到虛擬電廠執行情況，以便及時調整業務需求。

調節能力模組從日前、小時級、分鐘級到秒級的四個級別控制能力展示，更是直觀表達了虛擬電廠本身的業務調節能力。

虛擬電廠資源庫管理

虛擬電廠業務的核心是資源庫的構建、監測和評估。具體內容包括使用者檔案及其可調節資源檔案，其中使用者檔案包括基礎檔案和響應申報相關檔案，裝置檔案包括可調節資源基礎檔案和響應能力相關檔案。

對各種資源進行分類，包括分散式發電資源、可調控負荷資源和分散式儲能資源、電動汽車資源等；對潛在的分散式資源進行合理定位，以及技術能力，明確其提供的服務型別、響應速度、響應時長、響應頻率等，並根據合同簽訂週期對資源庫進行資訊管理。

虛擬電廠資源綜合分析

虛擬電廠資源綜合分析頁面主要分為註冊調控佔比，電力終端使用者分類註冊調控佔比以及電力終端使用者行業分類刷領佔比等模組組成，主要統計了各個行業，各個使用者以及各個可調節負荷資源的分類佔比資料，透過資料皮膚直觀展示構建了虛擬電廠資源庫的資料型別。

使用者管理

使用者檔案管理

透過 HT 圖表元件快速編輯設計圖紙，業務上可對直接參與使用者檔案資訊進行新增、修改、刪除操作，包括供電容量、合同響應容量、實時響應容量，並可上傳使用者資質和業務合同檔案；可查詢使用者進行該使用者裝置檔案資訊修改，包括可不限於裝置名稱、額定功率、調控參與調控方式等。

使用者申報管理

業務參與使用者向平臺上報次年度調控總體容量，包括地區、使用者、申報年份、約定響應能力、實時響應能力、上傳合同附件。

全景化執行效果輔助決策

全景化執行效果輔助決策功能核心目的是：運用 HT 自研圖形引擎強大的渲染功能、高效能的 WebGL 技術，多維度、實時的、動態呈現虛擬電廠接入的各類負荷資源（如小水電、太陽能發電機組、路燈照明系統、商業樓宇空調、工業企業用能裝置、5G 基站、岸電資源等）執行實時狀態與技術引數變化趨勢；展示虛擬電廠運營排程過程以及評估指標資訊展示虛擬電廠各類負荷資源技術引數變化趨勢，以視覺化技術全面支撐虛擬電廠經營決策。

儲能系統實時狀態監測

虛擬電廠接入的負荷資源中包括充電站充電系統，此頁面透過資料採集，實時的、動態的展示充電系統狀態監測，包括裝置當日充電放電量，裝置功率以及各裝置線上狀態資訊。

其中調控電量資訊圖可展示計劃目標調控電量以及實際調控電量。透過實時計算電量偏差率，業務人員可直觀檢視虛擬電廠調控電量業務內容，做到實時性，直觀性，便捷性。

負控系統業務介紹

虛擬電廠中新型電力負荷控制系統主要實現電網和負荷的友好互動，提高電網末端負荷調節能力，解決電力電量平衡問題，降低錯峰、避峰對使用者用能的影響，增強電網需求側管理彈性，實現負荷控制對市場化推廣交易支撐，輔助電力系統低碳執行。實現使用者側負荷精準、實時的柔性管理，實現使用者側分級、分項負荷的可觀、可測、可控、可調。

下面針對負荷控制管理系統做一個簡單介紹。主要分為下圖所示的幾個模組內容：

負控管理

負荷管理指對電力使用者檔案和負荷資訊進行統計分析，並根據使用者負荷特徵建立負荷資源庫，包括使用者檔案管理、使用者負荷特性管理等業務。使用者檔案管理是對開展負控業務的電力使用者檔案資訊進行管理，按照使用者參與有序用電性質分為自動化控制使用者和柔性控制使用者。

針對自動化控制的使用者，當滿足控制觸發條件時，透過頁面、簡訊等方式提醒有序用電執行人員，由人工確認後進行負荷控制。針對互動性控制的使用者，當滿足控制觸發條件時，透過頁面、簡訊等方式提醒有序用電執行人員，由人員同使用者互動來進行柔性控制。使用者負荷特性管理是對使用者的負荷情況、行業特徵、用電時段、用電變更資訊等使用標籤區分，支援標籤查詢。

終端使用者資訊綜合查詢

可透過查詢列表，搜尋各個終端對應的使用者資訊，主要是電廠客戶資訊，例如某企業使用者下的終端資訊，電能表資訊等。

終端執行分析

各使用者終端執行資料分析，其中重點可檢視各使用者終端數量，終端故障分析，終端檢修等。電網透過新型電力負荷控制系統建設實現對電力使用者用電負荷的資訊採集、實時監測和精準有序控制。

負控執行

負控執行業務部分內容主要記錄各年份負荷調控執行記錄，透過高效，流暢，簡潔，美觀的設計頁面來展示。全面掌握負荷控制執行情況，包括負荷實時監測、負荷壓降結果分析等。負荷實時監測是指在負荷控制執行過程中，總部對各網省的實際負荷曲線、基準負荷曲線、目標負荷曲線、控制命令執行情況進行監測。

負荷調控執行記錄總覽

各年份負荷調控執行記錄，透過時間軸與記錄數量來體現。

某年份執行效果分析

二級頁面，主要體現當前選擇年份負荷執行效果分析，例如執行到位率、執行響應及時率等。

決策分析

負荷決策分析是為負荷控制執行計劃提供理論及事實依據，包括負荷特性分析、使用者潛力分析、有序用電計劃決策等。負荷特性分析是綜合考慮使用者的用電類別、行業類別、開關負荷性質、使用者經濟貢獻值等各方面因素，對使用者負荷進行特徵抽象化（波動型、季節型）等，建立使用者負荷特性標籤庫。使用者潛力分析是對使用者用能系統進行調研分析，找出基於時間的用能系統電力負荷變化規律並最終計算得出使用者的負荷控制資源及潛力。

有序用電計劃決策分為自動決策和手工決策，在獲取本地區下一個限電日的負荷缺口或用電限額時，完成有序用電執行計劃的決策。

終端時段控引數設定

對某個終端進行各時段引數設定，可設定當天到未來 7 天的資料，可儲存三種設定方案。（備註：此部分功能重點體現為給負荷調控執行做資料支撐。）

2.5D 組態效果

方案預覽

方案預覽主要目的是針對負控方案的視覺化預覽。依託於 HT 強大的圖表元件及渲染能力，設計師可快速設計方案預覽效果頁面。方案預覽頁面一般都是隻讀不可修改，在負控系統中生成的方案最終會匯出一個預覽頁面，此預覽頁面可直觀展示各負控方案調節措施，調節資訊細節等。

HT 圖形介面元件庫

HT-UI 是一套介面元件庫，基於 HT 核心包架構以及 HTML5 中的 Canvas 機制。內含種類豐富的元件，提供良好的封裝介面，可根據業務需要自定義元件，也可與其他框架輕鬆結合。提供 Renderer 以及獨特的樣式渲染機制，增加已有元件的靈活性，豐富頁面樣式及結構的同時，也可以更好地詮釋業務展示。多樣化的佈局器功能強大，便於搭建或結構梳理，彌補 CSS 佈局的繁瑣。如該案例一樣，非常適用於企業級 CRUD 管理系統的搭建制作。以下針對 HT-UI 介面元件庫做一個簡單的介紹。

常用元件功能

HT 元件庫常用元件包括按鈕、下拉框、輸入框、文字框、進度條等常用功能元件。元件功能完善可提高專案效率，提高設計效果。

HT 圖形介面元件庫結合其他框架

HT-UI 介面元件庫可良好的結合其他框架，如下圖中各種統計圖表，就是結合了我們的核心框架，運用圖表外掛進行資料呈現。其中主要包含橫豎柱形圖、常規圓餅圖、半圓形餅圖以及 2.5D 柱形圖、曲線圖等各種圖表效果，實現快速佈局渲染，在保證設計效果的前提下提高了整體效率。