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)生產數(shù)據可視化、安全數(shù)據可視化、經營指標可視化。

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、三維仿真、云計算、大數(shù)據分析、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。

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)網技術的各類新型基礎設施。

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

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、算法)、孿生體內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：根據物理實體的各項真實數(shù)據，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。根據數(shù)字孿生的典型特征，可以得出數(shù)字孿生的體系架構。

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、室內巡檢漫游，通過巡檢模擬人或者巡檢車巡檢的過程，經過設備時可以停留查看設備信息。

生產監(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，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、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)。

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)據分析決策：支持對接電力行業(yè)既有海量業(yè)務數(shù)據，如環(huán)境參數(shù)、本體參數(shù)等綜合運行數(shù)據，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)據可視分析圖表，進行多維度分析預判，并支持組合為數(shù)據分析駕駛艙進行綜合顯示，實現(xiàn)多指標數(shù)據的并行監(jiān)測分析，為管理者決策研判提供全面的數(shù)據支持。