數(shù)字孿生能源系統(tǒng) 打造低碳時代透視眼

十四五規(guī)劃提出：“加快推動數(shù)字產(chǎn)業(yè)化，培育壯大人工智能、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈、云計算、網(wǎng)絡(luò)安全等新興數(shù)字產(chǎn)業(yè)”。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(zhàn)略，錨定碳達峰碳中和目標(biāo)，積極落實“十四五”可再生能源發(fā)展規(guī)劃，推進大型風(fēng)電光伏基地等重大項目建設(shè)，促使全國可再生能源發(fā)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(tǒng)的穩(wěn)定運行帶來巨大壓力。由于風(fēng)電、光伏的輸出功率受氣象情況和運行環(huán)境影響較大，致使電站輸出功率難以預(yù)測，亟需智慧電力一體化管控平臺進行監(jiān)管，以保障電網(wǎng)的平穩(wěn)運行。運用圖撲軟件自主研發(fā)引擎 HT for Web，構(gòu)建可交互式的 Web 三維電力場景，實現(xiàn)全國新能源設(shè)施的有效管控，保障電力系統(tǒng)的運行通暢。

綠色智慧電網(wǎng)系統(tǒng)

為推進新能源建設(shè)和消納，《電力可靠性管理辦法（暫行）》提出新能源發(fā)電企業(yè)要加強發(fā)電功率預(yù)測管理，建立新型儲能建設(shè)需求發(fā)布機制，積極穩(wěn)妥推動發(fā)電側(cè)儲能建設(shè)，推進源網(wǎng)荷儲一體化和多能互補?！笆濉逼陂g，我國常規(guī)發(fā)電機組的等效可用系數(shù)保持在 91% 以上，變壓器、斷路器、架空送電線路等輸變電設(shè)備等效可用系數(shù)長期保持 99% 以上，直流輸電系統(tǒng)運行總體穩(wěn)定。

圖撲軟件雙高綠色智慧電網(wǎng)系統(tǒng)以首個國內(nèi)最高電壓等級特高壓交流示范工程為依據(jù)，以動態(tài)流光線條展示電流的輸送。它是我國自主研發(fā)、設(shè)計和建設(shè)的具有自主知識產(chǎn)權(quán)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范工程，全長 640 公里。

通過與 HT for Web GIS 產(chǎn)品的結(jié)合，實現(xiàn)智慧電網(wǎng)的精細化管理。支持對不同地圖瓦片服務(wù)或數(shù)據(jù)、航拍傾斜攝影實景的 3DTiles 格式數(shù)據(jù)以及城市建筑群等不同的 GIS 數(shù)據(jù)的加載，同時，結(jié)合 BIM 數(shù)據(jù)輕量化、三維視頻融合以及 2D 和 3D 的無縫融合等技術(shù)優(yōu)勢，在 GIS 系統(tǒng)中對海量的 POI 數(shù)據(jù)、交通流量數(shù)據(jù)、規(guī)劃數(shù)據(jù)，現(xiàn)狀數(shù)據(jù)等進行多樣化的可視化展示。

特高壓能有效提升我國電網(wǎng)的輸送能力，一回路特高壓直流電網(wǎng)可以送 600 萬千瓦電量，相當(dāng)于 500 千伏直流電網(wǎng)的 5 到 6 倍，送電距離也是后者的 2 到 3 倍。輸送同樣功率的電量，如果采用特高壓線路輸電可以比采用 500 千伏高壓線路節(jié)省 60% 的土地資源。

輸電通道、張雄特高壓、張北柔直的建設(shè)情況在電網(wǎng)系統(tǒng)的 2D 面板及時更新。在圖撲軟件的智慧電網(wǎng)系統(tǒng)中風(fēng)機發(fā)電量及裝機容量、光伏發(fā)電量及裝機容量，按照年份以漸變的動態(tài)面積圖進行統(tǒng)計。

將電網(wǎng)數(shù)據(jù)的中控平臺接入可視化系統(tǒng)，實現(xiàn)新能源開發(fā)、運送、消耗數(shù)據(jù)的實時驅(qū)動，便于運維掌握一手資料。將能源政策分析解讀、區(qū)域能源資源綜合分析評估、發(fā)展規(guī)劃編制、年度計劃編制在 Hightopo 可視化系統(tǒng)中展示，以規(guī)劃后續(xù)新能源電力設(shè)施的建設(shè)。

隨著電網(wǎng)輔助監(jiān)控系統(tǒng)的不斷完善，結(jié)合數(shù)字孿生虛實互動的相關(guān)特性和功能，用戶可以遠程通過電腦、VR 等設(shè)備，利用平臺系統(tǒng)逆向控制實現(xiàn)操作輔助監(jiān)控設(shè)備，使用現(xiàn)場的高清、紅外攝像頭和智能機器人等監(jiān)控設(shè)備對電網(wǎng)設(shè)備進行智能巡視。

新能源生產(chǎn)監(jiān)管中心

隨著碳達峰碳中和目標(biāo)的提出，各國對新能源的開發(fā)利用達到了前所未有的高度。聯(lián)合國 2025 年前能源承諾促進行動計劃提出：到 2025 年實現(xiàn)再有 5 億人獲得電力供應(yīng)，全球可再生能源發(fā)電能力增加 100%。在中國，2022 年一季度，全國風(fēng)電新增并網(wǎng)裝機 790 萬千瓦。從新增裝機分布看，“三北”地區(qū)占比約 70%，中東部和南方地區(qū)占比約 30%。

通過圖撲軟件可視化實現(xiàn)全國電力情況的數(shù)字孿生，統(tǒng)計全國范圍內(nèi)海上風(fēng)電場和山區(qū)風(fēng)電場的有功功率、日發(fā)電量總數(shù)，實現(xiàn)生產(chǎn)監(jiān)管、決策支持、報表查看。

利用自主研發(fā)引擎 HT for Web 將 2D 和 3D 無縫融合，在 2D 面板查看新能源陸地總裝機容量、海上總裝機容量；接入?yún)^(qū)域公司數(shù)量、風(fēng)場數(shù)量、風(fēng)機總數(shù)量、總裝機容量、逆變器數(shù)量、光伏電站數(shù)量實現(xiàn)有效管控。

采用環(huán)形圖展示風(fēng)力和光伏發(fā)電的日發(fā)電量、月發(fā)電量、年發(fā)電量。采用折線圖分別展示風(fēng)電機組和光伏機組的 24 小時有功功率。

《風(fēng)電場利用率監(jiān)測統(tǒng)計管理辦法》的通知指出，風(fēng)電場每日受限電量計算公式為：受限電量=受限時段風(fēng)電場可用機組可發(fā)電量－受限時段風(fēng)電場實發(fā)電量。其中，風(fēng)電場可用機組可發(fā)電量指風(fēng)電場內(nèi)除設(shè)備故障、缺陷或檢修等因素影響風(fēng)電機組外，剩余可用風(fēng)電機組在所處自然條件和設(shè)備狀態(tài)下（不考慮電力系統(tǒng)運行因素影響），在相應(yīng)時間內(nèi)理論上可發(fā)出的電量。

點擊 3D 場景內(nèi)的各省份地圖可彈出 2D 面板顯示各省份風(fēng)力發(fā)電機和光伏的裝機數(shù)據(jù)。大連、崇明、廈門等地區(qū)高亮顯示，點擊光柱可查看對應(yīng)陸上或海上風(fēng)電場的運行情況，可利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將故障風(fēng)機標(biāo)紅，便于運維在可視化大屏查看并安排維修人員處理。

隨著近海資源的大規(guī)模開發(fā)，為獲取更多的風(fēng)能資源，海上風(fēng)電呈現(xiàn)規(guī)?；⒓夯?、深遠?；奶攸c?？苫?Web3.0 建立點對點的去中心化的智能互聯(lián)網(wǎng)，保護數(shù)據(jù)隱私的同時，打破信息孤島，讓電力系統(tǒng)各部門間信息互通。加強全網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)度，研究建立源網(wǎng)荷儲靈活高效互動的電力運行與市場體系。

粒子案例

對于需要在一個面上展示的流體場，比如風(fēng)場，水流場，壓力場等，需要以動態(tài)的方式呈現(xiàn)，可以使用圖撲粒子插件實現(xiàn)。在圖撲軟件可視化系統(tǒng)的主場景內(nèi)可查看風(fēng)電氣流、全球風(fēng)場、長江水場的粒子流動情況，右側(cè)按鈕可自由調(diào)節(jié)粒子數(shù)量、粒子速度、粒子痕跡，自定義粒子的行為。

采用 HT for Web 模擬的全球風(fēng)場揭示了全球大氣層完整的動力學(xué)和熱力學(xué)動態(tài)演變的規(guī)律和趨勢，為分析和預(yù)報臺風(fēng)、暴雨等各類極端災(zāi)害性天氣現(xiàn)象提供最直接、最準(zhǔn)確的實測初始資料。

風(fēng)電機組的運行受到環(huán)境因素的影響很大，特定地形條件下的氣流，直接關(guān)系到風(fēng)電場的發(fā)電效果。了解復(fù)雜地形環(huán)境下的風(fēng)能分布，能避開不利地形條件。例如：陡坡數(shù)量較多的起伏地形不利于風(fēng)電場的開發(fā)。

將二維流體場信息作為貼圖資源傳給圖撲 SDK。SDK 里使用貼圖保存粒子的位置信息，利用流體場和粒子位置，計算出下一幀的粒子位置。然后融合上一幀的輸出和當(dāng)前輸出，實現(xiàn)粒子的移動尾跡效果。

圖撲粒子插件可以實現(xiàn)粒子的大小、粒子的形狀、粒子的流速、 粒子數(shù)量、顯示的閾值、仿真精度等參數(shù)調(diào)節(jié)。

2021 年水電、風(fēng)電、光伏發(fā)電平均利用率分別約達 98%、97%和 98%，能源技術(shù)創(chuàng)新能力進一步增強。建立了完備的水電、核電、風(fēng)電、太陽能發(fā)電等清潔能源裝備制造產(chǎn)業(yè)鏈，成功研發(fā)制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(fēng)電機組制造能力，不斷刷新光伏電池轉(zhuǎn)換效率世界紀(jì)錄。

圖撲軟件提供 Web 端的 UI/2D/3D、GIS、BIM 及 VR/AR 等可視化相關(guān)解決方案，自研核心引擎 HT 提供圖形化組態(tài) SCADA 能力，支持構(gòu)建零代碼物聯(lián)網(wǎng) IoT 平臺，共同構(gòu)建工業(yè)元宇宙，普遍應(yīng)用于智慧城市、智慧水務(wù)、光伏、風(fēng)電、新基建、智慧醫(yī)療、智能制造等各行業(yè)的數(shù)字孿生、二維組態(tài)和三維組態(tài)項目。