數(shù)字孿生虛擬電廠負(fù)荷控制系統(tǒng)可視化

隨著國家“雙碳”及“構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)”等目標(biāo)的提出，清潔化、數(shù)字化越來越成為三維數(shù)字電網(wǎng)面臨的迫切需求，負(fù)控系統(tǒng)的發(fā)展對電力營銷現(xiàn)代化建設(shè)具有重要的意義。

負(fù)控管理系統(tǒng)是一個著眼于全面加強(qiáng)電力信息管理的，集負(fù)荷控制、遠(yuǎn)程抄表、電量數(shù)據(jù)分析和監(jiān)測以及電力營銷管理等多種功能于一體的綜合性分析與處理系統(tǒng)。數(shù)字孿生技術(shù)利用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等數(shù)字技術(shù)對分布式資源物理實(shí)體的特征、行為、過程和性能等進(jìn)行虛擬建模，是實(shí)現(xiàn)虛擬電廠、負(fù)荷系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化的理想途徑。

今天我們就來介紹一下基于圖撲（Hightopo） HTML5 2D/3D 引擎開發(fā)的虛擬電廠負(fù)荷控制管理系統(tǒng)可視化解決方案。

科普小貼士

“負(fù)荷類”虛擬電廠：指虛擬電廠運(yùn)營商聚合其綁定的具備負(fù)荷調(diào)節(jié)能力的市場化電力用戶（包括電動汽車、可調(diào)節(jié)負(fù)荷、可中斷負(fù)荷等），作為一個整體（呈現(xiàn)為負(fù)荷狀態(tài)）組建成虛擬電廠，對外提供負(fù)荷側(cè)靈活響應(yīng)調(diào)節(jié)服務(wù)。

圖撲軟件應(yīng)用自研 HT 引擎，為傳統(tǒng)發(fā)電廠的控制管理，調(diào)度升級等業(yè)務(wù)功能做可視化轉(zhuǎn)型，提供智慧虛擬電廠負(fù)控可視化解決方案。以天津市為背景，應(yīng)用輕量化建模與強(qiáng)大的可視化引擎技術(shù)，搭建部署一套具備自我協(xié)調(diào)、自我管理、自我控制的智慧虛擬電廠負(fù)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(shí)風(fēng)格與科幻風(fēng)格，白天黑夜、煙花效果，以及天氣系統(tǒng)等，可通過切換展示。

場景切換

天氣系統(tǒng)

虛擬電廠

虛擬電廠是多種分布式資源的聚合，可通過先進(jìn)的控制、通信、計(jì)量技術(shù)，將分布式電源、儲能、柔性負(fù)荷等眾多可調(diào)節(jié)資源聚合起來，作為一個整體對外參與電網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)度，充分利用分布式資源發(fā)電及調(diào)節(jié)特性的協(xié)調(diào)互補(bǔ)性，實(shí)現(xiàn)資源的合理優(yōu)化配置及利用。

虛擬電廠對外作為一個特殊的發(fā)電廠運(yùn)行，呈現(xiàn)傳統(tǒng)發(fā)電廠的整體功能與效果，可像傳統(tǒng)發(fā)電廠一樣對其進(jìn)行控制管理，包括向電網(wǎng)提交發(fā)電計(jì)劃、參與電力市場及調(diào)峰調(diào)頻等輔助服務(wù)；對內(nèi)作為一個綜合的能源管理系統(tǒng)，擁有自我協(xié)調(diào)、自我管理、自我控制等多重功能。

全景化桌面

圖撲軟件搭建的虛擬電廠負(fù)荷控制系統(tǒng)主場景，應(yīng)用自研圖形引擎強(qiáng)大的渲染功能，以輕量化建模方式將天津市內(nèi)六區(qū)、電廠模型等進(jìn)行高精度還原展示?；?HT for Web 的高性能，整體場景建模依托于 PBR 物理渲染的材質(zhì)而開發(fā)，使渲染的結(jié)果非常具有真實(shí)感。

畫面兩側(cè)數(shù)據(jù)面板展示廠區(qū)發(fā)電管理，當(dāng)日發(fā)電趨勢，年度調(diào)用情況，負(fù)荷管理，調(diào)節(jié)能力等關(guān)鍵指標(biāo)參數(shù)，將采集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成圖形信息，通過 HT 可視化圖形結(jié)合數(shù)據(jù)，可直觀得展示虛擬電廠關(guān)鍵業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。

發(fā)電管理、負(fù)荷率及當(dāng)日發(fā)電趨勢這三塊業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)直觀的展示表達(dá)了當(dāng)日，年累計(jì)發(fā)電以及電量負(fù)荷的情況及趨勢。從可視化角度明確了虛擬電廠發(fā)電業(yè)務(wù)的發(fā)電細(xì)節(jié)，其中當(dāng)日發(fā)電趨勢曲線圖更能看出計(jì)劃處理及實(shí)際發(fā)電負(fù)荷的差別，業(yè)務(wù)人員可通過此數(shù)據(jù)及時得到虛擬電廠運(yùn)行情況，以便及時調(diào)整業(yè)務(wù)需求。

調(diào)節(jié)能力模塊從日前、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(dá)了虛擬電廠本身的業(yè)務(wù)調(diào)節(jié)能力。

虛擬電廠資源庫管理

虛擬電廠業(yè)務(wù)的核心是資源庫的構(gòu)建、監(jiān)測和評估。具體內(nèi)容包括用戶檔案及其可調(diào)節(jié)資源檔案，其中用戶檔案包括基礎(chǔ)檔案和響應(yīng)申報相關(guān)檔案，設(shè)備檔案包括可調(diào)節(jié)資源基礎(chǔ)檔案和響應(yīng)能力相關(guān)檔案。

對各種資源進(jìn)行分類，包括分布式發(fā)電資源、可調(diào)控負(fù)荷資源和分布式儲能資源、電動汽車資源等；對潛在的分布式資源進(jìn)行合理定位，以及技術(shù)能力，明確其提供的服務(wù)類型、響應(yīng)速度、響應(yīng)時長、響應(yīng)頻率等，并根據(jù)合同簽訂周期對資源庫進(jìn)行信息管理。

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注冊調(diào)控占比，電力終端用戶分類注冊調(diào)控占比以及電力終端用戶行業(yè)分類刷領(lǐng)占比等模塊組成，主要統(tǒng)計(jì)了各個行業(yè)，各個用戶以及各個可調(diào)節(jié)負(fù)荷資源的分類占比數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)面板直觀展示構(gòu)建了虛擬電廠資源庫的數(shù)據(jù)類型。

用戶管理

用戶檔案管理

通過 HT 圖表組件快速編輯設(shè)計(jì)圖紙，業(yè)務(wù)上可對直接參與用戶檔案信息進(jìn)行新增、修改、刪除操作，包括供電容量、合同響應(yīng)容量、實(shí)時響應(yīng)容量，并可上傳用戶資質(zhì)和業(yè)務(wù)合同文件；可查詢用戶進(jìn)行該用戶設(shè)備檔案信息修改，包括可不限于設(shè)備名稱、額定功率、調(diào)控參與調(diào)控方式等。

用戶申報管理

業(yè)務(wù)參與用戶向平臺上報次年度調(diào)控總體容量，包括地區(qū)、用戶、申報年份、約定響應(yīng)能力、實(shí)時響應(yīng)能力、上傳合同附件。

全景化運(yùn)行效果輔助決策

全景化運(yùn)行效果輔助決策功能核心目的是：運(yùn)用 HT 自研圖形引擎強(qiáng)大的渲染功能、高性能的 WebGL 技術(shù)，多維度、實(shí)時的、動態(tài)呈現(xiàn)虛擬電廠接入的各類負(fù)荷資源（如小水電、太陽能發(fā)電機(jī)組、路燈照明系統(tǒng)、商業(yè)樓宇空調(diào)、工業(yè)企業(yè)用能設(shè)備、5G 基站、岸電資源等）運(yùn)行實(shí)時狀態(tài)與技術(shù)參數(shù)變化趨勢；展示虛擬電廠運(yùn)營調(diào)度過程以及評估指標(biāo)信息展示虛擬電廠各類負(fù)荷資源技術(shù)參數(shù)變化趨勢，以可視化技術(shù)全面支撐虛擬電廠經(jīng)營決策。

儲能系統(tǒng)實(shí)時狀態(tài)監(jiān)測

虛擬電廠接入的負(fù)荷資源中包括充電站充電系統(tǒng)，此頁面通過數(shù)據(jù)采集，實(shí)時的、動態(tài)的展示充電系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測，包括設(shè)備當(dāng)日充電放電量，設(shè)備功率以及各設(shè)備在線狀態(tài)信息。

其中調(diào)控電量信息圖可展示計(jì)劃目標(biāo)調(diào)控電量以及實(shí)際調(diào)控電量。通過實(shí)時計(jì)算電量偏差率，業(yè)務(wù)人員可直觀查看虛擬電廠調(diào)控電量業(yè)務(wù)內(nèi)容，做到實(shí)時性，直觀性，便捷性。

負(fù)控系統(tǒng)業(yè)務(wù)介紹

虛擬電廠中新型電力負(fù)荷控制系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)和負(fù)荷的友好互動，提高電網(wǎng)末端負(fù)荷調(diào)節(jié)能力，解決電力電量平衡問題，降低錯峰、避峰對用戶用能的影響，增強(qiáng)電網(wǎng)需求側(cè)管理彈性，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷控制對市場化推廣交易支撐，輔助電力系統(tǒng)低碳運(yùn)行。實(shí)現(xiàn)用戶側(cè)負(fù)荷精準(zhǔn)、實(shí)時的柔性管理，實(shí)現(xiàn)用戶側(cè)分級、分項(xiàng)負(fù)荷的可觀、可測、可控、可調(diào)。

負(fù)控管理

負(fù)荷管理指對電力用戶檔案和負(fù)荷信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并根據(jù)用戶負(fù)荷特征建立負(fù)荷資源庫，包括用戶檔案管理、用戶負(fù)荷特性管理等業(yè)務(wù)。用戶檔案管理是對開展負(fù)控業(yè)務(wù)的電力用戶檔案信息進(jìn)行管理，按照用戶參與有序用電性質(zhì)分為自動化控制用戶和柔性控制用戶。

針對自動化控制的用戶，當(dāng)滿足控制觸發(fā)條件時，通過頁面、短信等方式提醒有序用電執(zhí)行人員，由人工確認(rèn)后進(jìn)行負(fù)荷控制。針對交互性控制的用戶，當(dāng)滿足控制觸發(fā)條件時，通過頁面、短信等方式提醒有序用電執(zhí)行人員，由人員同用戶交互來進(jìn)行柔性控制。用戶負(fù)荷特性管理是對用戶的負(fù)荷情況、行業(yè)特征、用電時段、用電變更信息等使用標(biāo)簽區(qū)分，支持標(biāo)簽查詢。

終端用戶信息綜合查詢

可通過查詢列表，搜索各個終端對應(yīng)的用戶信息，主要是電廠客戶信息，例如某企業(yè)用戶下的終端信息，電能表信息等。

終端運(yùn)行分析

各用戶終端運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，其中重點(diǎn)可查看各用戶終端數(shù)量，終端故障分析，終端檢修等。電網(wǎng)通過新型電力負(fù)荷控制系統(tǒng)建設(shè)實(shí)現(xiàn)對電力用戶用電負(fù)荷的信息采集、實(shí)時監(jiān)測和精準(zhǔn)有序控制。

負(fù)控執(zhí)行

負(fù)控執(zhí)行業(yè)務(wù)部分內(nèi)容主要記錄各年份負(fù)荷調(diào)控執(zhí)行記錄，通過高效，流暢，簡潔，美觀的設(shè)計(jì)頁面來展示。全面掌握負(fù)荷控制執(zhí)行情況，包括負(fù)荷實(shí)時監(jiān)測、負(fù)荷壓降結(jié)果分析等。負(fù)荷實(shí)時監(jiān)測是指在負(fù)荷控制執(zhí)行過程中，總部對各網(wǎng)省的實(shí)際負(fù)荷曲線、基準(zhǔn)負(fù)荷曲線、目標(biāo)負(fù)荷曲線、控制命令執(zhí)行情況進(jìn)行監(jiān)測。

負(fù)荷調(diào)控執(zhí)行記錄總覽

各年份負(fù)荷調(diào)控執(zhí)行記錄，通過時間軸與記錄數(shù)量來體現(xiàn)。

某年份執(zhí)行效果分析

二級頁面，主要體現(xiàn)當(dāng)前選擇年份負(fù)荷執(zhí)行效果分析，例如執(zhí)行到位率、執(zhí)行響應(yīng)及時率等。

決策分析

負(fù)荷決策分析是為負(fù)荷控制執(zhí)行計(jì)劃提供理論及事實(shí)依據(jù)，包括負(fù)荷特性分析、用戶潛力分析、有序用電計(jì)劃決策等。負(fù)荷特性分析是綜合考慮用戶的用電類別、行業(yè)類別、開關(guān)負(fù)荷性質(zhì)、用戶經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)值等各方面因素，對用戶負(fù)荷進(jìn)行特征抽象化（波動型、季節(jié)型）等，建立用戶負(fù)荷特性標(biāo)簽庫。用戶潛力分析是對用戶用能系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)研分析，找出基于時間的用能系統(tǒng)電力負(fù)荷變化規(guī)律并最終計(jì)算得出用戶的負(fù)荷控制資源及潛力。

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

終端時段控參數(shù)設(shè)定

對某個終端進(jìn)行各時段參數(shù)設(shè)定，可設(shè)置當(dāng)天到未來 7 天的數(shù)據(jù)，可保存三種設(shè)置方案。（備注：此部分功能重點(diǎn)體現(xiàn)為給負(fù)荷調(diào)控執(zhí)行做數(shù)據(jù)支撐。）

2.5D 組態(tài)效果

方案預(yù)覽

方案預(yù)覽主要目的是針對負(fù)控方案的可視化預(yù)覽。依托于 HT 強(qiáng)大的圖表組件及渲染能力，設(shè)計(jì)師可快速設(shè)計(jì)方案預(yù)覽效果頁面。方案預(yù)覽頁面一般都是只讀不可修改，在負(fù)控系統(tǒng)中生成的方案最終會導(dǎo)出一個預(yù)覽頁面，此預(yù)覽頁面可直觀展示各負(fù)控方案調(diào)節(jié)措施，調(diào)節(jié)信息細(xì)節(jié)等。

HT 圖形界面組件庫

HT-UI 是一套界面組件庫，基于 HT 核心包架構(gòu)以及 HTML5 中的 Canvas 機(jī)制。內(nèi)含種類豐富的組件，提供良好的封裝接口，可根據(jù)業(yè)務(wù)需要自定義組件，也可與其他框架輕松結(jié)合。提供 Renderer 以及獨(dú)特的樣式渲染機(jī)制，增加已有組件的靈活性，豐富頁面樣式及結(jié)構(gòu)的同時，也可以更好地詮釋業(yè)務(wù)展示。多樣化的布局器功能強(qiáng)大，便于搭建或結(jié)構(gòu)梳理，彌補(bǔ) CSS 布局的繁瑣。如該案例一樣，非常適用于企業(yè)級 CRUD 管理系統(tǒng)的搭建制作。以下針對 HT-UI 界面組件庫做一個簡單的介紹。

常用組件功能

HT 組件庫常用組件包括按鈕、下拉框、輸入框、文本框、進(jìn)度條等常用功能組件。組件功能完善可提高項(xiàng)目效率，提高設(shè)計(jì)效果。

HT 圖形界面組件庫結(jié)合其他框架

HT-UI 界面組件庫可良好的結(jié)合其他框架，如下圖中各種統(tǒng)計(jì)圖表，就是結(jié)合了我們的核心框架，運(yùn)用圖表插件進(jìn)行數(shù)據(jù)呈現(xiàn)。其中主要包含橫豎柱形圖、常規(guī)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(shí)現(xiàn)快速布局渲染，在保證設(shè)計(jì)效果的前提下提高了整體效率。