2023能源电力数字孪生应用实例

PAGEPAGE227能源电力数字孪生应用案例目录TOC\o"1-3"\h\u19659能源电力数字孪生应用案例 118419（一）县域源网荷储协同互动数字孪生应用 4103581．案例概述 418982应用场景 512247案例总结 88498（二）普侨直流送端换流站数字孪生全要素一体化管控平台 97626案例概述 920024应用场景 1016826案例总结 1412931（三）广州计量检定室数字孪生智能运维系统 1512584案例概述 1526987应用场景 1628289案例总结 1913900（四）雄安电网数字孪生全要素示范应用 2030639案例概述 2020331应用场景 21507案例总结 3021684（五）重庆明月山数字孪生变电站 3156931．案例概述 3131159应用场景 316008案例总结 3625687（六）百矿集团德保基地（铝厂+电厂）数字孪生项目 3720296案例概述 373577应用场景 3814031案例总结 419022（七）河南平顶山风电场工程全生命周期服务平台 4210249案例概述 4232403应用场景 4217062案例总结 4431758（八）荆门智慧供热管理平台 45268481．案例概述 456522应用场景 467149案例总结 4811135（九）疆纳智能互联控制中心指挥平台 4931988案例概述 4931047应用场景 507852案例总结 52县域源网荷储协同互动数字孪生应用1．案例概述20280天-荷—平行—未来”多时态运行场景，实现县域电网多时态、高保真、准实时的运行推演，为决策者提供清晰准确的参考运行状态，并为快速应对随机性多目标运行管理提供决策支撑。应用场景场景1：源荷储设备级数字孪生体构建通过结合设备运行机理及多元数据，构建风机、光伏、储能等源、荷、储各分布式资源设备对象的数字化孪生模型，通过搭建各类型设备机理模型与海量分布式设备间关联，实现数字孪生体对电网物理实体运行工况的精准映射。考虑分布式资源运行不确定性，基于“知识+数据”联合驱动挖掘各类型分布式资源设备运行特征，以分布式源荷单体的功率特性、天气特性、地理特性等特征数据，构建数据驱动的源荷时空耦合特性分析模型，挖掘分布式源荷的空间相似性、空间互补性、日间重复性、日内互补性、以及时空交叉耦合性等特征；基于县域能源互联网风光水荷等分布式源荷多维数据，采用源荷时空耦合特性模型，挖掘台区-馈线-变电供区-县域全网等多空间尺度的源荷耦合运行规律，以数字化表征方式实现对海量源荷设备实时同步评估，实现能源网全属性多元异构设备的孪生体完整建设。场景2：县域能源互联网全要素数字化再造打造孪生系统数据采集管理模块，整合分散在各业务系统的电网设备、拓扑等数据，通过数据镜像和转换，实现电源、电网到用户全网数据的统一模型和集中管理。实时汇聚电网各环节电、非电采集量测数据并准确对应至源荷储设备孪生模型，有效融合动态采集量测数据与静态网架数据，实现物理电网在数字空间的实时动态呈现。同时，采用标准化模型搭建体系，实现高效的数据调用与运算处理工作，基于历史数据及实时运行监测数据，支撑设备聚合建模、可调评估、仿真推演、决策优化等功能构建。场景3：运行场景生成，提升多场景运行应对能力构建能源互联网运行场景编辑能力，充分考虑储能集群、电动汽车集群、新能源集群的电价因素，新能源消纳率与系统运行峰谷差等引导变量，建立多层级多利益主体的运行场景，同时可灵活设置全局经济最优、新能源全局消纳、削峰填谷等运行目标，实现随机性场景的预测及生成。有效精确感知电网的运行态势、供用电平衡趋势，通过控制各分布式资源出力特性与动作策略达到全局协调运行，控制能源互联网电网潮流分布，提升多场景运行应对能力。场景4：多时态推演，提升异常状态的前瞻预知能力-不同调度需求下多种运行方式的分布式资源平行系统，实现对系统运行状态、应急时间的预先感知与处理，为系统安全稳定运行提供保障；在未来场景推演分析模块，考虑新型电力系统设备规模增长及环境变化，通过新能源预测、环境参数预设等手段，实现未来随机性场景的预测及生成，提供数字孪生电网动态推演功能，有效精确感知未来电网的运行结构与用电需求，实现特殊场景与异常状态的前瞻预知与决策。图150场景编辑与多时态推演场景5：多级聚合，提升业务效率--2010MW11636863686304624小时运行状态进图151数字孪生系统运行展示案例总结20个、10MW1163686304依托数字孪生系统实现能源互联网包括电网经济运行、新能源消纳、削峰填谷等目标下的优化运行，在兰考电网新能源渗透率超275%的情况下，通过控制各分布式资源出力特性与动作策略、准确预测新能源出力及不确定性达到全局协调运行，提高电网复杂运行场景的应对能力。通过调节储能和充电站，可以消除间歇性新673，95%（10），29.1兆瓦（优化前为33.1兆瓦）。（二）直流送端换流站数字孪生全要素一体化管控平台案例概述PaaS换流站数字孪生试点建设，以推进智能技术在生产全业务链条的集中全面应用为目标，以智慧运行（智能巡视、智能安全、智能操作）、智慧检修和智慧装备作为重点推进领域，最终实现巡视的无人（少人）化、设备状态的及时有效掌握、作业安全风险的全程可控以及设备操作的高效准确。本项目基于工业数字孪生PaaS级工具链建设换流站整体数字孪生底板，基于该孪生底板实现设备内部结构展示、教学培训与设备仿真操作等场景交互，助力运行维护人员实时、全方位掌控换流站全站运行设备动态信息，并对设备操作、运行风险进行全面可视化评估。应用场景场景1：通过安全作业模拟仿真推演，实现风险提前预判管控数字孪生全要素一体化管控平台通过联动周边设备的实时数据及操作状态量，在数字孪生三维场景构件化模型中展示带电状态信息，并将推演结果及预警值进行呈现，直观显示区分带电不带电区域，从而实现对带电区域人员管控。数字孪生全要素一体化管控平台通过高空作业车停电检修智能仿真作业推演，提前对现场安全作业的安全距离进行判定，实现高空作业车检修作业的风险提前预判与管控。图152高空作业车业务安全仿真情景2：基于全景化信息支撑的智能运行管控数字孪生全要素一体化管控平台实现多源异构数据的集成、可视化分析与呈现，换流站电压电流频率、直流功率关键设备，关键设备SF6压力、红外等实时数据，超过正常范围时，数值以红色高亮提示。数字孪生全要素一体化管控平台通过数字孪生高仿真场景，对换流站全方位进行智能安全管控，提供多类型三维功能操作套件，达到多端设备及系统融合打通，数据多维度动态展示，实现设备运行状态及其趋势性预警，保证机组作业的安全、高效、集约、规范和智能运作。当运维人员下发巡检任务指令后，基于数字孪生全要素一体化管控平台，可查看巡检机器人实时空间位置及巡检数据，为设备异常分析和应急指挥提供全景化呈现信息支撑，提高应急处置效率。图153换流阀设备运行监控场景3：基于SER联动智能操作业务的虚实融合互动SERSER告SER点位三维联动，以虚实结合的方式确保DS3000和SER图154SER告警联动智能操作情景4：基于三维孪生技术的业务流程及设备仿真XR5G图155顺控流程演示案例总结本项目通过结合工业数字孪生PaaS级工具链、云端像素推流、GIS、前端感知设备、智能监控、智能机器人、数据中台等多种前沿软硬件技术，搭建换流站数字孪生全要素一体化管控平台，实现数据从采集端到存储端再到管理端，再流转供予专业技术人员进行研究分析，最终输出优化方案反馈予生产系统，形成一套全新的数字孪生生产优化闭环。本项目的核心目标为“安全+经济”，以建设本质安全型企业为目标，大力发展安全管控技术，由原来的人力密集型管控向技术密集型管控过渡，通过数字孪生全要素一体化管控平台，管控资源多系统集约互联，安全管控人力时间成本节省近百万元，提高管控效能。能更及时地发现安全风险，并通过更丰富的仿真、孪生反馈手段提醒和制止风险行为，守护了人员、设备以及电网的本质安全，确保了直流供电的可靠，减少停电与其带来的危险和损失。+UWB（三）计量检定室数字孪生智能运维系统案例概述（涡轮）法气体DN50-DN450数字孪生智能检定平台采用了尖端三维激光扫描与BIM建筑1134511021个。数字孪应用场景场景1：数据总览基于三维态势地图技术及图纸数据构建，可以加载显示高精三维建筑结构数据，以及管道、阀门、流量计、变送器等要素信息，完整、详尽的对工艺运行态势进行复现，实时数据驱动虚拟场景呈现，全方位还原物理空间。图156数据总览模块智能运维系统的建设，将物理空间的三维实体映射到项目数字化体系中，并将系统状态、设备参数、资产信息等集成到同一个数字孪生系统，实现可视化工艺流程管控、智能检定仿真与智能化策略固化。业主可在系统中可查看整个站场重点信息，迅速浏览站场概况，并可在站场场景中漫游。场景2：智能检定50%图157智能检定模块场景3：资产管理系统显示资产与该资产当前数值，通过查看资产信息可了解到资产台账、电子铭牌、设备简况、人员变更、维护台账等不同种信息，方便运维人员对资产进行管理。图158资产管理模块场景4：流程仿真数字孪生机理模型是根据站场工艺流程、实时工况建立的水力仿真模型，是智能控制中枢模型策略模拟运行与辅助优化的重要工具。智能控制中枢给出的控制策略下达到数字孪生机理模型，进行模拟仿真验证，数字孪生体能够比较准确的实时甚至超前反映现场系统水力行为，将结果反馈智能控制中枢开展进一步迭代优化至最优解。数字孪生机理模型还可通过后期的运行数据，实现模拟精度的持续优化，进而比对发现工艺系统出现的偏差，指导人员排查问题原因。系统显示二维流程图及三维流程图，以最直观的、最全面的展示方式，实现有效数据的有机结构化表达，运维人员可二三维联动查看，进而实现真实流程、演变过程的即视化，可以精准还原物理世界的场景、环境，模拟各类物理世界未来可能发生的重要变化、动作，对未知情况进行分析、预测、诊断、仿真、训练，从而优化决策模型，降低培训推演难度。案例总结61.5小时；35050%。经济效益。案例共建设管段3451段，设备1021个，实现对现500万元，而1.0V2.0V3.0案例具有基于底层数据的共性应用服务能力，业主可以通过该能力再在平台上打通资料权限、信用服务、身份认证、电子证照等不同业务系统，以及获取各类物联网传感器与移动物体的实时动态数据及更新服务，同时提供位置追溯、轨迹跟踪等历史数据管理服务。（四）电网数字孪生全要素示范应用案例概述为加快推进雄安新区数字化、智能化城市规划建设和建立国内领先的城市规划建设体系，基于国网企业中台、技术中台、人工智能平台、云平台等信息化建设成果，结合雄安新区数字城市的建设思路，搭建雄安电网数字孪生体系架构。探索建设涵盖“网、站、线、变、户”的数字孪生示范项目群，通过示范效应，以点带面带动雄安电网数字孪生建设，推动建设与数字城市深度融合的数字孪生电网，为雄安电网的运营管理提供有力支撑。数字孪生全要素示范包括数字孪生微电网、数字孪生变电站、数字孪生光伏电站、数字孪生开关电站、数字孪生电缆线路、数字孪生配网台区以及数字孪生综合能源系统等全要素示范。通过构建“网、站、线、变、户”的数字孪生示范项目群，实现各点交互协同，推进再电气化能源战略落地。应用场景场景1：网-数字孪生微电网图159王家寨微电网控制服务系统场景2：站-数字孪生变电站雄安地区剧村基于基建移交的变电站数字模型与现场激光点云扫描，建立与物理变电站、实体设备完全一致的数字孪生变电站，具备全景监视、设备管理、巡视作业、检修作业、实施警告、应急管理和技术监督等功能。图160剧村数字孪生变电站设备管理场景3：站-数字孪生光伏电站为提升雄安高铁站屋顶光伏电站的运维效率，国网雄安综合能源公司打造了与该光伏项目同态运行的数字孪生光伏电站。数字孪生光伏电站运行综合信息包括经济收益、发电量、逆变器效率、综合效率、天气情况、节能减排、故障报警等数据信息，实现了对该光伏电站的全景监测、指标分析、积尘分析等功能。通过数字孪生技术对实体进行虚拟建模，模型的逆向反馈可提升光伏电站发电效率和运维效率，实现光伏发电系统的全生命周期高效运行管控。光伏电站管理由光伏设备模型库、发电功率预测、电站性能评估等需求组成。按照并网逆变器的主要参数、效率曲线、输出参数、其他参数５个方面，构建并网逆变器模型。通过数字孪生光伏电站的全景监测功能，可以实现对升压变、逆变器、光伏组串等设备运行数据和告警信息的实时展示，从而可以支撑工作人员开展虚拟巡视；通过数字孪生光伏电站的指标分析功能，可以统计计算发电小时数、系统发电量、系统效率、系统故障次数等指标，以便工作人员深入掌握光伏电站的运营状况；通过数字孪生光伏电站的积尘分析功能，可以推算出光伏电站光伏板上积尘的♘度，并为工作人员制定合理的清洗策略，进而保证光伏电站的发电效率。图161高铁站屋顶数字孪生光伏电站场景4：站-数字孪生开关站提升开关站运维效率，有效减少巡检工作人员投入，解决快速查看现场以及重要保电任务中部分关键电力场所无法直接值守问题。数字孪生开关站融合三维建模、VR以及视频融合等技术，开的PCVRPC端两种虚（d）（a）全景监视 （b）设备管理（c）机器巡视 （d）技术监图162剧村数字孪生变电站场景5：线-数字孪生电缆线路隧道智慧线通信设备采用新型无线组网和直流供电方案，为地下廊道提供宽窄带通信信号与直流电源的投送和覆盖，实现电缆状态多维感知与诊断决策、隧道环境全息感知与远程管控、电缆智能移动巡检与实时管控、电缆故障快速定位与智能抢修等场景应用功能。构建电缆线路叙事同台的数字孪生电缆线路，实现电缆线路的虚拟巡视和精细化管理，提升电缆线路运维工作的智能化水平，节省人力、设备成本投入，降低电缆线路故障损失。隧道智慧线通信设备感知层物联网架构如下图所示，可以提供全廊道物联网组网和接入网络、高带宽WiFi接入网络、5G宽带信号耦合接入、信息设备直流供电输出、入侵探测及跟踪、精确人员定位、在线式电子巡查、无线语音通信等服务，基于多系统、多功能深度融合实现状态检测感知、人员定位、入侵报警及跟踪、无线语音通信、在线式电子巡查、自监控功能等功能。数字孪生电缆线路将三维模型与设备台帐、运行状态、环境信息进行有机融合，可实时直观的监测电缆线路的运行状态和电缆隧道内的环境信息，实现虚拟巡检；同时还能够根据档案数据、试验数据、故障记录等信息，实现对电缆线路的状态评价，辅助工作人员指定检修计划。图163隧道智慧线通信设备感知层物联网架构场景6：变-数字孪生配网台区配网台区数字孪生功能场景应用基于云计算、人工智能、大数据和虚拟建模等先进技术，有机融合大数据、人工智能以及物联网等技术，构建可被机器理解的数字孪生电网台区环境，融合多源/异构/多模态电网实时数据及台区拓扑数据，对电力数据进行展示、挖掘、分析，实现对电网设备运行的监控预警、应急处理。数字孪生配网台区可实时展示物理配网台区的线损指标、异常告警、配变负载等信息，为台区经理的运维巡检工作提供支撑。配电网数字孪生台区如图6所示，通过数字孪生配网台区可以实现物理配网台区历史运行状态的回溯，进而复现异常发生时的各类电气量，为台区经理开展异常原因诊断提供参考依据。基于人工智能优化算法，自动生成相间负荷调整策略、储能装置充放电策略，为配网台区的优质运行提供决策支撑。融合前端实时感知数据、历史运行数据，打造实时态、历史态、未来态、辅助决策及沙盘推演的配网台区数字孪生体，实现配网台区更为全面、及时、准确的状态感知。配网台区数字孪生功能场景应用系统具体内容如下图所示。图164配网台区数字孪生应用架构场景7：户-数字孪生综合能源系统（CIEMS），BIM图165数字孪生综合能源系统案例总结雄安电网数字孪生全要素示范是电网企业推进“数智”化转型的重要实践，能够深入挖掘数据资产价值，实现精准作业，真正实现“数”与“智”的融合，为未来配电网建设及运维模式转变树立新标杆。38.3780%2080吨，减518440%，年平均停电60%通过“网、站、线、变、户”的数字孪生示范项目群建设，可有效提升雄安电网的数字化驱动水平，精准掌握整个电网的实时状态和发展趋势，自动做出合理的应对措施，为电网的稳定经济运行提供决策，为雄安数字化城市建设提供支撑。数字孪生变电站1．案例概述PMS3.0顶PMS应用场景场景1：打破数据壁垒，实现数据互联互通3D点云模型，复用智3D空间信息和现场图166线路实时遥测信息场景2：贯通系统功能，推动业务全程流转贯通系统功能，实现跨系统业务流转全流程智能安全管控体系在检修计划、现场勘察、风险辨识、方案编审、施工交底、作业管控等环节深化应用数字孪生系统全景监视、视频融合、空间定位、图像识别、人员车辆轨迹追踪等技术，构建全流程智能安全管控体系。在本地将施工方案和安全措施数字化，在远端将作业现场具象化，用技术手段消除安全管控的距离障碍，助力“管住计划、管住队伍、管住人员、管住现场”。场景3：开创虚实融合，赋能现场安全管控（查勘辅助（查勘辅助）功能，可图167远程虚拟辅助查勘施工方案数字化。对施工作业范围、停电范围、安全措施、工作地点保留带电设备、邻近带电设备自动形成记录，对各施工工序中吊车、高臂车等大型施工机械的停放位置、吊臂活动范围、转场路径形成标准的“时间-3D空间”约束，为精益化现场管控创造条件。图168作业区域可视化展示施工交底数字化。App，对照数字化的施工方案，逐条完成对施工作业范围、停电范围、安全措施、工作地点保留带电图169APP作业安全交底现场数字化布防。根据数字化的施工方案，结合空间定位、视频融合、图像识别、人员车辆轨迹追踪技术，实现对施工现场的远方实时管控。对超出作业范围、碰线、安全距离不足等风险进行远程实时监控，遇有异常情况集控站可立即告警，并连线现场人员进行视频通话，及时制止不安全行为。图170虚拟融合现场管控施工人员管控。一是利用人脸识别技术，识别现场人员作业资质，及时发现冒名顶替，工作负责人、监护人擅离现场等行为；二是利用图像识别技术，及时发现制止不带安全帽、不放倒搬运梯子等不规范、不文明作业行为。图171作业违章抓拍场景4：利用虚实融合，提升火灾应急能力将电缆沟电缆位置、走向等在数字孪生场景中直观展示，发生异常时可快速、直观定位异常位置，大幅缩短异常查找时间。同时将全站消防设施、器材等添加至数字孪生系统，结合寻路算法，发生火灾时可提供最佳处置策略和逃生路线，显著提升变电站火灾应急处置能力。图172动力电缆数据监测案例总结20%OMSPMS30%（六）（铝厂+电厂）数字孪生项目案例概述+图173电铝全域数字孪生管控平台架构图应用场景场景1：电铝一体化基地工厂可视化呈现以工业数字孪生为载体，依据百矿集团德保基地电铝一体化的生产模式，将现有生产线的生产逻辑、工艺流程通过虚实结合、点位镜像映射的方式构建“基地—工厂—车间—产线—设备”的全域数字孪生管控平台。平台实时更新集成整厂工程建设、生产运行、业务运营等不同阶段的数据，通过大数据处理能力及建模分析能力，对铝厂和电厂海量多维的工业生产数据及管理流程数据进行预处理、挖掘分析、加密传输与转换，如发电量、出铝量、设备效率、总碳排换算等数据，并融合运用3D仿真技术制作基地三维模型，对基地全域数据进行可视化呈现，从而实现整厂生产过程动态监测，包括火电厂及电解铝厂线上产线监控、设备设施全生命周期跟踪、工序过程分析预警、价值流辅助分析、产线布局辅助设计等场景。通过数字孪生技术，电铝虚拟工厂与电铝现实工厂之间实现交互，形成可统一操作的线上电铝一体化基地。场景2：电解铝厂全要素数字化表达+LSTM时间序列模型，根据T（天）时刻电解槽运行数据及其他历史运行数据，对时刻的氟化铝添加量、出铝量及设定电压等进行控制和预测；0-1整数场景3：火电厂数据融合供给图174百矿集团德保电厂展示案例总结++通过部署平台，企业管理人员与作业技术人员应用孪生车间、25%测及预测性维护，方案实施后火力发电厂度电煤耗降低了6克，电解铝厂吨铝电耗下降超200千瓦时。（七）风电场工程全生命周期服务平台案例概述170m的新型风电0.07应用场景场景1：设计优化场景——基于非线性多物理场耦合仿真云平台依托自主研发的非线性多物理场耦合仿真云平台，使用三维线弹性和弹塑性有限元计算分析方法，实现结构力学、岩土力学相互耦合仿真。以参数化输入方式，自动建立三维模型，自动进行自适应网格剖分，开展应力平衡分析、弹性和弹塑性静力分析、疲劳分析、动力分析等，辅助设计人员快速迭代。据测算，该方式可将一71场景2：智慧施工场景重点针对新型结构类型、新型施工体系进行施工安全监测与分析。通过数字孪生技术，实时展示塔筒施工进展和姿态，为操作人员提供参考。由此，可避免测量人员在施工过程中进入风电塔内进行高危作业，缩短了施工过程高危期，降低施工风险。图175智慧施工模块示意图场景3：智慧运维——基于IoT+CAE+AI技术IoT+CAE+AIAI实时监测可及时发现安全隐患降低风电塔事故发生风险，提前发现发电设备的故障或对故障进行状态评估，用于辅助运维人员进行风季前或风季后运维决策判断，减少因风季运维导致的发电量损失。图176基础部分监测案例总结通过智慧施工模块可减少施工过程中及施工完成后测量人员的工作量，降低测量人员工作风险，提高风电塔施工速度。可省去塔下和塔外塔筒垂直度测量人员（至少三人）工作量，减少了等待测量人员测量的时间，且在雾天或夜间视线不好状态下也能获知塔筒垂直度满足施工需求，由此可加快施工速度10%至50%。构是否健康安全以及是否发生故障并提出故障所在位置和处理建议，可省去运维人员30%左右工作量。智慧供热管理平台1．案例概述34km40万吨/26km，供暖服务面积71AI模AI/IoT/CAE核心技术，由云庐科技自主设计、独立研发，实时在线分析架空及埋地供热管道内介质流动、传热过程，建立供热管网水力、热力多物理场耦合仿真机理模型以提高精度，基于MPI应用场景场景1：项目信息集成展示图图177实时监控页面场景2：漏损分析及定位BIM图178漏损分析页面场景3：辅助运维及更新决策根据系统提供的数据，对管网流量、压力异常事故及时告警，按制定的工作流程对告警情况进行分析，确定告警等级、告警部位等，告警方式分为实时界面提示、报表、Email、短信等。对漏损、爆管及异常告警进行运维反馈，及时掌握运维进度。识别最优管网维护方案，在线计算识别出局部堵塞管段和保温损坏管段，为管网更新改造规划提供科学决策。图179告警管理页面案例总结通过供热系统智慧管理平台的应用，将实现城市