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18个能源电力行业“数字孪生”案例

2022-10-11分类:CPEM推荐 / CPEM推荐来源:CPEM
【CPEM全国电力设备管理网】

图片来源:科学网 



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电力数字孪生


“十四五”数字经济发展规划提出,要以数据为关键要素,以数字技术与实体经济深度融合为主线,不断做强做优做大我国数字经济。


在“双碳”目标、国家数字经济发展战略与能源内在需求的三轮驱动下,我国加快能源转型,深入推动以新能源为主体的电力系统建设,但随着波动性大、随机性强、预测难度高的新能源高比例并网以及多数据源头、多类型电力设备的高比例接入,形成了“一张电网”设备众多、数据庞杂、运维技术难度高等情况,对电网的功率平衡、安全供电以及运维检测提出了巨大挑战。


在此情形下,传统的运维方式已经满足不了电网的高速度高强度发展需求,而以大数据为重要支撑,充分依靠云计算、区块链、人工智能等新兴技术的数字孪生技术,则可以全面赋能智慧电网、智慧电厂,实现电力生产、电网运维全过程全覆盖实时监测,使电网“客观、可控、可测”。


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什么是电力数字孪生

What is Digital Twin


电力数字孪生是指以大数据为支撑,深度挖掘物理世界电网运行全过程数据信息,然后模型构建,以全覆盖、多纬度、无限近真之方式投射至虚拟世界,使电网运行处于实体与虚拟交互映射状态,实体电网用以发挥其基本供电功能,虚拟电网用来智慧解析、智能决策、实时全角度监测电网运行的状态以及预测电网未来发展趋势,并发送状态报告以及预警报告至人工接收台,使实体电网能够在第一时间得到相应的维护,将故障阻断在萌芽状态,保证电网的经济高质、安全稳定运行,电力数字孪生技术可全面优化电网运行策略,助力电网运维向智能化、精益化、高效化转型升级。


近年来,各大电力企业及时抓住数字发展机遇,大力发展夯实企业数字化发展基础,数字孪生技术在电力行业的应用越来越普遍,下面,就与大家分享几家特色电力数字孪生应用案例,一起来看看~~




目录


01 国家电网 (10家)


02 南方电网(4家)


03 发电企业及其他单位(4家)


01

国家电网


国网上海市电力公司浦东供电公司

 蔡伦站 


电网设备数字孪生系统的首个试点站——35千伏蔡伦智慧变电站,地处国家级技术高地——张江科学城,为区域内“三大三新”产业提供电力保障。蔡伦站内运用25类传感技术搭建全维度前端感知网络,实现更为全面、准确、及时的状态感知,形成了以“机器为主、人工为辅”的巡视模式,大幅提高巡视效率和质量,降低运维人工成本的同时,也让运维工作更安全。


数字孪生系统将专家知识与人工智能相结合,对传感器采集的动态数据和海量历史数据进行研判分析,实时诊断设备健康状态。当感知到设备出现异常情况时,系统还会对巡检机器人发出指令进行复测,同时缩短传感器的采样周期,实现“双向互动”、“循环复诊”。


通过设备不同“健康指标”之间的“环形验证”,数字孪生系统不仅能够及时发现缺陷,还能够快速定位缺陷,给出相应的“治疗方案”,做到“提早发现,精准治疗”。同时,系统还可以根据设备健康状态,“对症下药”输出差异化、精细化的检修策略,由预防性检修转向预测性检修,推动“检修模式”从“粗放经营”向“提质增效”转变。



图文来源:国网上海浦东供电公司



QQ截图20221011170016.jpg

国网上海市电力公司浦东供电公司

 博艺站 


为了改善临港新片区电网结构,解决配电网的薄弱环节,国网上海浦东供电公司拟在临港新建马厂、博艺、洋山、顺浩、浩通、春景、鹏翔、川桤等共计8座110千伏变电站,加快临港新片区110千伏双侧链式电网构建。马厂站已经于2019年10月完成送电,博艺站紧随其后,浦东公司用实际行动再次兑现“临港速度”。


作为第一座试点变电站,博艺站从建设之初就已明确“数字孪生变电站”建设理念,在打造的三维变电站模型基础上,融入实体变电站运行中的动态信息,并在变电站设计之初就以移交运行使用的标准进行建造、验收、投运,在投运后可以同步显示实体变电站的所有信息,实体变电站建设的同时,一座“拷贝不走样”的数字变电站也在同步建设,投运后,这对“孪生兄弟”一个在实地,一个在远端,一个负责实际供配电,一个体现错综复杂的数据。如果今后每一座变电站都可以实现实体变电站、数字孪生系统的同步投运,这将彻底打通数字化建设的瓶颈,真正实现数智化转型。


110千伏博艺站数字孪生系统的建成具有划时代的意义,对临港电网整体建设来说,数字孪生系统的应用,突破了传统变电站的局限性,使变电站不再是从前冷冰冰的建筑和设备,而是具有思考和交互功能的数字智慧镜像,实现与运行人员的互动和交流,降低运维用人成本,进一步提升智能化水平与安全生产能力。



图文来源:国网上海浦东供电公司



国网四川省电力公司

 广元供电公司 


日前,国网广元供电公司220千伏数字孪生袁家坝变电站完成三维模型建设,该变电站有了“孪生兄弟”,标志着该公司迈出“数字孪生”技术应用第一步。广元公司按照国网公司、省公司推进电网智能化提升和数字化转型工作要求,大胆尝试,创新引入“数字孪生”技术,以220千伏袁家坝变电站为试点,开展“数字孪生”变电站建设。


建设过程中,通过现场数据采集,源代码编写等工作,对220千伏袁家坝变电站设备设施进行三维实景重构,结合设备三维建模融合各类监测数据接入、展示与统计分析,以此实现对变电站的智能监控管理。


“孪生”的变电站运用后,将实现变电站三维全景可视化展示及设备全状态感知、检修作业装备智能匹配、检修路径和作业范围自动规划、变电站三维电路及虚拟电气操作、检修作业全景仿真模拟和停电区域确定、作业方案的自动生成等功能,为一线人员减负,让电网更智慧。



图文来源:封面新闻




国网安徽省电力有限公司

 铜陵供电公司 


“变电站数字孪生系统”是2021年安徽省电科院与铜陵供电公司合作开发的示范应用项目,通过为物理对象搭建虚拟模型,寻求以数字化、立体式呈现电气设备运行状态,从而实现对变电站设备的全域和全生命周期管理。基于此技术,孪生的两个变电站跨越现实与虚拟的界限,通过后者对变电站设备运行状况进行实时监控,发现潜在故障点。


铜陵供电公司作为该项目落地试点,自2021年4月起,即围绕项目建设开展实地勘察和环境确认,选定110千伏学院变作为“数字孪生”技术构建载体。当年12月,集成化平台成功构建,通过物联网链接和数据分析仿真,使用者可实时感知停电试验、带电检测等6类14项数据,围绕变电站的“DNA复刻”成为可能。


“复刻后的虚拟系统能够对主变套管温度、开关柜温湿度,电缆局放情况进行实时监控,根据配置好的算法开展数据分析研判,出现问题会及时弹出告警提示,给出最优解方案。”“变电站数字孪生系统”的成功应用,有效加强了数字技术与传统电网的深度融合,助力电力物联网关键技术集成与应用成果落地落实。



文字来源:凤凰网安徽   图片来源:金台资讯



国网山东省电力公司

 泰安供电公司


6月20日,国网泰安供电公司完成泰山区域地貌、3处变配电场所、8个环网柜及21台核心设备模型的孪生研发工作,为打造可观测、可描述、可控制、可互动的泰山区域数字孪生电网夯实了基础。


泰安供电公司充分运用5G、数字孪生、AR等信息新技术,积极构建各环节可感可查、直观呈现的泰山区域电网智能管控平台。从今年4月份开始,该公司结合业务需求分别从电网级、场站级、设备级三个层面逐级开展场景设计、模型构建、精细化三维仿真等工作,在数字空间中建设基于电网、环境、人员和业务四要素的电网数字孪生体。


目前,该公司正在实施77套采集设备安装、7类数据接入调试工作,依托5G通信高速率、低时延、高可靠等性能优势,将区域电网中各类电气类、环境类及监测类数据实时接入,实现泰山区域电网全电压等级三维可视化实时监测;同步研发AR智能辅助巡检功能,借助5G AR眼镜设备实现巡检过程中设备运行状态、历史告警查看及远程专家辅助指导等功能,解决一线运维人员传统巡视过程中设备综合运行状态分析难、故障精准定位难等问题,提升现场运维效率和智能化水平。



图文来源: 能源数字孪生



国网福建省电力有限公司

 福州供电公司 


“数字孪生+沙盘指挥”

国网福州供电公司指挥中心结合数字孪生电网的沙盘指挥场景,研发移动资源调派功能应用,将抢修队伍、抢修车辆、抢修物资、现场负责人等数据资源载入系统,运用互联网思维,实现了复杂抢修资源的最优调派及可视化管控,物资抵达现场最多不过50分钟,与原来电子表单人工记录通过指挥中心二传手的模式相比,时间缩短了50%,有效提升了物资调派的能效。


“数字孪生+智慧办电”

为提升客户用电工程报装质效,国网福州供电公司推出“数字孪生+智慧办电”,以全新的电网业务呈现方式和服务视角,带给用户温情便捷的服务体验。


借助数字孪生电网,构建供电能力可视化平台,自动搜索匹配供电设备和管沟资源,利用空间测量准确计算最佳接入方案,“一键生成”供电方案。大幅提升服务效率,提高客户服务满意度。



图文来源:电力好声音



国网河北省电力有限公司

雄安新区供电公司


容东集控站作为国家电网系统首批试点,成为国内首个同时应用新一代设备监控系统和数字孪生技术的变电集控站。据介绍,作为变电站运行信息的集中监控中心,变电集控站是电网运行人员的“千里眼”和“顺风耳”,通过实施主辅一体化监控,实现对变电站设备运行状态的监视、识别和控制。


据悉,为适应雄安新区建设数字城市发展要求,国网雄安新区供电公司率先将数字孪生技术应用于容东集控站,通过对所辖变电站进行元件级三维精细化建模,融入实时空间视频,形成三维全息场景的全景监视,实现可视化的高效集中监控,强化了“设备主人”的状态感知能力、缺陷发现能力、设备管控能力及主动预警能力。此外,国网雄安新区供电公司以容东集控站为平台,聚合“北斗+5G+无人机机巢”三大应用开展无人机自主巡检,对变电站周边外破、汛情等进行厘米级定位巡视,为容东集控站提供了智能化运管新模式。


为保障容东集控站高效运行,国网雄安新区供电公司还编制了4项技术规程及15项管理制度,建立了与之相适应的运维管理体系,构建了“无人值守+集中监控”“设备主人+全科医生”全新运行模式。



图文来源:数字孪生城市



国网山西省电力公司

 太原供电公司 


2022年以来,国网山西省电力公司积极推进电网发展数字化转型,应用“网上电网”在助力数字电网全景可视、多规融合图上作业、贯通业扩线上流程、全力接纳清洁能源、智能把脉电力经济、高效服务乡村振兴等方面创新实践,实现新技术、新作业模式在电力行业的实用化和价值体现。


2022年,太忻一体化经济区发展迅速,重大基础设施建设如火如荼。面对报装负荷集中、用电时间紧迫等情况,太原供电公司进一步深化“网上电网”应用,不断缩短客户办电时长,加速线路入地迁改,提升线路精益运维,为太忻一体化经济区建设提供高质量供电服务。


“‘网上电网’实现了图数一体,比起以往一手拿图一手拿表对照查看,方便很多。”太原供电公司规划人员曲亚旭说:“公司把营销用户的档案及运行数据也接入了‘网上电网’,我们在测算园区用电负荷时,先根据同类型客户的历史数据,分析报装项目的负荷特性,科学编制业扩方案,有效避免了报装容量虚高造成的电网资源及用户投资双重浪费。”


截至目前,太原供电公司利用“网上电网”完成太忻一体化经济区起步区供电专项规划、52项10千伏供电方案、3条园区道路10千伏线路入地改造方案,有效提高了区域电网规划效率和质量,保障园区内企业各项用电需求。



图文来源:电力企业服务



国网江苏省电力有限公司

 泰州供电分公司 


泰州公司以全国首家地市级智能运检中心为责任主体,全面开展基于“三全”的无人机样板间落地应用示范,即电网全专业(生产,基建,规划等),飞行全自动(飞行过程全自主),数据处理全智能(依托人工智能自动识别)。


泰州公司充分发挥无人机样板间基于PMS3.0中台数据融合贯通和打通应用与平台“最后一公里”的创新成果优势,在应用上,将自主飞行和数据智能识别深度融合,单作业任务流转时间缩短50%,泰州公司率先开展运检全专业的无人机图像人工智能算法识别提升工作,截止目前,以完成19大类人工智能算法成熟转化,将逐步部署进省级人工智能平台供全省各单位应用。


此外,泰州公司充分发挥无人机样板间基于PMS3.0中台数据融合贯通和打通应用与平台“最后一公里”的创新成果优势,在应用上,将自主飞行和数据智能识别深度融合,单作业任务流转时间缩短50%,泰州公司率先开展运检全专业的无人机图像人工智能算法识别提升工作,截止目前,以完成19大类人工智能算法成熟转化,将逐步部署进省级人工智能平台供全省各单位应用。



图文来源:国网泰州供电公司



国网河北省电力有限公司

 电力科学研究院 


河北电科院认识到新型电力系统建设需要数字技术与能源技术深度融合、广泛应用,电网数字化转型与新型电力系统构建需要相互作用、相融并进。为此,电科院围绕数字孪生、人工智能、区块链等新兴数字化技术,组织精干科研力量展开技术攻关,加强数字孪生电网应用技术研究工作,推动数字孪生电网全场景仿真验证平台建设。该平台目前具备激光点云、倾斜摄影、可视化三维建模能力等空间数据采集与处理能力,搭建了虚拟与现实交互融合的数据底座。随着平台功能的不断完善,在数字孪生模型库构建基础上,将承载人工智能算法模块、仿真推演模块,逐步形成数字建模、算法驱动、仿真推演、智能决策、执行控制一体化的仿真验证能力,为上层应用提供技术赋能与统一开发服务。

数字孪生技术是新型电力系统数字技术支撑体系中的重要一环。下一步,国网河北电科院将继续加强数字孪生电网平台软硬件基础建设,提升电网可观测、可描述、可控制能力,扩充场景服务能力范围,为新型电力系统建设和公司高质量发展提供有力支撑。



图文来源:河北电科院


02

南方电网


南方电网调峰调频发电有限公司



“南网智瞰”是南方电网数字化转型和数字电网建设的标志性成果,具备开放、共享、共建、共赢的平台特征。通过“南网智瞰”可以全面收集、处理和可视化展示公司设备、用户及相关实时信息等全域数据,充分释放数字化技术能力,实现业务和数据大融合,促进公司的扁平化管理,将给公司传统管理模式带来根本性变革。


调峰调频公司利用“南网智瞰”实现调峰调频公司所辖8座投运电厂生产技术指标信息实时展示,以台帐为桥梁,打通实时数据到业务数据的“最后一公里”,从机组启停状态、可靠性指标、电量统计、缺陷统计等分析数据贯通至现地设备的实时状态数据,从电站的调峰调频整体效能到具体机组的实时运行数据,对设备信息全方位360度全景展示,为智慧电厂提供数字化支撑能力。



文字来源:中新网广东   图片来源:能源电力说



广东电网有限责任公司

 广州供电局 


今年2月,广州供电局在琶洲投产了220千伏磨碟洲变电站。这是广州首座数字孪生变电站,也是南方电网公司“智能电网重大关键技术研究与集成示范”灯塔项目以及智能变电领域试点项目。


在磨碟洲变电站,“总管家”采用1:1实景还原的三维建模技术,聚集变电站实时运行、历史故障等各类信息,配合遍布变电站的传感器和摄像机,能够24小时全天候监视变电站运行情况。在该技术“加持”下,磨碟洲变电站实现机器人、摄像头、智能门禁、温湿度控制器等设备的统一管理与控制,根据变电站运行需求控制各类智能设备,能够替代人工开展巡视、操作、环境调节等多种业务,严格管理和可靠指挥,使得变电站智能辅助工器具各司其职、井然有序。


数字孪生变电站部不仅能“看到”变电站的实时运行情况,还可以“主动防御”,提升变电站设备的全状态感知力与控制力,增强变电站安全生产保障能力,为变电站全生命周期管理保驾护航。



图文来源:广州供电



昆柳龙直流工程数字化建设



南网超高压公司依托世界首个特高压多端混合直流——昆柳龙直流工程开展“数智管控”研究工作,形成了南网跨区域输电工程基建“数智管控”典型案例。


昆柳龙直流工程打造了电网工程数字化资产全生命周期管理,服务全域上层应用,以设备为核心,精准关联工程属性、设计属性、设计图纸、现场照片、台账层级结构,并在竣工投产阶段全面接入调度实时运行、生产在线监测、周边气象环境等动态数据,解决特高压复杂电网数字化建设难题,在新型电力系统建设具有重要的推广意义。


图文来源:能源电力说



海南电网有限责任公司

 大英山变电站 


该变电站依据统一电网数据模型,实现了变电站设备、环境等可视化管理,初步完成了220千伏大英山数字孪生变电站阶段性建设,验证了公司数字孪生技术路线可行、有效,打造了南方电网统一数字孪生技术路线落地的海南样板工程,具有较强的全网示范性效应。


在模型设计、模型实例化、模型拓扑贯通、模型可视化、共享服务、智能应用支撑等方面,全过程遵循公司数字化转型和数字电网建设的统一技术路线,基于南网云、公司数据中心等数字化基础平台,结合变电站生产运行实际,开展了大量的数据清洗及数模拼接工作。


目前已完成4个配电区域、93个配电间隔、23个气室间隔的模型实例化建设,完成主变区域54个、220千伏区域233个、110千伏区域321个、10千伏区域299个设备及部件的设备孪生,接入了电流、电压等535项实时数据,形成可拆解、可组装、可复制的变电站数字镜像。



图文来源:海峡院能源互联网


03

发电企业及其他单位


国家能源集团

 泰州发电有限公司 


泰州公司采用的数字孪生技术,实现了全厂4台机组设备级建模,构建了“数字孪生电厂”,三维电厂的搭建除了可以方便数据的集成运用,还为安全管理的可视化提供便捷。


泰州公司采用先进而且成熟的软硬件UWB人员定位技术,通过在4台百万机组汽机、锅炉、输煤等处部署1000台人员定位精度0.3米的基站,实现厂区作业现场的监控概览、作业人员人数统计、历史轨迹追溯、区域管理、危险源告警等一系列安全管控,满足了电厂人员的定位功能需求。


除此之外,泰州电厂的斗轮机无人值守系统还可自动选择目标煤垛区域,自动计算斗轮机作业点并实现系统自动定位功能,应用编码器定位技术,结合格雷母线完成定位信号的采集与运算输出,精确定位大车位置、悬臂俯仰角度以及悬臂回转角度,实现斗轮机大车及斗轮位置的三维空间定位。



图文来源:国家能源之声



百色百矿集团 



在百矿集团电解铝工厂车间内,如今,依靠电解铝数字孪生工厂,就能够使实现在电脑屏幕上实时掌握车间的人员、物流、设备、质量、安全现状。电解铝数字孪生工厂通过三维建模,建设契合业务场景的指标体系,构建电解车间、整流所、空压站、锅炉、汽轮机等虚拟模型,打造一站式数字孪生全场景可视化。同时,基于IIoT平台融合大数据、云计算、人工智能等技术实现关键设备的预测性维护,提前发现、预警设备安全问题,辅助操作决策,不仅保障了作业人员的生产安全,也提高了管理效率和水平,为工厂迈向数字化、智能化奠定了坚实的基础。


“可视化孪生工厂使用数字线程技术对抽象模型进行表达,便于目标使用者对运行环境直接对象模型的理解,实现数据远程、同步可见,打破了时间、空间、层级之间的限制,便于各业务周期的人员统一协作,提升工厂整体的管理效率。”


其次,广域铭岛依托工业物联网、工业智能、工业大数据、云计算等技术,通过历史数据和实时数据的交叉分析,实现对设备故障实时报警和设备寿命预测性维护,辅助一线作业人员对设备运营状态了然于胸,并通过往期故障处理方案的沉淀,及时给出“专家级”操作指令,保障了设备运行安全以及健康度精准掌控。



图文来源:能源界



中国电建集团

湖北省电力勘测设计院有限公司



中国电建集团湖北省电力勘测设计院基于使用 Bentley 应用程序创建了数字孪生模型,优化了发电站的设计和施工。通过将所有元素整合到一个组装模型中,将升压站的占地面积缩减到仅 1,181 平方米,定制软件可以自动化放置太阳能电池板并调整角度,使电池板的阴影遮挡率保持在 2 %以下,最大限度地提高了日发电量。通过使用单一数字孪生模型,设计团队检测并解决了本来可能导致 40 次返工的碰撞,从而节省了 20 天的施工时间。他们还通过在数字模型中的精心规划,减少了所需电缆量。


在整个设计过程中,数字化模型的应用减少了设计错误和人工验证的工作量,从而提高设计效率,然后,又在施工过程中将数字孪生模型与 SYNCHRO 4D 结合使用。通过规划好建造过程中的每一步,使用三维模型向施工单位明确传递设计意图,并使用增强现实技术,将施工期间缩短了 30 天,同时避免了任何意外的阴影遮挡。


发电站现已投入使用,开始向湖北输送可再生能源。中国电建集团湖北省电力勘测设计院与 Bentley 专家合作成立了中国电力工程软件研发中心,该中心扩展了在广水项目中使用的技术,并增强了该组织在光伏发电站全生命周期中提供集成数字化解决方案的能力。



图文来源:feixiangcaomei



中国电建集团

西北勘测设计研究院有限公司



针对中电建青海共和50MW塔式光热发电项目设计、施工、运行过程中遇到的多专业协同、多系统优化、智能化升级等需求,中国电建西北院持续开展技术攻关,基于可视化、数字化、智能化、移动互联网等前沿技术,通过理论研究、模型搭建、分析预测、测试优化、应用提升等多手段融合,建设光热电站智慧运维管控系统,解决光热电站优化提升难题,取得了理论与实践的突破:(1)首次在光热电站中以BIM技术为基础,提出了多专业、多软件、多数据的耦合方法,实现项目设计、建设、运行全生命周期的数字化应用。


(2)基于聚光集热、储换热、汽轮发电系统的机理建模,完成了电站系统部件十分钟级精细化动态仿真,可准确给出系统各环节的运行状态参数,实现了熔盐塔式光热电站整体性能模型的自主化。(3)创新性地提出了DNI的小时级符号化资源预测技术,利用基于人工智能的多模型技术实现了DNI的超短期和短期预测,有力支撑了复杂工况下的聚光集热系统运行性能提升。


(4)基于现场采集数据和整体性能模型,通过双向实时数据交互和后台大数据分析,突破虚拟和现实工程间的数据壁垒,结合传感器更新、运行历史等数据,首次在光热发电领域构建了“数字孪生”系统,为光热电站复杂系统在不确定条件下的性能提升提供指引,为多能互补系统精细化分析提供支撑。



图文来源: NWE西勘院规划研究中心




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