?水力發(fā)電是水利與電力的綜合工程。

?近年來，國家高度重視水電站數(shù)字化轉(zhuǎn)型與智慧建設(shè)。

水利部在2022年下發(fā)了多份文件，推進(jìn)數(shù)字孿生流域建設(shè)，推動新階段水利高質(zhì)量發(fā)展。（注：數(shù)字孿生水利工程是數(shù)字孿生流域的重要組成部分，也是數(shù)字孿生流域建設(shè)的切入點(diǎn)和突破點(diǎn)。）

國家電網(wǎng)也下發(fā)了《數(shù)字孿生電網(wǎng)頂層設(shè)計》文件，指導(dǎo)各省公司能源互聯(lián)網(wǎng)數(shù)字孿生平臺的系統(tǒng)設(shè)計、建設(shè)，提出能源互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中數(shù)字孿生解決方案。

在新時代、新政策指導(dǎo)下，水電站如何破局？

傳統(tǒng)水電站缺乏智能化手段支撐，業(yè)務(wù)運(yùn)行遠(yuǎn)程不可控，無法充分利用大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)整合、分析和優(yōu)化、輔助決策。

而數(shù)字孿生流域、數(shù)字孿生工程方面研究成果和成功案例很少，許多領(lǐng)域還是空白，亟須開拓。

51WORLD直擊行業(yè)痛點(diǎn)，以數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化為主線，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、5G、大數(shù)據(jù)、人工智能、數(shù)字孿生等技術(shù)，構(gòu)建一套成熟的水電站數(shù)字孿生解決方案，并已成功在多個水電工程項目實(shí)踐、落地。

接下來，我們一文講透，51WORLD如何成功推進(jìn)水電站數(shù)字化轉(zhuǎn)型，如何以數(shù)字孿生技術(shù)連接物理世界和虛擬世界兩個維度水電站。

數(shù)字孿生水電站四大能力

在數(shù)字孿生水利工程基礎(chǔ)上，51WORLD數(shù)字孿生水電站，從一張圖概覽、全要素場景運(yùn)營、模擬仿真、安全監(jiān)測四大功能出發(fā)，全面打造數(shù)字孿生仿真引擎，提升水電站管理與決策的科學(xué)化、精準(zhǔn)化、高效化能力和水平 。

?1. 宏中微水電水情，盡在一張圖

基于行業(yè)領(lǐng)先的數(shù)字孿生全要素場景，51WORLD可對水域、建筑、植被、道路及水利工程和設(shè)施設(shè)備進(jìn)行還原，在可視能力上，構(gòu)建流域級、工程級、設(shè)施級、設(shè)備級、零件級五大精度級別的水電站數(shù)字孿生場景，在可用能力上，通過可視呈現(xiàn)、數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)驅(qū)動、模擬仿真、智能決策為水電站業(yè)務(wù)能力賦能。

在精細(xì)化還原的基礎(chǔ)上，51WORLD數(shù)字孿生臺將這五大場景多維度融合，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字孿生可視化“一張圖”。

?除此之外，51WORLD又將地理空間數(shù)據(jù)、水電站監(jiān)測數(shù)據(jù)、水電站業(yè)務(wù)管理數(shù)據(jù)等進(jìn)行多源信息資源融合、全要素數(shù)字化映射。

因此，無需切換系統(tǒng)，一屏在手，即可多角度了解水電站運(yùn)行全過程：

在宏觀視野上，平臺以總控沙盤形式三維可視化地呈現(xiàn)整個流域全貌，全面展示水位信息、出庫流量、大壩狀態(tài)、水雨情基本信息、工程空間位置分布等水電站宏觀情況；

?放大地圖后，可進(jìn)行重點(diǎn)水電站中近景觀察，在中近景中，可全面掌控水電站空間定位、水電站工情等等；

畫面再放大，則可精細(xì)化觀察拆解某個設(shè)備、零部件的運(yùn)行情況。

2. 全要素場景管控

傳統(tǒng)水電站存在著數(shù)據(jù)來源不統(tǒng)一、信息同步不及時、無智能化手段支撐、業(yè)務(wù)運(yùn)行遠(yuǎn)程不可控等問題。

在數(shù)字孿生技術(shù)的助力下，51WORLD數(shù)字孿生水電站打通水電站信息孤島，實(shí)現(xiàn)人、設(shè)備、水電站、自然空間的連接，保障水電站業(yè)務(wù)的宏觀統(tǒng)籌、科學(xué)經(jīng)營、合理調(diào)配。

通過接入實(shí)時數(shù)據(jù)，賦予三維模型實(shí)時數(shù)據(jù)驅(qū)動能力，平臺可以對流域變化、設(shè)備運(yùn)行等實(shí)時映射，實(shí)現(xiàn)對智慧電站的全生命周期監(jiān)測。

在實(shí)時接受、映射真實(shí)物理世界信息的同時，通過對水電站全流程數(shù)據(jù)的監(jiān)測、算法結(jié)果接入、多維數(shù)據(jù)可視化分析，數(shù)字孿生應(yīng)用更能夠反過來實(shí)時驅(qū)動物理世界、賦能大量的水電站應(yīng)用需求。

01 虛擬漫游

支持多種漫游形式，例如魚道漫游、水電站外景漫游、水電站室內(nèi)漫游、固定路線漫游等等，以便管理者更好地了解整個水電站全貌。

02 視頻融合

通過三維視頻融合技術(shù)，平臺甚至可以將傳統(tǒng)的攝像頭實(shí)時畫面投射到全要素場景及模型上，并可將相鄰的畫面進(jìn)行拼接融合，形成一幅更大分辨率的空間畫面，以便更好地對場景進(jìn)行監(jiān)控、追蹤、歷史回溯與模擬演練。

03 綜合監(jiān)控

?運(yùn)行監(jiān)控：數(shù)字孿生水電站可實(shí)時在線監(jiān)測水電站內(nèi)所有設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，及時了解各設(shè)備的運(yùn)行情況，從而提升生產(chǎn)效率和安全水平。

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設(shè)備監(jiān)控：智慧水電站還可對設(shè)備本身進(jìn)行監(jiān)控，比如對設(shè)備進(jìn)行單體化點(diǎn)擊，即可了解設(shè)備的生產(chǎn)廠家、型號等等詳細(xì)信息。

04 電力調(diào)度

水電站發(fā)電水量受河川天然徑流及氣候影響較大，豐水期、枯水期水量相差懸殊。

在能源分配環(huán)節(jié)，數(shù)字孿生技術(shù)同樣能幫助發(fā)電廠優(yōu)化電力資源調(diào)度，提升電能的使用效率。

?平臺可通過數(shù)字孿生技術(shù)建立可視化模型，透過數(shù)據(jù)關(guān)系發(fā)現(xiàn)水電站運(yùn)行規(guī)律和潛在風(fēng)險，深挖水電站的發(fā)電潛力，科學(xué)精準(zhǔn)調(diào)度分配電能。

3. 模擬仿真

?模擬仿真是數(shù)字孿生水利平臺的核心價值體現(xiàn)。

結(jié)合歷史數(shù)據(jù)、實(shí)時數(shù)據(jù)，通過大量的算法模型結(jié)果、實(shí)時渲染、動態(tài)視覺特效等，數(shù)字孿生系統(tǒng)能模擬、驗(yàn)證、預(yù)測水電站的運(yùn)行狀態(tài)和發(fā)展趨勢。

原本無法直接測量預(yù)測的內(nèi)容，通過模擬仿真技術(shù)，水電站管理者可以很好地完成評估、診斷、分析、決策等操作，實(shí)現(xiàn)前瞻預(yù)演，解決運(yùn)行管理問題。

01物理環(huán)境仿真

?在51WORLD數(shù)字孿生平臺中，可對晴天、雨天、雪天等16種天氣，早、中、晚光照等物理環(huán)境進(jìn)行模擬仿真。

02流域水要素仿真

在水位、水深等數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，可進(jìn)行水位變化仿真、泄流狀態(tài)仿真、流場數(shù)據(jù)映射………借助這些模擬仿真，管理者可進(jìn)一步針對性地制定安全風(fēng)險預(yù)警防控方案。

03 施工過程仿真還原

進(jìn)一步還原水電站從0到1、從無到有的施工建設(shè)全過程，實(shí)現(xiàn)對水電站建設(shè)全過程數(shù)據(jù)的采集和管理。

04 作業(yè)過程仿真還原

數(shù)字孿生平臺還能對水電站的各種設(shè)備流程以三維動畫的形式展示出來，比如發(fā)電開機(jī)流程還原、發(fā)電停機(jī)流程還原、清污機(jī)工作流程還原、閘門啟閉流程還原等。接入數(shù)據(jù)驅(qū)動模型后，管理者可以全視角監(jiān)測、管理各設(shè)備作業(yè)姿態(tài)、動作。

05 零構(gòu)件拆解仿真

平臺還可對零構(gòu)件重新拆解還原，在孿生空間復(fù)現(xiàn)設(shè)備作業(yè)姿態(tài)與參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)對安全隱患的排查。

4. 安全監(jiān)測

水電站工程是一項系統(tǒng)、復(fù)雜的工程。水電站的安全管理，不僅關(guān)系著水利企業(yè)的安全效益，也影響著民眾的用電用水。

51WORLD數(shù)字孿生平臺能發(fā)揮前瞻性預(yù)演作用，幫助水電站管理者提前發(fā)現(xiàn)問題、優(yōu)化方案 ，積極構(gòu)建具有預(yù)報、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案功能的智慧水電站。

01. 大壩剖切

?壩、閘是水電站最重要的樞紐建筑，通過普通的手段，很難直觀了解、監(jiān)測水壩內(nèi)部結(jié)構(gòu)及變化。但是利用數(shù)據(jù)驅(qū)動、模擬仿真技術(shù)，可對大壩進(jìn)剖切，了解大壩內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

?02. 透明化監(jiān)測

?對大壩、山體、設(shè)備等進(jìn)行透明化展示，可看清內(nèi)部構(gòu)件空間分布，方便管理者進(jìn)行監(jiān)測。

03. 大壩形變監(jiān)測?

提前監(jiān)測是防止事故的蔓延和擴(kuò)大，最大限度地降低事故危害程度的有效手段。

結(jié)合大壩剖切、透明功能，數(shù)字孿生平臺接入多源信息化系統(tǒng)與IOT設(shè)備，可監(jiān)測大壩是否發(fā)生了形變，定位大壩內(nèi)部發(fā)生安全隱患的空間位置……

?04. 滲流監(jiān)測?

滲流指水電站由于上下游水位差產(chǎn)生的水頭壓力，導(dǎo)致流體在大壩內(nèi)部空隙中的運(yùn)動。平臺可對大壩滲流監(jiān)測，包括滲壓計的水頭值監(jiān)測及三維模型滲流場的仿真模擬。

05. 地質(zhì)監(jiān)測

能夠?qū)χ付ǖ牡刭|(zhì)進(jìn)行材質(zhì)及模型分層展示，直觀了解地質(zhì)的分層結(jié)構(gòu)，有利于進(jìn)一步掌握、分析大壩地質(zhì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與安全性。

06. 滑坡監(jiān)測?

通過對河流沿岸的環(huán)境信息采集、實(shí)時監(jiān)測，建立滑坡體三維幾何模型，并對滑坡數(shù)字孿生體進(jìn)行實(shí)時仿真計算等，51WORLD可超前預(yù)測滑坡位移，實(shí)現(xiàn)對滑坡的安全監(jiān)測與預(yù)警。

07.?安全預(yù)演

針對水電站的特點(diǎn)、安全隱患與薄弱環(huán)節(jié)，數(shù)字孿生水電站可構(gòu)建安全性態(tài)預(yù)測、安全風(fēng)險預(yù)警、安全狀態(tài)預(yù)演、安全處置預(yù)案等功能，守住工程安全底線。

?通過對接氣象、監(jiān)測數(shù)據(jù)等多源數(shù)據(jù)，結(jié)合專業(yè)算法模型，通過孿生場景，51WORLD數(shù)字孿生平臺可以模擬預(yù)演不同條件下災(zāi)害演進(jìn)的場景，完善水電站災(zāi)害預(yù)案。?

08. 巡視檢查

對水電站、主要水工建(構(gòu))筑物、金屬結(jié)構(gòu)及機(jī)電設(shè)備和其他重點(diǎn)管理和保護(hù)范圍進(jìn)行線上巡視檢查。

除了地面巡查外，51WORLD數(shù)字孿生平臺還能對水下巡查，檢查水底建筑、泥沙等等。

還原巡查路線，一方面能節(jié)省人力物力，另一方面又能提前發(fā)現(xiàn)隱患，有效控制水電站安全事故。

?數(shù)字孿生平臺應(yīng)用場景

?51WORLD傾力打造的數(shù)字孿生水電站可視化運(yùn)控平臺，目前可應(yīng)用于各類型水電站工程，可針對不同水電站場景提供個性化解決方案。

?1. 壩式水電站

在河道上攔河筑壩抬高上游水位，形成較大的上下游水位差，構(gòu)成水電站水頭，這種水能開發(fā)方式稱為壩式開發(fā)。采用壩式開發(fā)的水電站稱為壩式水電站。

?2. 河床式水電站

?大多建造在河流中下游河道底坡平緩的河段上。水電站廠房與壩排成一體，共同阻擋河水。

?3. 引水式水電站

?在河流坡降陡的河段上筑一低壩(或無壩)取水，通過人工修建的引水道引水到河段下游，集中落差，再經(jīng)壓力管道引水到水輪機(jī)進(jìn)行發(fā)電。

4. 抽水蓄能水電站

?利用電力負(fù)荷低谷時的電能抽水至上水庫，在電力負(fù)荷高峰期再放水至下水庫發(fā)電的水電站。

建筑物組成包括：上下兩個水庫，用引水建筑物相連，蓄能電站廠房建在下水庫處，采用雙向機(jī)組。

5. 其他

?壩后式水電站、混合式水電站、潮汐式水電站、梯級水電站、無壓式水電站、有壓式水電站……

多年來，51WORLD始終發(fā)揮自身技術(shù)優(yōu)勢，憑借扎實(shí)的數(shù)字孿生技術(shù)和深厚的水利、電能業(yè)務(wù)，創(chuàng)造了多個水電站標(biāo)桿性案例。

未來，51WORLD將持續(xù)探索智慧水電站建設(shè)的新技術(shù)、新模式，為智慧水電站應(yīng)用落地提供助力。

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