我國風力發電主要分布于我國的西北部地區，距離遠、跨度大成為風電生產管理的一大痛點。結合“雙碳”工作，實現數字化轉型的重大目標，建立智慧風電場數字孿生全景運行監測系統具有重要的價值。通過可視的、交互的展示方式指向風電場的目標和階段性問題。支持鉆取式查詢，實現對指標的逐層細化、深化分析，實現生產數據可視化、安全數據可視化、經營指標可視化。

智慧風電場數字孿生全景運行監測系統是風場各設備的物理數據模型“雙胞胎”，通過實時監測系統狀態，動態更新數字模型，能夠提升數字孿生體的診斷、評估與預測能力；同時在線優化實際系統的操作、運行與維護，減少結構設計冗余、避免頻繁的周期性檢修與維護，并保證系統的安全性；還可用于風電場的設計驗證、培訓演練、智慧檢修和決策診斷。

智慧風電場數字孿生全景運行監測系統利用最新的傳感器檢測、信號處理、GPS定位技術、物聯網、三維仿真、云計算、大數據分析、人工智能等技術，針對風機的各項性能、振動及電量等參數進行實時在線/離線監測，在風機的運行過程中，自動判別風機性能劣化趨勢，及時制定檢修策略，系統具有監測參數設置、趨勢曲線顯示、遠程報警、設備故障診斷和手自動控制、報警閥值設定、用戶及權限管理、操作記錄、數據匯總分析及檢修策略制定等豐富功能。使運行、維護、管理人員對風機及風電場的運行維護達到安全高效智能的目的。

1.數字孿生系統架構

感知層：感知層主要包括物理實體中搭載先進物聯網技術的各類新型基礎設施。

數據層：數據層主要包括保證運算準確性的高精度的數據采集、保證交互實時性的高速率數據傳輸、保證存取可靠性的全生命周期數據管理。

運算層：運算層是數字孿生體的核心，其充分借助各項先進關鍵技術實現對下層數據的利用，以及對上層功能的支撐。

功能層：功能層是數字變生體的直接價值體現，實現系統認知、系統分析、故障診斷、預測推演功能，從而起到輔助決策作用。系統認知，數字孿生體能夠真實描述及呈現物理實體的狀態，它是實現數字孿生體其它高級和智能化功能的基礎。系統分析可實現數字孿生體的狀態監測功能，發揮對物理實體的早期預警作用。故障診斷，通過分析物理實體的運行狀態，了解現象背后的原因。預測推演，是利用仿真技術來預見物理實體未來的狀態演變，從而指導當前的運行決策。

應用層：應用層是面向各類場景的數字孿生體的最終價值體現，具體表現為不同行業的各種產品，能夠明顯推動各行各業的數字化轉型。

2.數字孿生系統的典型特征

等價映射：數字孿生體是對物理實體的等價描述，是對物理實體進行數字化而松建的模型數字孿生體的變化能夠真實反映現實世界中的物理實體的變化。數字孿生體能夠實現雙向映射、數據連接和狀態交互，起到“數化”、“保真”效果。

實時交互：基于實時傳感等多元數據的獲取，孿生體可全面、精準、動態反映物理對象的狀態變化，包括外觀、性能、位置、異常等。“實時”體現數字孿生體所處狀態是物理實體狀態的實時虛擬映射;“交互”體現數字孿生體與物理實體間存在數據及指令互動。

共生演進：“共生”體現在數字孿生體與物理實體同步構建，在全生面周期中相互依存，孿生體隨著孿生對象的生長而不斷演變。共智體現在三個層面:孿生體與孿生對象間共享智慧(包括:數據、算法)、孿生體內部各種孿生模型間共享智慧、不同生命周期階段的孿生體間共享智慧。

預測優化：根據物理實體的各項真實數據，通過數字孿生體進行仿真，實現對物理實體未來狀態的預測，預先知曉未來狀態能夠輔助用戶做出更合理的決策。根據物理實體的實時運行狀態，通過數字孿生體進行監測，實現對系統不穩定狀態的預測，預先覺察即將可能發生的不穩定狀態，使用戶更從容地處理該問題。

建立數字孿生體的最終目的，是通過描述物理實體集合內在機理，分析規律、洞察趨勢，基于分析與仿真對物理世界形成優化指令或策略，實現對物理實體決策優化功能的閉壞。根據數字孿生的典型特征，可以得出數字孿生的體系架構。

3.智慧風電場數字孿生全景運行監測系統功能

全景漫游： 第一人稱視角漫游，模擬在風電場內的巡視過程，帶來沉浸式體驗。對于可能存在危險的場地，可通過圖撲軟件提供的漫游功能進行風電場戶外、室內巡檢漫游，通過巡檢模擬人或者巡檢車巡檢的過程，經過設備時可以停留查看設備信息。

生產監測：將環境參數、實時發電指標、節能減排信息等數據接入平臺，便于運維人員對整個基地運行的有效掌控。

發電統計：平臺可視化系統內統計風機日發電量、月發電量、以及累計發電量總和，并通過柱狀圖展示不同位置的風機發電量與發電差異。通過數據統一分析，保障風電機組發電的滿發率和穩定性。

環境參數：將環境監測數據接入平臺可視化系統，實時監控、風速，能見度、降水量、溫度、濕度等數據，并同步運維人員，讓他們在極端天氣來臨前做好防范，保護設備和自身安全。

機組狀態：平臺將風電場進行數字化建模，多維度實時監測風機運行狀態，如并網、停機、待機、維護、離線、故障風機數量。加強機組運行管理，優化機組檢修安排，加快故障機組消缺。確保發電機組頂得上、發得出、穩得住，杜絕各類事故事件發。

安全管理：安全管理圍繞風機、海纜、電子圍欄三個方面。以可視化平臺為依托，將各項監控數據融合分析，變被動為主動，減少非法入侵的發生。

風機預警：設備預警能防范設備高溫暴曬運行帶來的爆炸、傾覆、滯留風險。相較于人工預警，通過可視化平臺預警，精簡流程，監測數據一旦觸發設定的預警指標，集控中心運維可實時收到預警提示，為轉移危險區域人員爭取寶貴時間。同時，加強在役機組運行管理，減少非計劃停機、受阻情況。

數據分析決策：支持對接電力行業既有海量業務數據，如環境參數、本體參數等綜合運行數據，提供統計圖表、分布圖、關系圖、空間統計圖、空間分布圖、空間關系圖等多種數據可視分析圖表，進行多維度分析預判，并支持組合為數據分析駕駛艙進行綜合顯示，實現多指標數據的并行監測分析，為管理者決策研判提供全面的數據支持。