电站数字孪生平台是基于物理电站数据构建的虚拟映射系统,核心功能围绕 “虚实融合、动态交互、智能决策” 展开,简要总结如下:
数据集成与建模:对接电站设备传感器、SCADA 系统等数据源,采集运行参数、环境数据等;构建高保真三维模型,还原电站建筑、设备结构及运行逻辑,实现物理实体与虚拟模型的实时数据同步。
实时监控与可视化:以三维可视化形式实时展示电站运行状态,包括设备工况、能耗、电压电流等关键指标;支持设备定位、状态预警(如温度异常、故障前兆),直观呈现电站整体及局部运行情况。
模拟仿真与预测:可模拟不同工况(如负荷变化、极端天气)下的电站运行效果,辅助优化运行策略;基于历史与实时数据,预测设备寿命、故障风险及电站产能,提前规避隐患。
运维管理与协同:支持设备维护计划制定、工单派发及维修记录追踪,关联虚拟模型定位故障设备并提供维修指导;提供多角色协同功能,允许运维、管理团队在线共享数据、协同处理问题,提升运维效率。
优化决策与能效提升:通过仿真与数据分析,优化电站启停、负荷分配等操作,降低能耗与运维成本;结合新能源(如光伏、风电)特性,优化风光储协同运行,提升电站整体能效与可再生能源利用率。
电站数字孪生平台:架构与技术栈(简要总结)
一、核心架构(分层设计)
数据层(基础支撑)
负责数据采集(传感器、SCADA、IoT 设备)、存储(时序数据库存运行数据、关系数据库存运维数据、对象存储存模型文件)与预处理(清洗、格式转换、降噪),确保数据实时性与准确性。
模型层(核心载体)
包含物理建模(三维几何模型,还原电站设备 / 建筑结构)与数字建模(机理模型、AI 模型,模拟设备运行逻辑、故障规律),实现物理实体与虚拟模型的动态映射。
平台层(能力中枢)
提供核心服务:数据中台(数据整合与分发)、仿真引擎(工况模拟、故障推演)、可视化引擎(三维渲染、实时状态展示)、业务中台(运维、决策等功能模块封装),支撑上层应用调用。
应用层(价值输出)
面向用户需求的具体功能模块,如实时监控、运维管理、仿真预测、优化决策等,通过 Web/APP/ 大屏等终端交付给运维、管理等角色。
二、关键技术栈
数据相关技术
采集:MQTT/OPC UA(工业协议,实时传输设备数据)、Flink/Spark Streaming(实时数据处理);
存储:InfluxDB/TimescaleDB(时序数据库)、MySQL/PostgreSQL(关系数据库)、MinIO/S3(对象存储)。
建模与仿真技术
三维建模:Autodesk Revit(建筑 / 设备建模)、Blender(模型优化)、Cesium/Unity 3D(三维场景构建);
仿真引擎:MATLAB/Simulink(机理仿真,模拟设备运行规律)、Python(PyTorch/TensorFlow,构建 AI 预测模型)、AnyLogic(系统级工况仿真)。
可视化与交互技术
三维渲染:WebGL(浏览器端渲染)、Unreal Engine/Unity(高保真场景渲染)、ECharts/Highcharts(数据图表可视化);
前端框架:Vue/React(Web 端开发)、Electron(桌面应用)、Vue3+Vite(轻量化前端构建)。
平台与部署技术
后端框架:Spring Boot/Spring Cloud(微服务架构,拆分核心服务)、Dapr(分布式应用开发);
部署:Kubernetes(容器编排,支持弹性扩展)、Docker(服务容器化)、边缘计算(靠近设备端,低延迟处理数据)。