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    光伏電站的數字化雙胞胎

      2019年07月09日  

      全球最具權威的IT研究與顧問咨詢公司Gartner曾預測,到2021年,全球50%的大型工業公司將使用數字雙胞胎(Digital Twin),尤其是制造業和工程行業的公司,如果想要在競爭中保持領先地位,就需要考慮實施數字雙胞胎。

    一.什么是數字雙胞胎呢?

      數字雙胞胎(Digital Twin)也被翻譯成數字孿生,維基百科對其的解釋為“Digital twin refers to computerized companions of physical assets that can be used for various purposes.A digital twin uses data from sensors installed on physical objects to represent their near real-time status,working condition or position.”翻譯為“數字雙胞胎是指對物理資產(對象)的數字化映射并且可用于各種目的。數字雙胞胎使用安裝在物理對象上的傳感數據來表示它們的接近實時狀態、工作狀態或位置。”

    二.數字雙胞胎對傳統企業有什么價值?

      在這個數字化時代,對企業來說,在最基本的層面上,數字雙胞胎使組織能夠在他們所參與的環境或物聯網生態系統的環境中,對其系統的運行進行可視化和洞察。從傳感器收集的數據,結合分析軟件工具,人工智能等技術使企業能夠在問題成為問題之前進行反復試驗和解決。

      數字雙胞胎有兩個重要模型,一是實體的物理模型,二是虛擬模型。虛擬模型是在計算機中,利用數學、統計、圖形、邏輯規則等不同方式進行仿真得到的模型,并與物理模型之間通過通訊、感知,緊密地結合起來。因此,在Digital Twin里虛擬模型起到非常重要的作用。

      數字胞胎的發展有四個層次,也體現了虛擬模型在Digital Twin中的作用。

      第一層次是模型映射,即建立物理對象的虛擬映射;

      第二層次是監控與操作,即在虛擬模型中反映物理對象的變化;

      第三層次是診斷,即發生異常時尋找根本原因;

      第四層次是預測,即預測潛在風險,合理規劃設備的維護以及生產計劃。

      這四個層次應用的背后體現的是仿真的精度與效率,數字雙胞胎層次越高,對其要求也就越高。

    三.光伏電站的數字雙胞胎

      對于光伏行業來說,光伏電站是利用太陽光能、結合晶硅板、逆變器等光伏設備組成,與電網相連并向電網輸送電力的光伏發電系統。也是一種“生產電量”的物理裝置。

      我們以某個光伏軟件Archelios軟件為例,可以構建光伏電站的數字化雙胞胎體系。

      首先,光伏電站也是一種工業建筑,在前期工程設計階段,需要對整個電站做3D建模設計,我們以建筑行業BIM理念為導向,采用SKetchup作為3D建模工具,實現對光伏電站的物理信息的模型搭建,通過定位的地理信息,結合archelios pro的3D控件,可以建立其氣象數據:光照度,輻照度,反照率。以及根據I(V)曲線對光伏模板和陣列建模,精確計算附近陰影,進行可視化模擬以確立組件布置方案。并可以自動創建布線模型。

      這樣一來,我們就可以得到一個結合物理信息和電氣特性的光伏電站模型。注意,這里只是作為設計的數字化模型。

      在前期設計階段,也可以基于這個3D模型通過archelios pro設計軟件進行詳細的組件/逆變器選型設計,以及進行發電產量計算,自消耗計算與經濟效益分析。

      根據前期選型設計和產量計算指導,進行光伏電站的施工建設和安裝后,依照建成后的電站裝置信息,對設計模型進行更新數據。就得到了真實完整的虛擬映射模型。

      下一步則是通過數據采集器等檢測傳感器件和控制機構的部署,將采集到的光伏電站運行狀態,環境數據等通過網絡傳輸到云平臺上。通過archelios O&M與之前所創建的虛擬3D模型結合,實現可視化,實時動態的監控。除了實現數據看板,報警提醒,缺陷檢測功能外,還可以基于專家知識庫甚至機器學習等AI技術進行系統的診斷分析,基于實時環境數據對發電產量的預測。

      可能有人看到這里會說,這不就是畫個3D模型加上光伏電站監控系統嗎?其實不然,這里主張使用的是一種全生命周期,統一信息的數據模型,并且需要可以方便交互,構建流程協同的云平臺作為支撐。它其實是BIM理念和傳感器,通訊技術,仿真軟件的系統化集成。利用此光伏電站數字雙胞胎,再結合新興的AR/VR可穿戴設備和技術可幫助運維人員更方便的進行學習和維護操作;對于城市的自然資源管理部門來說,也可以集成到GIS(地理信息系統)中,實現對光伏電站的統一管理和環境資源可協調性分析和配合。

    尾言

      在智能制造領域,諸如西門子,GE,達索等工業巨頭在構建工業互聯網平臺,已經有了數字化工廠,數字化飛機等數字化雙胞胎的實施方案和成果案例。

      在建筑工程領域,autodesk,bentley這些軟件廠商也在積極布道BIM應用,大力向前推動數字化建造,智慧城市的發展腳步。

      那么在光伏領域,可以制造綠色電能的太陽能發電系統裝置。我相信,將BIM技術和物聯網云平臺相結合,能誕生你們想要的光伏電站數字雙胞胎。

    (秦凱,技術工程師,上海,逸萊軻軟件)

    標簽:數字化雙胞胎我要反饋
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