光伏電站的數字化雙胞胎
一.什么是數字雙胞胎呢？
數(shu)(shu)字雙胞(bao)胎（Digital Twin）也被翻譯成數(shu)(shu)字孿生(sheng)，維基百科對(dui)(dui)(dui)其的(de)解(jie)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(shu)(shu)字雙胞(bao)胎是指對(dui)(dui)(dui)物理(li)資產(對(dui)(dui)(dui)象)的(de)數(shu)(shu)字化映射并且(qie)可用于各(ge)種目(mu)的(de)。數(shu)(shu)字雙胞(bao)胎使用安裝在物理(li)對(dui)(dui)(dui)象上的(de)傳感數(shu)(shu)據來表示(shi)它們的(de)接近實時狀態(tai)、工作狀態(tai)或位置(zhi)。”
二.數字雙胞胎對傳統企業有什么價值？
在(zai)這(zhe)個(ge)數(shu)(shu)字化(hua)時代，對企業來說，在(zai)最基本的(de)(de)層面上，數(shu)(shu)字雙胞胎使組織能夠在(zai)他們所參與的(de)(de)環境或物聯網生態(tai)系統的(de)(de)環境中，對其系統的(de)(de)運行(xing)進行(xing)可視(shi)化(hua)和洞(dong)察。從傳感(gan)器收集的(de)(de)數(shu)(shu)據，結合分析(xi)軟件(jian)工(gong)具(ju)，人工(gong)智能等技(ji)術(shu)使企業能夠在(zai)問題成(cheng)為(wei)問題之前進行(xing)反復試驗(yan)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(xu)擬模型是在計算機中，利(li)用數學、統計、圖形、邏(luo)輯規則等(deng)不同方式進(jin)行仿真得到的(de)模型，并與物(wu)理模型之(zhi)間通過通訊、感知(zhi)，緊密地結(jie)合起來。因此(ci)，在Digital Twin里(li)虛(xu)擬模型起到非常重(zhong)要(yao)的(de)作用。
數字胞胎的發展(zhan)有四(si)個(ge)層次(ci)，也(ye)體現了虛擬模型(xing)在(zai)Digital Twin中的作(zuo)用。
第一層次是(shi)模型(xing)映射，即建立(li)物理對(dui)象(xiang)的虛擬映射；
第二層(ceng)次是監控與操(cao)作，即在虛擬模型(xing)中反映物理對象的變化(hua)；
第(di)三(san)層次是(shi)診斷(duan)，即(ji)發(fa)生異常時尋(xun)找根本原(yuan)因；
第四層次(ci)是(shi)預測(ce)，即(ji)預測(ce)潛(qian)在風險，合理規劃(hua)設備的維護以及(ji)生(sheng)產計(ji)劃(hua)。
這四個(ge)層次應用的(de)背后體現的(de)是(shi)仿真(zhen)的(de)精度與效率(lv)，數字雙胞胎層次越高(gao)，對(dui)其要求(qiu)也就越高(gao)。
三.光伏電站的數字雙胞胎
對于(yu)光(guang)伏(fu)(fu)行業來(lai)說(shuo)，光(guang)伏(fu)(fu)電(dian)(dian)站是利(li)用(yong)太陽光(guang)能、結合晶硅板、逆變(bian)器等光(guang)伏(fu)(fu)設(she)備組成，與電(dian)(dian)網相連并向(xiang)電(dian)(dian)網輸送電(dian)(dian)力的(de)光(guang)伏(fu)(fu)發電(dian)(dian)系統。也是一(yi)種(zhong)“生產電(dian)(dian)量”的(de)物理裝置(zhi)。
我們以(yi)某個光(guang)伏軟件(jian)Archelios軟件(jian)為例，可以(yi)構建光(guang)伏電站的數字(zi)化雙胞胎(tai)體系。
首先，光伏電站也是一種工(gong)業建筑，在前(qian)期工(gong)程設計階段，需要對整個電站做3D建模設計，
我們以建(jian)筑行業BIM理念為(wei)導向，采(cai)用SKetchup作為(wei)3D建(jian)模(mo)(mo)工具，實現對光(guang)(guang)伏電站的物理信息的模(mo)(mo)型搭建(jian)，通過定(ding)位(wei)的地(di)理信息，結合archelios pro的3D控件，可(ke)以建(jian)立(li)其氣象數據:光(guang)(guang)照度(du)，輻照度(du)，反照率。以及根據I(V)曲(qu)線對光(guang)(guang)伏模(mo)(mo)板和(he)陣列建(jian)模(mo)(mo)，精確計(ji)算附近陰影，進行可(ke)視化(hua)模(mo)(mo)擬以確立(li)組(zu)件布(bu)置方案。并可(ke)以自動創建(jian)布(bu)線模(mo)(mo)型。
這(zhe)樣一來，我們就可以得到一個(ge)結合(he)物理信(xin)息和電氣特性(xing)的(de)(de)光伏電站模型。注意(yi)，這(zhe)里(li)只是作為設計的(de)(de)數字化模型。
在前期設(she)計(ji)(ji)(ji)階段，也可(ke)以基(ji)于這個3D模型通過(guo)archelios pro設(she)計(ji)(ji)(ji)軟件進(jin)行詳(xiang)細的組件/逆變器選(xuan)型設(she)計(ji)(ji)(ji)，以及(ji)進(jin)行發(fa)電產量計(ji)(ji)(ji)算，自消耗(hao)計(ji)(ji)(ji)算與(yu)經濟效益分析(xi)。
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(ke)(ke)能有人看到這里會說(shuo)，這不就是畫個3D模型(xing)加(jia)上(shang)光(guang)伏(fu)電站監控系(xi)統(tong)(tong)嗎(ma)？其實不然，這里主張使(shi)用的(de)(de)是一種(zhong)全生命周期，統(tong)(tong)一信息的(de)(de)數(shu)據模型(xing)，并且(qie)需要可(ke)(ke)以(yi)方(fang)(fang)便交互，構建流程協同的(de)(de)云(yun)平臺作為(wei)支撐。它其實是BIM理(li)念和(he)(he)傳感器(qi)，通訊技術(shu)，仿真軟件的(de)(de)系(xi)統(tong)(tong)化集成。利用此光(guang)伏(fu)電站數(shu)字雙(shuang)胞胎，再結合(he)新興的(de)(de)AR/VR可(ke)(ke)穿戴設備(bei)和(he)(he)技術(shu)可(ke)(ke)幫助運維(wei)人員更方(fang)(fang)便的(de)(de)進(jin)行學習(xi)和(he)(he)維(wei)護操作；對于城市的(de)(de)自然資(zi)源管理(li)部門來說(shuo)，也可(ke)(ke)以(yi)集成到GIS（地(di)理(li)信息系(xi)統(tong)(tong)）中，實現對光(guang)伏(fu)電站的(de)(de)統(tong)(tong)一管理(li)和(he)(he)環境(jing)資(zi)源可(ke)(ke)協調(diao)性(xing)分析和(he)(he)配合(he)。
尾言
在智能制(zhi)造領域，諸如(ru)西門子，GE，達索(suo)等工業巨頭在構建(jian)工業互聯網平臺，已(yi)經有了數(shu)字化工廠(chang)，數(shu)字化飛機等數(shu)字化雙胞胎的實施方(fang)案(an)和(he)成果案(an)例。
在(zai)建筑工程(cheng)領域，autodesk,bentley這些(xie)軟件廠商也(ye)在(zai)積(ji)極布道BIM應用，大力(li)向(xiang)前推動數字(zi)化建造，智(zhi)慧(hui)城市的發展腳步。
那么在光伏(fu)領域，可以制造綠色電(dian)能的(de)太陽能發電(dian)系統裝置。我(wo)相信，將BIM技術和物聯網(wang)云(yun)平(ping)臺相結合，能誕(dan)生你們想要(yao)的(de)光伏(fu)電(dian)站(zhan)數(shu)字雙胞胎。
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