数字孪生能源系统 打造低碳时代透视眼

十四五规划提出：“加快推动数字产业化，培育壮大人工智能、大数据、区块链、云计算、网络安全等新兴数字产业”。2022 年一季度，国家能源局认真贯彻落实“四个革命、一个合作”的能源安全新战略，锚定碳达峰碳中和目标，积极落实“十四五”可再生能源发展规划，推进大型风电光伏基地等重大项目建设，促使全国可再生能源发电量达 5336 亿千瓦时。

可再生能源装机量的迅速提升也为电力系统的稳定运行带来巨大压力。由于风电、光伏的输出功率受气象情况和运行环境影响较大，致使电站输出功率难以预测，亟需智慧电力一体化管控平台进行监管，以保障电网的平稳运行。运用图扑软件自主研发引擎 HT for Web，构建可交互式的 Web 三维电力场景，实现全国新能源设施的有效管控，保障电力系统的运行通畅。

绿色智慧电网系统

为推进新能源建设和消纳，《电力可靠性管理办法（暂行）》提出新能源发电企业要加强发电功率预测管理，建立新型储能建设需求发布机制，积极稳妥推动发电侧储能建设，推进源网荷储一体化和多能互补。“十三五”期间，我国常规发电机组的等效可用系数保持在 91% 以上，变压器、断路器、架空送电线路等输变电设备等效可用系数长期保持 99% 以上，直流输电系统运行总体稳定。

图扑软件双高绿色智慧电网系统以首个国内最高电压等级特高压交流示范工程为依据，以动态流光线条展示电流的输送。它是我国自主研发、设计和建设的具有自主知识产权的 1000 千伏交流输变电工程——晋东南—南阳—荆门特高压交流试验示范工程，全长 640 公里。

通过与 HT for Web GIS 产品的结合，实现智慧电网的精细化管理。支持对不同地图瓦片服务或数据、航拍倾斜摄影实景的 3DTiles 格式数据以及城市建筑群等不同的 GIS 数据的加载，同时，结合 BIM 数据轻量化、三维视频融合以及 2D 和 3D 的无缝融合等技术优势，在 GIS 系统中对海量的 POI 数据、交通流量数据、规划数据，现状数据等进行多样化的可视化展示。

特高压能有效提升我国电网的输送能力，一回路特高压直流电网可以送 600 万千瓦电量，相当于 500 千伏直流电网的 5 到 6 倍，送电距离也是后者的 2 到 3 倍。输送同样功率的电量，如果采用特高压线路输电可以比采用 500 千伏高压线路节省 60% 的土地资源。

输电通道、张雄特高压、张北柔直的建设情况在电网系统的 2D 面板及时更新。在图扑软件的智慧电网系统中风机发电量及装机容量、光伏发电量及装机容量，按照年份以渐变的动态面积图进行统计。

将电网数据的中控平台接入可视化系统，实现新能源开发、运送、消耗数据的实时驱动，便于运维掌握一手资料。将能源政策分析解读、区域能源资源综合分析评估、发展规划编制、年度计划编制在 Hightopo 可视化系统中展示，以规划后续新能源电力设施的建设。

随着电网辅助监控系统的不断完善，结合数字孪生虚实互动的相关特性和功能，用户可以远程通过电脑、VR 等设备，利用平台系统逆向控制实现操作辅助监控设备，使用现场的高清、红外摄像头和智能机器人等监控设备对电网设备进行智能巡视。

新能源生产监管中心

随着碳达峰碳中和目标的提出，各国对新能源的开发利用达到了前所未有的高度。联合国 2025 年前能源承诺促进行动计划提出：到 2025 年实现再有 5 亿人获得电力供应，全球可再生能源发电能力增加 100%。在中国，2022 年一季度，全国风电新增并网装机 790 万千瓦。从新增装机分布看，“三北”地区占比约 70%，中东部和南方地区占比约 30%。

通过图扑软件可视化实现全国电力情况的数字孪生，统计全国范围内海上风电场和山区风电场的有功功率、日发电量总数，实现生产监管、决策支持、报表查看。

利用自主研发引擎 HT for Web 将 2D 和 3D 无缝融合，在 2D 面板查看新能源陆地总装机容量、海上总装机容量；接入区域公司数量、风场数量、风机总数量、总装机容量、逆变器数量、光伏电站数量实现有效管控。

采用环形图展示风力和光伏发电的日发电量、月发电量、年发电量。采用折线图分别展示风电机组和光伏机组的 24 小时有功功率。

《风电场利用率监测统计管理办法》的通知指出，风电场每日受限电量计算公式为：受限电量=受限时段风电场可用机组可发电量－受限时段风电场实发电量。其中，风电场可用机组可发电量指风电场内除设备故障、缺陷或检修等因素影响风电机组外，剩余可用风电机组在所处自然条件和设备状态下（不考虑电力系统运行因素影响），在相应时间内理论上可发出的电量。

点击 3D 场景内的各省份地图可弹出 2D 面板显示各省份风力发电机和光伏的装机数据。大连、崇明、厦门等地区高亮显示，点击光柱可查看对应陆上或海上风电场的运行情况，可利用物联网技术将故障风机标红，便于运维在可视化大屏查看并安排维修人员处理。

随着近海资源的大规模开发，为获取更多的风能资源，海上风电呈现规模化、集群化、深远海化的特点。可基于 Web3.0 建立点对点的去中心化的智能互联网，保护数据隐私的同时，打破信息孤岛，让电力系统各部门间信息互通。加强全网统一调度，研究建立源网荷储灵活高效互动的电力运行与市场体系。

粒子案例

对于需要在一个面上展示的流体场，比如风场，水流场，压力场等，需要以动态的方式呈现，可以使用图扑粒子插件实现。在图扑软件可视化系统的主场景内可查看风电气流、全球风场、长江水场的粒子流动情况，右侧按钮可自由调节粒子数量、粒子速度、粒子痕迹，自定义粒子的行为。

采用 HT for Web 模拟的全球风场揭示了全球大气层完整的动力学和热力学动态演变的规律和趋势，为分析和预报台风、暴雨等各类极端灾害性天气现象提供最直接、最准确的实测初始资料。

风电机组的运行受到环境因素的影响很大，特定地形条件下的气流，直接关系到风电场的发电效果。了解复杂地形环境下的风能分布，能避开不利地形条件。例如：陡坡数量较多的起伏地形不利于风电场的开发。

将二维流体场信息作为贴图资源传给图扑 SDK。SDK 里使用贴图保存粒子的位置信息，利用流体场和粒子位置，计算出下一帧的粒子位置。然后融合上一帧的输出和当前输出，实现粒子的移动尾迹效果。

图扑粒子插件可以实现粒子的大小、粒子的形状、粒子的流速、 粒子数量、显示的阈值、仿真精度等参数调节。

2021 年水电、风电、光伏发电平均利用率分别约达 98%、97%和 98%，能源技术创新能力进一步增强。建立了完备的水电、核电、风电、太阳能发电等清洁能源装备制造产业链，成功研发制造全球最大单机容量 100 万千瓦水电机组，具备最大单机容量达 10 兆瓦的全系列风电机组制造能力，不断刷新光伏电池转换效率世界纪录。

图扑软件提供 Web 端的 UI/2D/3D、GIS、BIM 及 VR/AR 等可视化相关解决方案，自研核心引擎 HT 提供图形化组态 SCADA 能力，支持构建零代码物联网 IoT 平台，共同构建工业元宇宙，普遍应用于智慧城市、智慧水务、光伏、风电、新基建、智慧医疗、智能制造等各行业的数字孪生、二维组态和三维组态项目。