海上风电：2024 智慧海上风电场数字孪生系统

我们常说地球是蓝色星球，那是因为海洋约占地球面积的 71%。如今，我国正在向“双碳”目标不断奋斗，海上风电也作为一种潜力清洁能源，迸发出前所未有的活力，海上吹来的风成为未来清洁能源新方向。

2024 年海上风电项目加速推进

2023 年中国风电新增吊装容量 77.1GW，同比上涨 58%，创历史新高。其中，陆上风电新增 69.4GW，同比增长 59%;海上风电新增 7.6GW，同比增长 48%。值得注意的是，2023 年是中国风电市场在停止补贴新增风电项目后首年实现陆上海上双增长。

2024 年开年从业内了解到，国家能源集团、国家电投等多个央国企海风项目陆续获批核准，2024 年海上风电开工、建设、并网节奏加快。此外，海南、福建等清洁能源大省相继公布 2024 年重大海风项目投资计划，依托海上风电资源，加快发展海上风电产业。

业内人士预计，2024 年海上风电并网规模仍将不断扩大，海上风电项目建设将保持较快增长，需求释放将拉动海上风电产业出货量持续增长。

2024 年智慧海上风电解决方案

背景

智慧化方面从国家层面而言，我们国家的“十四五”规划以及新基建都明确提出在智慧能源方面的建设，同时也是希望开展智慧能源建设帮助企业进行智慧化转型。为了贯彻落实数字中国、数字经济和智慧能源等战略，2035 战略为指引国家电投目标打造数字化国家电投，建设智慧能源体系，将数字化、智能化融入到能源生产运营通过数字化实现产业在规划、设计、建设、运营等环节提质降本增效的目的。

定义

智慧海上风电场利用大数据实时监控电量分析，并通过数字可视化大屏进行信息展示，使参观总览、集团调度、远程运维状态一目了然。此外，智慧海上风电场还具备海底电缆设计与智能运维核心技术，建立起风机、海缆等主要设备健康状态的预警模型，实现设备初期劣化和故障预警、诊断，有效防止设备欠维护和过维护。

体系架构

智慧海上风电场旨在将整个风电场作为一个整体场景，统一设计风电机组及箱变、海上升压站、陆上站的各类子系统;采用统一的标准化接口，使其能无缝融合在统一的信息数据交换平台上;使用统一的人机交互界面，进行统一的运行控制和管理维护。在陆上集控中心就可实施对全场景的远程实时可视化监控，并进行各类数据(如故障分析与预测、设备管理、工单管理等)的统一智能化管理，实现海上无人值守、陆上少人集控的智慧化运维管理模式。

开发平台

系统基于 WebGL 标准下的 B/S 框架，前端采用 HTML5+JavaScript 技术为基础，进入 Sovit2D/Sovit3D 可视化平台后，结合真实世界建立数字孪生三维场景(也可上传背景图)，在线拖拽资源库中的风机、升压站、设备等组件，配置颜色、动画效果，可视化直观呈现海上风场运行状态。通过对场景进行放大、缩小平移等操作查看场景效果和细节。并将环境参数、实时发电指标、节能减排信息等数据接入 2D 面板，便于运维人员对整个风电场运行的有效掌控。

功能设计

#1 全局概览

展示海上风电场运维中心及风电场总体生产运营信息，包括实时指标、机组状态、环境参数、发电统计、风机数量等信息。

#2 设备管理

智能设备是智慧海上风电场的数据基础。智能装置是智能设备层的基本元素，应使用标准通信接口和协议，实现数字化监测和网络化控制;应具备就地综合评估、实时状态报告、故障诊断等功能。

#3 风机监测

在风机上采用先进的状态监测、数据分析、智能控制技术，使机组准确地感知自身和外部环境，建立数据监测、异常告警机制，智能锁定故障位置。为风机匹配机械传动链、塔筒、基础、桨叶以及重要的螺栓载荷等重要元部件的状态监测，实现对机组参数渐变、突变事件的智能化故障预警与诊断。

#4 海缆监测

海底电缆是海上风电场电能传输的关键部件，海底电缆的事故将导致极大的损失。有必要实时监测海缆的温度和应力变化。借助海缆中的光纤线芯，通过对接光纤分布式传感新技术，判断电缆是否受损及周围环境是否发生变化，并对海缆异常进行报警和定位。

#5 环境监测

海上环境相对更加复杂，环境参量的在线监测显得尤为重要。通过对接传感器监测结果数据和高速传输介质，将海上风电运营区的海洋环境统一展示，实时测量并显示风速、风向、气温、相对湿度、气压;并对作业海区未来 7 天的天气现象、气压、风向、风力、气温、浪高、能见度等要素进行预报，安排预警和预处理方案及出海作业策略。

#6 智能巡检

鉴于海上风电场水域大、环境复杂、维护难，在海上升压站、配电室等主要区域，以第一视角漫游巡检，实现 1：1 场景还原的智能巡检系统，结合物联网、三维建模等技术，实现巡检当前状态数据展示，巡检摄像头实时监控信息回传，从管理、安防、节能、隐患排查等多维度对海上风电场实施动态监控及预警。

#7 视频监控

根据风电场监控摄像头分布情况，在三维场景中设置视频监控点位，以摄像头图标展示其位置。支持场景交互来调取相应监控视频，对异常目标的自动抓拍、抓摄和留存，出现异常警告时，监控点位会有声光报警效果。满足运维人员对场景进行实时态势感知、历史数据回溯比对、应急处理预案等监测需求。

#8 电子围栏

海上风电场水域电子围栏一旦有非法入侵时，智能跟踪球机立即自动跟踪现场目标，并在现场和监控中心发出声光报警。通过对接船事系统可获取到施工船只、渔船、非法入侵船只等相关信息，结合入侵时间、离开时间，可实时定位船舶位置(经度及纬度)和绘制历史轨迹，提高监控管理效率。

#9 智能预警

建立预警触发机制，对风场设备、环境进行实时监控，在识别到后台状态数据时，将状态以差异化的形式呈现在设备模型上，当设备状态为异常时，系统将持续发出声光报警，并弹出异常警报。并联动视频监控将镜头聚焦，展示报警设备详情及位置，方便运维人员即时做出决策处理。

#10 建设价值

利用数维图(SovitJs)应用自主研发的 Sovit2D、Sovit3D 产品，无缝融合 2D、3D 技术，搭建 3D 可视化智慧海上风电场大数据管理平台。实现可交互式的 Web 二三维场景，基于多维感知、场景物联、物信融合的技术理念，不断丰富与完善海上风电场全面感知，实现设备设施智能巡检、环境风险监测预警，助力集控中心生产调度，辅助决策和全局掌控。

总结

建设智慧海上风电场，实现海上风电场设备、资产的智慧化监控与管理，对提高风电场自动化水平和运维效率、降低运维成本、提高海上风电的径济和社会效益、提高抵御风险的能力具有重要意义