數(shù)字孿生抽水蓄能電站建設(shè)研究

王仲，李世強(qiáng)

摘要：為研究數(shù)字孿生抽水蓄能電站的建設(shè)，分析了數(shù)字孿生抽水蓄能電站的現(xiàn)狀，介紹了數(shù)字孿生抽水蓄能電站的總體架構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)與建設(shè)內(nèi)容。結(jié)果表明：目前，數(shù)字孿生抽水蓄能電站在標(biāo)準(zhǔn)、多專業(yè)協(xié)同、智能設(shè)備等方面有待完善。數(shù)字孿生抽水蓄能電站分別通過模型創(chuàng)建、數(shù)據(jù)中心、智能應(yīng)用等進(jìn)行管理；建設(shè)的核心技術(shù)主要體現(xiàn)為數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、傳輸、分析處理，對(duì)不同專業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)化并按統(tǒng)一、清晰的劃分層級(jí)進(jìn)行融合。數(shù)字孿生抽水蓄能電站將在數(shù)據(jù)中心、三維數(shù)字平臺(tái)、全景監(jiān)控、數(shù)字化洞室、數(shù)字化大壩、數(shù)字化機(jī)組、數(shù)字化移交、智慧運(yùn)維方面進(jìn)一步發(fā)展。

關(guān)鍵詞：抽水蓄能電站； 數(shù)字孿生； 三維數(shù)字平臺(tái)； 智慧運(yùn)維

中圖法分類號(hào)：TV743文獻(xiàn)標(biāo)志碼：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2023.09.019

文章編號(hào)：1006-0081（2023）09-0110-06

0引言

目前中國已投產(chǎn)抽水蓄能電站總規(guī)模 3 249 萬kW，主要分布在華東、華北、華中和廣東；在建抽水蓄能電站總規(guī)模5 513萬kW，約60%分布在華東和華北，已建和在建規(guī)模均居世界首位［1］，但是諸多生產(chǎn)技術(shù)、運(yùn)營方式仍為傳統(tǒng)模式［2］。目前，智慧工地、大壩智能碾壓、機(jī)組運(yùn)行監(jiān)測中心、安全監(jiān)控中心、基建管控平臺(tái)、BIM+技術(shù)等，已經(jīng)逐漸在部分抽水蓄能電站得到應(yīng)用。然而，這些數(shù)字化技術(shù)各成一套體系，缺少一個(gè)集成各項(xiàng)數(shù)字化技術(shù)的管控中心以及具有可視化的數(shù)據(jù)中心，數(shù)字孿生技術(shù)的出現(xiàn)則很好地解決了該問題［3］。數(shù)字孿生電站可以利用三維模型作為載體，在可視化平臺(tái)上進(jìn)行動(dòng)態(tài)模型構(gòu)建與業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)融合，提供施工進(jìn)度、質(zhì)量、安全、檔案、監(jiān)測、預(yù)警等數(shù)字化管控方案，實(shí)現(xiàn)抽水蓄能電站全生命周期管理過程中全景可視、實(shí)時(shí)采集、智慧監(jiān)測、全過程管控。本文研究了數(shù)字孿生在抽水蓄能中的應(yīng)用，介紹了具有全面感知、廣泛互聯(lián)、智能管控、科學(xué)決策的數(shù)字化抽水蓄能電站。

1數(shù)字孿生抽水蓄能電站現(xiàn)狀分析

數(shù)字孿生抽水蓄能電站是指基于現(xiàn)實(shí)抽水蓄能電站創(chuàng)造出數(shù)字版“孿生體”，該“孿生體”的三維狀態(tài)和進(jìn)度、質(zhì)量、安全、監(jiān)測、管理、檔案等各類數(shù)據(jù)，可通過網(wǎng)絡(luò)、傳感器以及多種信息錄入渠道進(jìn)行同步更新，從而與現(xiàn)實(shí)抽水蓄能電站的建設(shè)、監(jiān)管和決策保持一致，形成一個(gè)動(dòng)態(tài)的“孿生體”。數(shù)字孿生抽水蓄能電站屬于廣義數(shù)字化的一部分，其發(fā)展主要伴隨計(jì)算機(jī)大規(guī)模普及與應(yīng)用，從早期CAD、視頻監(jiān)控的單一數(shù)字化應(yīng)用到后來的BIM、監(jiān)測中心、工地管理系統(tǒng)等系統(tǒng)性的數(shù)字化應(yīng)用，再到目前“十三五”“十四五”中規(guī)劃的數(shù)字化產(chǎn)業(yè)升級(jí)，各數(shù)字化模塊高速發(fā)展的同時(shí)出現(xiàn)了合并、互通的趨勢(shì)，數(shù)字孿生抽水蓄能電站正是順應(yīng)了這一趨勢(shì)［4］。

目前，抽水蓄能電站在數(shù)字孿生的進(jìn)程中面臨著諸多挑戰(zhàn)：① 在制度標(biāo)準(zhǔn)方面，數(shù)字孿生抽水蓄能電站的建設(shè)還沒有國家層面的實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)，行業(yè)內(nèi)部數(shù)字化發(fā)展側(cè)重于執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)各不相同；② 在多專業(yè)融合方面，由于抽水蓄能電站項(xiàng)目體量大，涉及到的專業(yè)、廠家、公司繁多，行業(yè)技術(shù)壁壘高且部分?jǐn)?shù)據(jù)屬于機(jī)密文件，所以各專業(yè)數(shù)據(jù)接入數(shù)字孿生系統(tǒng)仍存在問題；③ 在系統(tǒng)與設(shè)備方面，目前網(wǎng)絡(luò)搭建與硬件設(shè)施方面具備一定的條件，而且高效率、智能化數(shù)字平臺(tái)的搭建與傳感器的研發(fā)仍需要投入大量成本才能實(shí)現(xiàn)；④ 在數(shù)字化占比方面，數(shù)字孿生抽水蓄能電站如今做到了部分重點(diǎn)數(shù)據(jù)的錄入與應(yīng)用，數(shù)字化占比仍需提升。數(shù)字孿生抽水蓄能電站的發(fā)展目前正處于初步探索與應(yīng)用研究階段，本文從不同方向、層面、階段對(duì)數(shù)字孿生抽水蓄能電站進(jìn)行研究。

2數(shù)字孿生抽水蓄能電站總體架構(gòu)

數(shù)字孿生電站的總體思路：基于電站的歷史和實(shí)時(shí)全景數(shù)據(jù)、先進(jìn)的算法模型，在數(shù)字空間中構(gòu)建真實(shí)電站全生命周期的動(dòng)態(tài)復(fù)制體，實(shí)現(xiàn)對(duì)電站狀態(tài)和行為的智能化監(jiān)控、診斷、預(yù)測、輔助決策與持續(xù)優(yōu)化，總體架構(gòu)如圖1所示。

數(shù)字孿生電站總體架構(gòu)中，在感知層通過視頻監(jiān)控、定位設(shè)備、監(jiān)測設(shè)備、數(shù)據(jù)錄入設(shè)備、各類高精度傳感器獲取抽水蓄能電站各項(xiàng)數(shù)據(jù)。通過展現(xiàn)層實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生電站與人之間的溝通，主要包含監(jiān)控大屏，PC端、APP端等。大量信息數(shù)據(jù)的流通需要進(jìn)行信息傳輸，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行環(huán)境、數(shù)據(jù)庫以及存儲(chǔ)、計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)和安全等硬件設(shè)施的建設(shè)，這一部分由網(wǎng)絡(luò)層進(jìn)行管理。關(guān)于虛擬電站建設(shè)部分，需要一個(gè)數(shù)字空間來容納數(shù)字孿生電站，滿足模型管理、數(shù)據(jù)管理、用戶管理、權(quán)限管理、功能模塊管理等各種需求，這部分通過三維數(shù)字平臺(tái)層實(shí)現(xiàn)。數(shù)字孿生電站內(nèi)部最核心的部分即模型、數(shù)據(jù)、應(yīng)用，分別通過模型創(chuàng)建層、數(shù)據(jù)中心層、智能應(yīng)用層進(jìn)行管理。通過上述層級(jí)的設(shè)置搭建出數(shù)字孿生抽水蓄能電站方案的總體框架。

3數(shù)字孿生抽水蓄能電站關(guān)鍵技術(shù)

數(shù)字孿生抽水蓄能電站建設(shè)的核心技術(shù)主要體現(xiàn)為數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、傳輸、分析處理，對(duì)不同專業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)化并按統(tǒng)一、清晰的層級(jí)劃分進(jìn)行融合，基于各類數(shù)字化信息進(jìn)行分析運(yùn)算衍生出不同方向的數(shù)字孿生應(yīng)用。

3.1數(shù)據(jù)采集與傳輸技術(shù)

數(shù)字孿生抽水蓄能電站包含設(shè)計(jì)、管理、監(jiān)測、分析等多類數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的采集形式需要根據(jù)具體需求確定。設(shè)計(jì)類數(shù)據(jù)來源于多個(gè)廠家、設(shè)計(jì)部門，采集形式主要是各專業(yè)整合的數(shù)據(jù)包文件由項(xiàng)目組成人員梳理有效數(shù)據(jù)；管理類數(shù)據(jù)的采集是通過在業(yè)主管理系統(tǒng)中加入接口與數(shù)字孿生抽水蓄能電站連接，同步采集更新管理類數(shù)據(jù)；監(jiān)測類數(shù)據(jù)的采集由高精度傳感器實(shí)現(xiàn)，高精度傳感器可以實(shí)時(shí)采集當(dāng)前部位的數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)或其他所需形式的信息進(jìn)行輸出。

由于抽水蓄能電站主體部分位于山體內(nèi)部，數(shù)據(jù)傳輸受地形和空間的限制，需要將無線5G傳輸技術(shù)和有線光纖傳輸技術(shù)結(jié)合使用。無線5G技術(shù)具有傳輸速度高、功耗低、延時(shí)低、覆蓋廣泛的特點(diǎn)。光纖傳輸具有通信容量大、傳輸損耗小、中繼距離長、抗雷電和抗電磁干擾能力強(qiáng)、誤碼率低、傳輸可靠性高的特點(diǎn)。通過這兩種傳輸方式可以將高精度傳感器采集到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)、安全傳輸至數(shù)據(jù)中心進(jìn)行處理。

3.2多專業(yè)模型與數(shù)據(jù)融合技術(shù)

三維模型是數(shù)字孿生抽水蓄能電站可視化的重要組成部分，涉及地形地質(zhì)、水工設(shè)施、機(jī)電設(shè)備、電氣管線等多個(gè)專業(yè)的模型，各專業(yè)之間模型設(shè)計(jì)軟件、精度、承載的功能、數(shù)據(jù)各不相同，模型進(jìn)入數(shù)字孿生電站首先要統(tǒng)一格式，在此基礎(chǔ)上根據(jù)功能設(shè)計(jì)、重點(diǎn)數(shù)據(jù)應(yīng)用的調(diào)研、各參與方意見等多種因素確定各專業(yè)的模型精度并實(shí)現(xiàn)電站三維數(shù)字化平臺(tái)的搭建。各專業(yè)三維模型融合完成后進(jìn)行模型與數(shù)據(jù)的融合，這部分內(nèi)容的核心是需要一個(gè)統(tǒng)一、合理、清晰的模型與數(shù)據(jù)層級(jí)劃分清單，開發(fā)人員根據(jù)層級(jí)清單搭建三維場景和銜接對(duì)應(yīng)部位數(shù)據(jù)后，再集成到數(shù)字孿生電站中，實(shí)現(xiàn)多專業(yè)模型、數(shù)據(jù)的融合［5］。

3.3數(shù)字孿生應(yīng)用技術(shù)

數(shù)字孿生應(yīng)用技術(shù)是數(shù)字孿生抽水蓄能電站的核心，它在物理電站同步的數(shù)字孿生空間內(nèi)，提取重點(diǎn)部位的模型信息、監(jiān)測信息、管理信息和相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行專項(xiàng)功能應(yīng)用。例如，電站建設(shè)運(yùn)行中要對(duì)大壩的沉降位移和水壓進(jìn)行監(jiān)測，通過調(diào)用大壩、監(jiān)測點(diǎn)位的模型和實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行拓展開發(fā)，得到大壩監(jiān)測應(yīng)用模塊，在大壩監(jiān)測應(yīng)用模塊中可以查看現(xiàn)實(shí)大壩各監(jiān)測點(diǎn)位置與監(jiān)測數(shù)據(jù)，還可以通過設(shè)置警報(bào)線對(duì)超過閾值的部位進(jìn)行預(yù)警，并將預(yù)警信息推送至相關(guān)工作人員，這樣不僅提高信息流通效率，還節(jié)省了大量人力、物力。數(shù)字孿生應(yīng)用技術(shù)目前有施工資源投入、施工進(jìn)度、質(zhì)量監(jiān)測、全景監(jiān)控、數(shù)字化洞室、數(shù)字化水道、數(shù)字化大壩、數(shù)字化機(jī)組、數(shù)字移交、智慧運(yùn)維模塊等多項(xiàng)應(yīng)用，這些應(yīng)用結(jié)合各專業(yè)相關(guān)人員在調(diào)研階段和使用過程中的具體意見定期迭代更新，給管理者和基層人員帶來工作便利的同時(shí)，也可在電站建設(shè)、安全監(jiān)測、數(shù)字化檔案、電站運(yùn)行管理方面為抽水蓄能電站帶來實(shí)際的效益。

4數(shù)字孿生抽水蓄能電站建設(shè)內(nèi)容及應(yīng)用

4.1數(shù)據(jù)中心

數(shù)字孿生抽水蓄能電站數(shù)據(jù)中心的建設(shè)包含數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)服務(wù)四大核心功能：① 數(shù)據(jù)獲取方面，構(gòu)建通訊網(wǎng)關(guān)，針對(duì)時(shí)效性較高的監(jiān)測系統(tǒng)，建立消息隊(duì)列通道，實(shí)時(shí)訂閱監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)，達(dá)到數(shù)據(jù)的秒級(jí)傳輸，針對(duì)各大業(yè)務(wù)系統(tǒng)建立數(shù)據(jù)獲取物理通道，基于各大業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供的接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)獲?。虎?數(shù)據(jù)處理方面，基于設(shè)備臺(tái)賬信息，對(duì)采集到的物聯(lián)感知數(shù)據(jù)配置映射關(guān)系，根據(jù)孿生應(yīng)用功能需要，對(duì)數(shù)據(jù)做輕量化、過濾處理、數(shù)據(jù)分析與數(shù)據(jù)運(yùn)算等工作；③ 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方面，構(gòu)建電站級(jí)數(shù)據(jù)倉庫，存儲(chǔ)數(shù)字孿生功能所需要的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、量測數(shù)據(jù)、計(jì)算與分析結(jié)果數(shù)據(jù)等，并且對(duì)倉庫中的所有數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)編碼設(shè)計(jì)，按照業(yè)務(wù)系統(tǒng)制定不同規(guī)則且唯一可讀的編碼，為后期數(shù)據(jù)調(diào)用提供訪問依據(jù)；④ 數(shù)據(jù)服務(wù)方面，基于數(shù)字孿生電站應(yīng)用需求，構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)接口服務(wù)、消息隊(duì)列數(shù)據(jù)服務(wù)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)推送服務(wù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生應(yīng)用的數(shù)據(jù)獲取與融合。例如，河北豐寧抽水蓄能電站、遼寧清原抽水蓄能電站等多個(gè)電站通過建設(shè)數(shù)據(jù)中心，為數(shù)字孿生電站的運(yùn)行提供統(tǒng)一、有序、全面的數(shù)據(jù)訪問服務(wù)。

4.2三維數(shù)字平臺(tái)

三維數(shù)字平臺(tái)是數(shù)字孿生抽水蓄能電站的基礎(chǔ)支撐平臺(tái)，是各專業(yè)共享、全要素集成、全流程一體化的現(xiàn)場施工管理三維數(shù)字平臺(tái)。該平臺(tái)為整個(gè)數(shù)字電站提供模型庫、模型構(gòu)建、模型加載、場景管理、數(shù)據(jù)交互等的三維可視化基礎(chǔ)服務(wù)，利用數(shù)據(jù)接口將其他基建期業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)在電站三維模型上集成展示，高效直觀展現(xiàn)可視化的數(shù)據(jù)。這樣不僅符合用戶真實(shí)空間認(rèn)知，同時(shí)還能夠?qū)崿F(xiàn)信息快速檢索，方便展示隱蔽工程情況，降低管理人員數(shù)據(jù)分析的難度，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化監(jiān)測、預(yù)警和分析，為管理人員決策提供輔助依據(jù)［6］。

4.3全景監(jiān)控

全景監(jiān)控是指將地形地貌模型、電站主體結(jié)構(gòu)模型融合，直觀展現(xiàn)出電站的竣工全貌，形成電站全景數(shù)字沙盤，結(jié)合各方面數(shù)據(jù)進(jìn)行展示、對(duì)比、分析，實(shí)現(xiàn)全景監(jiān)控［7］。① 視頻監(jiān)測方面，接入對(duì)應(yīng)區(qū)域的視頻監(jiān)控、重點(diǎn)部位的全景影像，為管理人員提供一個(gè)可視的、實(shí)時(shí)的現(xiàn)場施工環(huán)境。② 資源投入方面，將各標(biāo)段人員、車輛、施工設(shè)備等施工資源投入情況標(biāo)定在沙盤的具體位置上，展現(xiàn)出各標(biāo)段的施工資源投入情況，同時(shí)將施工資源投入情況與工程進(jìn)度關(guān)聯(lián)，可以查看工程在各個(gè)時(shí)間點(diǎn)的資源投入情況。③ 安全方面，將安全風(fēng)險(xiǎn)分布情況和安全違章情況錄入數(shù)字電站對(duì)應(yīng)的標(biāo)段區(qū)域，展現(xiàn)不同階段工程建設(shè)的安全情況與重大問題和問題處理反饋情況。④ 質(zhì)量方面，將質(zhì)量驗(yàn)評(píng)數(shù)據(jù)和質(zhì)量問題整改情況與電站對(duì)應(yīng)的區(qū)域掛接，直觀展現(xiàn)工程各部位質(zhì)量檢查情況與整改情況。⑤ 進(jìn)度方面，展示工程的計(jì)劃進(jìn)度推演、工程實(shí)際推演、計(jì)劃進(jìn)度與實(shí)際進(jìn)度的對(duì)比分析等各類統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。上述基建管控內(nèi)容結(jié)合數(shù)字電站沙盤構(gòu)成的數(shù)字孿生電站全景監(jiān)控模塊，目前已在遼寧清原抽水蓄能電站得到應(yīng)用，相對(duì)于傳統(tǒng)的管理模式，全景監(jiān)控很大程度上提高了管理者在建設(shè)過程中獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、進(jìn)行各項(xiàng)分析的效率，也在進(jìn)度、質(zhì)量、安全、資源等多方面的管理決策中起重要的輔助作用。全景監(jiān)控部分操作界面見圖2。

4.4數(shù)字化洞室、數(shù)字化大壩、數(shù)字化機(jī)組

數(shù)字化洞室主要設(shè)有地下廠房、數(shù)字水道場景。地下廠房專項(xiàng)場景中，通過構(gòu)建數(shù)字化洞室，將三維模型編碼與業(yè)務(wù)單元建立關(guān)聯(lián)，加載洞室開挖、支護(hù)、澆筑施工的人員、車輛、設(shè)備、進(jìn)度等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)以及現(xiàn)場的物聯(lián)數(shù)據(jù)，數(shù)字洞室與物理洞室同步施工，實(shí)現(xiàn)施工過程的可視化管理。數(shù)字水道專項(xiàng)場景是指輸水系統(tǒng)中應(yīng)用激光掃描技術(shù)開展隧道超欠挖分析、支護(hù)和襯砌工程量分析、現(xiàn)場對(duì)比驗(yàn)證、洞段超欠挖情況提示查詢等服務(wù)。廠房位移監(jiān)測界面與超欠挖分析界面見圖3～4。

數(shù)字化大壩以上下庫大壩模型為基礎(chǔ)構(gòu)建數(shù)字大壩專項(xiàng)場景，將碾壓系統(tǒng)報(bào)告［8］、安全監(jiān)測測點(diǎn)集成到三維模型上，配合三維激光大壩掃描模型，可以直觀展現(xiàn)變形監(jiān)測情況［9］。利用網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、北斗定位技術(shù)、云技術(shù)、數(shù)據(jù)融合技術(shù)、BIM技術(shù)、AI智能識(shí)別技術(shù)、無人機(jī)掃描技術(shù)，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際的施工管理體系，實(shí)現(xiàn)面向業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理、承包單位的大壩工程施工信息采集與質(zhì)量、進(jìn)度、安全控制的綜合管理系統(tǒng)。智能碾壓界面與試驗(yàn)檢測界面見圖5～6。

數(shù)字化機(jī)組部分按照機(jī)組安裝單元，將機(jī)組的設(shè)計(jì)、制造、安裝、調(diào)試數(shù)據(jù)進(jìn)行集成，基于機(jī)組安裝單元模型，對(duì)機(jī)組安裝過程進(jìn)行可視化監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)多方參建單位機(jī)組安裝協(xié)作與信息共享。數(shù)字化機(jī)組建立與水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、變壓器等設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的信息交互接口，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組振動(dòng)、擺度、壓力脈動(dòng)、氣隙、磁通量、局部放電、調(diào)速設(shè)備、勵(lì)磁設(shè)備等發(fā)、變電主設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)的信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測、越限告警。機(jī)組構(gòu)造認(rèn)知界面與機(jī)組安裝調(diào)試界面見圖7～8。

數(shù)字化專項(xiàng)場景中列舉的這些應(yīng)用在遼寧清原抽水蓄能電站均已得到應(yīng)用，相對(duì)于涉及面廣泛、維度多的全景監(jiān)控，專項(xiàng)場景的應(yīng)用是小范圍、特殊場景、重要功能的應(yīng)用。專項(xiàng)場景中的應(yīng)用是落地到點(diǎn)、落實(shí)到具體某項(xiàng)在工程建設(shè)中的重要指標(biāo)，在小范圍內(nèi)使用高精度模型，利用數(shù)字化前端發(fā)展的各類新技術(shù)，結(jié)合專項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能需求，層次漸進(jìn)地對(duì)傳統(tǒng)工作模式進(jìn)行數(shù)字化升級(jí)。

4.5數(shù)字化移交

電站工程建設(shè)是一個(gè)多專業(yè)、多階段、多方參與的過程。以往各階段、各專業(yè)參與方形成的數(shù)字化成果由于種種原因并不能完全向下一階段移交，顯現(xiàn)出了數(shù)據(jù)完整性差、數(shù)字化成果共享率低、信息貫通性弱等問題。所以數(shù)字化移交可在電站工程建設(shè)初期就按統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)對(duì)實(shí)體成果及時(shí)完成數(shù)字化，確保實(shí)體工程和數(shù)字化工程在時(shí)間維度上保持一致。在每一階段，實(shí)體工程和數(shù)字化工程同步向下一階段移交，能夠精確、完整地反映實(shí)體工程的現(xiàn)狀。構(gòu)建電站工程全生命周期數(shù)字化移交系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電站工程的自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集、快速信息查詢、數(shù)據(jù)的打包發(fā)布等功能，提高電站工程數(shù)據(jù)利用率，提高電站建設(shè)精益化管理水平等。數(shù)字化移交是數(shù)據(jù)處理中重要的一環(huán)，將傳統(tǒng)存檔資料數(shù)字化，通過檢索可快速進(jìn)行查找，同時(shí)將模型與數(shù)據(jù)掛鉤，可以對(duì)模型和數(shù)據(jù)進(jìn)行雙向的查詢［10］。舉例來講，通過傳統(tǒng)檔案數(shù)據(jù)查尋大壩某一區(qū)域數(shù)據(jù)，需要先找到該區(qū)域圖紙，按圖紙內(nèi)部編號(hào)尋找對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)、施工、質(zhì)量檢測等某類數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)都是單獨(dú)為一類，每次都需要在大量同類型數(shù)據(jù)中篩查，而利用數(shù)字化移交模塊，只需要點(diǎn)擊模型對(duì)應(yīng)區(qū)域，即可直達(dá)從設(shè)計(jì)到質(zhì)量驗(yàn)收的各類數(shù)據(jù)。遼寧清原抽水蓄能電站通過數(shù)字化移交系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)組設(shè)備在規(guī)劃設(shè)計(jì)、設(shè)備制造、施工安裝及調(diào)試等各階段交付物的上傳，并且基于模型的可視查詢，實(shí)現(xiàn)從基建期到生產(chǎn)期機(jī)組設(shè)備數(shù)據(jù)的無縫銜接，為電站運(yùn)維期數(shù)字化應(yīng)用提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

4.6智慧運(yùn)維

智慧運(yùn)維部分包含電站設(shè)備狀態(tài)智能預(yù)警、電站設(shè)備專業(yè)數(shù)據(jù)分析、電站設(shè)備健康狀態(tài)評(píng)價(jià)、機(jī)組主設(shè)備故障診斷分析、智能巡檢等［11］。電站智能預(yù)警模塊包括動(dòng)態(tài)閾值報(bào)警、趨勢(shì)預(yù)警、模式異常預(yù)警等功能。專業(yè)數(shù)據(jù)分析是指針對(duì)不同的監(jiān)測對(duì)象及數(shù)據(jù)，配置對(duì)應(yīng)的專業(yè)分析工具對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行深度分析，包括振動(dòng)擺度及壓力脈動(dòng)分析、發(fā)電機(jī)局部放電分析、主變油色譜分析等。電站設(shè)備健康狀態(tài)評(píng)價(jià)包含設(shè)備狀態(tài)評(píng)估、專項(xiàng)狀態(tài)評(píng)估、試驗(yàn)數(shù)據(jù)評(píng)估、設(shè)備狀態(tài)報(bào)告。機(jī)組主設(shè)備故障診斷分析是通過建立常見故障診斷知識(shí)庫，利用故障樹推理機(jī)技術(shù)，結(jié)合人工智能神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、機(jī)器自學(xué)習(xí)技術(shù)等對(duì)設(shè)備常見故障進(jìn)行診斷。智能巡檢是利用RFID技術(shù)和無線通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)智能化的人工巡檢系統(tǒng)，并結(jié)合無人機(jī)、無人船、巡檢機(jī)器人的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)流域全線全覆蓋的智能化立體式巡查管理，從而提升巡檢工作的便捷性，提高巡檢工作效率［12］。設(shè)備智能預(yù)警界面見圖9。

5結(jié)語及展望

數(shù)字孿生抽水蓄能電站可利用計(jì)算機(jī)的算力、儲(chǔ)存、智能化、高效率的優(yōu)勢(shì)，精準(zhǔn)解決各類運(yùn)算問題，高效完成重復(fù)性機(jī)械工作，儲(chǔ)存電站各階段產(chǎn)生的數(shù)據(jù)并進(jìn)行應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)電站運(yùn)營中智能監(jiān)測等目標(biāo)。因此，數(shù)字孿生抽水蓄能電站需要與實(shí)際電站全生命周期的真實(shí)狀態(tài)保持同步，在該基礎(chǔ)上分階段衍生出不同方向的應(yīng)用研究。在設(shè)計(jì)階段，為各專業(yè)設(shè)計(jì)、管理人員提供一個(gè)協(xié)作設(shè)計(jì)管理平臺(tái)，有利于項(xiàng)目信息溝通交流、方案對(duì)比、數(shù)據(jù)分析、設(shè)計(jì)進(jìn)度的整體把控。在施工階段，增加基建管控應(yīng)用，融入實(shí)際進(jìn)度數(shù)據(jù)，資源投入數(shù)據(jù)、安全數(shù)據(jù)、質(zhì)量數(shù)據(jù)等基建期的各項(xiàng)專業(yè)數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)施工階段的全方面管控。在運(yùn)營階段，通過水工設(shè)施智能監(jiān)測、發(fā)電機(jī)組設(shè)備及其附屬設(shè)備監(jiān)測、智能預(yù)警、專業(yè)數(shù)據(jù)分析等應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)抽水蓄能電站智能化運(yùn)營。

在未來，數(shù)字孿生抽水蓄能電站的發(fā)展需在抽水蓄能電站中積極引用新技術(shù)、新方法、新思路，實(shí)現(xiàn)目前尚未落地的應(yīng)用目標(biāo)，發(fā)現(xiàn)新的應(yīng)用方向；同時(shí)，還需對(duì)于已建抽水蓄能電站中的應(yīng)用進(jìn)行深挖與優(yōu)化。在已有應(yīng)用的數(shù)據(jù)中，進(jìn)一步挖掘數(shù)據(jù)的應(yīng)用價(jià)值，將數(shù)字孿生應(yīng)用與抽水蓄能電站的實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行緊密結(jié)合。通過數(shù)字孿生技術(shù)在抽水蓄能電站的廣泛應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)抽水蓄能電站全生命周期的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，使抽水蓄能電站在經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、效率、質(zhì)量、管控、監(jiān)測等各方面得到提升。

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（編輯：江文）

Research on digital twin pumped storage power station

WANG Zhong，LI Shiqiang

（Beijing Engineering Corporation Limited，Beijing 100024，China）

Abstract： In order to study the digital twin pumped storage power station，the present situation of digital twin pumped storage power station was analyzed and the overall structure，key technology and construction content of digital twin pumped storage power station were introduced.The results show that the digital twin pumped storage power stations needed to be improved in terms of standards，multi-specialty collaboration and intelligent equipment at present.The digital twin pumped storage power station was managed by model creation，data center and intelligent application.The core technology of the construction was mainly reflected in the real-time collection，transmission，analysis and processing of data，the digital transformation of different professional data and the integration according to a unified and clear division level.The digital twin pumped storage power plants will strengthen the construction of data centers，three-dimensional digital platforms，panoramic monitoring，digital caverns，digital DAMS，digital units，digital transfer，and intelligent operation and maintenance.

Key words： pumped storage power station； digital twin； 3D digital platform； intelligent operation and maintenance