数字孪生技术快速构建智慧光伏电站智能运维系统

前言

光伏即光生伏特，是通过半导体材料实现的光电转化。以太阳能电池板为核心的光伏设施将太阳能直接转化为电能，释放光能这一清洁能源的应用价值。

经过十几年的发展，光伏产业已成为我国少有的形成国际竞争优势、实现端到端自主可控、并有望率先成为高质量发展典范的战略性新兴产业，也是推动我国能源变革的重要引擎。

在“双碳”战略提出后，光伏行业因其突出的低碳环保属性迎来了发展的黄金时期。

今天就将利用数维图的 Sovit3D 产品搭建3D 大型光伏发电站可视化场景，实现大型光伏发电站运行状态实时监测。减少光伏电站运维管控的人为操作成本与事故，实现无人值守的智慧光伏电站新形势。

建设背景

市场背景

在全球光伏产业蓬勃发展背景下，我国光伏制造以及光伏发电规模均位于世界首位。据统计，2023年新增并网容量21630万千瓦，其中集中式光伏电站12001.4万千瓦，分布式光伏9628.6万千瓦，用光伏装机达到4348.3万千瓦。累计并网容量60891.8万千瓦，其中集中式光伏电站35448.1万千瓦，分布式光伏电站25443.8万千瓦，户用光伏11579.7万千瓦。

由于集中式光伏电站投资大、建设周期长、占地面积大。出于土地成本考虑，电站通常地处偏远地区，给运维管理带来了诸多不便。但随着互联网、云计算、大数据、人工智能等现代信息技术与光伏产业的深度融合，光伏电站将朝着数字化、智能化、信息化的方向高速发展，智慧光伏电站将成为主流。

政策背景

2021.05，《关于推动城乡建设绿色发展的意见》，意见指出“加快提升光伏产业智能制造水平，推动互联网、大数据、人工智能等与光伏产业深度融合，鼓励特色行业智能光伏应用，促进我国光伏产业迈向全球价值链中高端。”
2021.12，《“十四五”工业绿色发展规划》，规划指出“推动智能光伏创新升级和行业特色应用。开展智能光伏等新型污染物治理技术装备基础研究。”
2021.12，《智能光伏产业创新发展行动计划（2021-2025年）》，计划指出“到2025年，光伏行业智能化水平显著提升，产业技术创新取得突破。智能光伏产业生态体系建设基本完成，与新一代信息技术融合水平逐步深化。”

建设目标

本设计遵循结构化、标准化、模块化、集成化，达到光伏电站运维平台各子系统之间的数据共享、互通互动。建成一套统一管理、分级控制的智慧光伏电站综合管理平台，形成功能完善、反应快速的数字化运维体系, 实现光伏电站安全及管理工作的现代化、智能化。

系统概述

“智慧光伏”是一种应用先进的信息和通信技术，如物联网、大数据、云计算、数字孪生等，以提升光伏电站的运营效率和可靠性，同时降低运维成本的可视化系统解决方案，提供实时的信息监控、诊断分析和故障报警功能，实现安全、低碳、高效的智慧光伏管理。

系统功能

三维模型场景

针对光伏电站所覆盖范围，对其进行三维模型建设，还原电站三维空间环境。三维建模一般通过人工建模方式实现，人工建模以CAD图纸、现场测量、现状照片为基础，建立数字表面模型，通过实际照片映射描述真实纹理信息，实现电站的三维模型建设。

全局信息概览

展示运维中心及光伏电站总体生产经营信息，包括环境参数、发电量统计及计划、今日报警/未读报警、接入逆变器数量/逆变器总容量等信息进行监控展示。

智能设备管理

通过图形化组态的方式，实现电站的图形化管理，方便用户通过电气组态图、设备组态图实时监测光伏组件、逆变器和其他关键设备的运行状态，包括电压、电流、温度等参数。通过监控设备的运行状态，系统可以及时发现并处理设备故障，确保光伏电站的正常运行。

智能巡检管理

支持第三人称视角巡检，全方位无死角查看三维场景，对场景内巡检线路上的监控设备进行轮询查看。同时可以实时查看设备运行状态以及实时数据，工器具检查、梳理巡视设备缺陷记录和安全隐患记录等，通过交互事件，弹出相应信息方便运维人员进行巡查。

电子围栏管理

针对光伏电站围栏区域，当船舶靠近或入侵电子围栏时，及时出现特定的告警信息，并在现场和监控中心发出声光报警，以及采用视频拼接技术实现周围围墙区域的大范围监控，避免查看多个画面而导致遗漏现象的发生。

视频监控管理

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。出现报警信息的监控点位会有声光报警效果，支持管理者及时点击查看实时监控影像以及抓拍记录。

智慧运维管理

依托物联网传感器，实时监控光伏厂区组件、箱逆变、线路、升压站等设备的运行情况，为运营中心人员、现场维检人员提供精准的预警、告警信息。检修人员通过智能穿戴设备与监督人员进行实时交互，对W/H点进行确认。实现光伏厂区智慧维检、安全管控，提高运维智能化水平。

智能预警管理

建立预警触发机制，对光伏电站设备、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，如：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。

开发平台

数维图（SovitJs）应用自主研发的 Sovit2D、Sovit3D 产品，无缝融合 2D、3D 技术，搭建了一套3D 可视化智慧光伏电站运维系统。通过数维图可视化开发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，不断丰富与完善光伏电站全面感知，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。