智能电厂运维三维可视化应用研究_张卫.pdf
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1、56http:/电 力 勘 测 设 计第1期DOI:10.13500/j.dlkcsj.issn1671-9913.2023.01.010智能电厂运维三维可视化应用研究张 卫,王郁旭,刘 昊,冯逸帆(中国电力工程顾问集团华东电力设计院有限公司,上海 200333)摘要:能源产业数字化智能化升级,智能电厂运维三维可视化是个重要的发展方向。文章简述了三维可视化与智能电厂运维之间的关系,介绍了国内现有电厂运维的三维可视化应用情况。介绍了三维可视化平台架构和功能应用,描述了三维可视化与数字孪生等智能电厂的业务结合的发展趋势。关键词:三维可视化;数字孪生;智能电厂中图分类号:TP311 文献标志码:A
2、文章编号:1671-9913(2023)01-56-06Application Research on 3D Visualization of Operation and Maintenance in Intelligent Power PlantZHANG Wei,WANG Yuxu,LIU Hao,FENG Yifan(China Power Engineering Consulting Group East China Electric Power Design Institute Co.,Ltd.,Shanghai 200333,China)Abstract:Digital and i
3、ntelligent upgrade of energy industry,Intelligent Power Plant Operation and Maintenance 3D visualization is an important development direction.This paper briefly describes the relationship between 3D visualization and intelligent power plant operation and maintenance,and introduces the application o
4、f 3D visualization in domestic power plant operation and maintenance.This paper introduces the architecture and function application of 3D visualization platform,and describes the development trend of business combination of 3D visualization and digital twin in intelligent power plant.Keywords:3D vi
5、sualization;digital twins;intelligent power plant*收稿日期:2022-05-19 第一作者简介:张卫(1971),男,高级工程师,从事数字化设计、移交、智能电厂运维等方面工作。0引言2022 年 3 月 23 日,国家发展改革委、国家能源局印发“十四五”现代能源体系规划,通知要求加快能源产业数字化智能化升级,推动能源基础设施数字化。加快新一代信息技术和能源产业融合发展,推动能源产业数字化升级,加强新一代信息技术、人工智能、云计算、区块链、物联网、大数据等新技术在能源领域的推广应用。建设智慧能源平台和数据中心,实施智慧能源示范工程1。2020 年
6、出版的数字孪生应用白皮书对电力行业的数字孪生应用作出总结,具体包括电厂三维可视化管理、电厂运行优化、电气设备健康管理、通用电网模型构建和电网设计及运维管理2。用数字孪生技术构造虚拟电力系统能够准确反映现实电力系统整个生命周期的运行状态,为运维人员提供了在低成本、低风险环境下进行分析的机会。三维模型编码化、数据属性相互关联,设备几何信息、业务信息的信息融合,实现设备运行巡检过程中的三维仿真和实时互动功能。在智能电厂的各个层级实现全程可视化和全厂设备的全生命周期管理。57智能电厂运维三维可视化应用研究http:/ 企业数字化转型与工程数字化创新 第1期 1 现状随着数字化三维设计应用日益成熟,数字
7、化三维的概念也逐步向设计的下游推动,施工、运维阶段正逐步采用数字化三维技术,各大电厂都致力于建设“基于数字化三维的智慧运维平台”。在电厂先进控制系统和安全高效的网络平台、数据库平台基础上,利用三维可视化技术整合设计、采购、施工、建设、调试、运行、培训、检修与维护、改造直至拆除等各个阶段的数据,从设备实时数据到企业管理业务数据,覆盖发电厂全生命周期生产和管理,以管控一体化为手段,工业互联网为目标,对电厂的经营和生产管理系统进行数字化智能化升级,打造智能电厂数字化资产。三维可视化应用方面,近些年来各大发电集团都在尝试数字化转型,探索智能电厂实施方案。大唐姜堰智慧电厂实现了基于专家系统的三维可视化故
8、障诊断系统、三维数字化档案和三维可视化智能培训系统;大唐南京发电厂实施了三维数字档案和可视化立体设备模型。京能高安屯热电是全国第一个数字化热电厂,其首创将互联网技术运用到传统的电力行业,运用大数据进行生产管理、三维仿真训练等。京能集团十堰热电也将按智慧电厂标准建设,将采用大数据三维仿真平台技术,实施数字化全寿命周期管理3。江苏国信集团高邮、仪征 2 座 6F 级燃机智慧电厂示范项目,尝试智能设备管理、智能运行管理及优化、智能感知安全管理、可视化仿真培训系统的应用管控。山西赵庄鑫光发电有限公司将成为格盟集团重点打造的智慧电厂样板工程。其智慧电厂管控系统将建立电厂数据仓库和三维模型,实现三维实时信
9、息监视;利用三维可视化技术,实现设备可视化诊断分析和动态寿命管理。上海华电奉贤热电有限公司实施了三维可视化技术的火电厂设备数据管理4。国家能源集团宿迁发电有限公司搭建了智能电厂数字工程平台,运用三维可视化技术、大数据技术,整合目前电厂运维的多种系统,实现宿迁电厂的设备管理、人员定位、文档集成、视频监控、门禁周界以及SIS实时数据等的三维可视化展现。2 智能电厂运维三维可视化架构和特色智能生产监管层和智能管理层的信息系统运行在智能电厂云平台上,充分利用云平台的优势,提升电厂信息整合能力和业务处理效率。智能电厂云平台是面向电厂数字化、网络化、智能化需求的,以工业生产和信息通信技术的集成、融合、创新
10、为基础,可实现生产全要素泛在连接,支持弹性收缩、资源池、高可靠、高负载的私有云平台。智能电厂云平台的基本框架由基础层(IaaS)、平台层(PaaS)、应用层(SaaS)3 大层级构成5。智能电厂云平台架构如图 1 所示。应用层SaaS业务APP运行、检修、物料、燃料、经济运行指导机组性能计算在线性能试验智慧运行应用开发工具微服务框架业务关系数据库生产实时数据库AI建模分析工具结构化数据实时历史数据工业机理建模工具主数据元数据管理BI分析工具音视频资料负载均衡分布式消息分布式缓存监控运行应用弹性收缩应用资源管理云基础设施(服务器、存储、网络、虚拟化)文档资料智慧检修智慧安防权限、设备、测点、指标
11、、消息、认证、日志、故障诊断、运行优化、设备预警智能分析与决策移动智能设备集成应用开发工具微服务组件库大数据中心平台层资料管理应用创新平台层PaaS基础层IaaS图1 智能电厂云平台架构58http:/电 力 勘 测 设 计第1期智能电厂运维三维可视化架构在智能电厂云平台上,通过编码和轻量化三维设计和厂商模型,打造智能电厂的三维地图,并使之成为平台层数据中台的一个部件,通过对传统生产与运维软件的梳理,在应用层与可视化绑定,架构业务流程的微服务,逐步完善电厂的管理平台,搭建智能电厂数字工程平台。智能电厂运维的三维可视化平台整体架构如图 2 所示。三维可视化平台的应用数据库和三维引擎服务器硬件布置
12、在智能电厂云平台基础层(IaaS),数据库和应用服务可用虚拟服务器或容器来实现,三维引擎服务器采用实体服务器。三维可视化平台对象数据的获取和整理布置在智能电厂云平台的平台层(PaaS),整合巡检系统、两票系统、设备监控、人员管理系统等第三方平台数据,架构数据管理系统、后台服务系统,应用Web 框架和三维引擎等模块。三维可视化平台具体业务功能布置在智能电厂云平台的应用层(SaaS),整合单点登录的系统门户,包含有智能检索、通知管理、权限管理、工作流引擎等平台基础模块,人员管理、设备管理、运行管理、文档管理等业务功能模块,三维展示模块包含有数据驾驶舱、管道检维修、人员定位、视频监控等内容。平台整体
13、架构统一用户管理及身份认证(单点登录)平台基础模块系统门户业务功能模块三维展示模块第三方平台三维引擎后台服务系统数据管理系统Web框架智能检索通知管理权限管理操作日志工作流引擎报表管理用户习惯管理人员管理设备管理人员定位管理门禁管理运行管理文档管理视频监控管理数据驾驶舱管道检维修人员定位视频监控设备三维展示实时监控数据两票展示人员管理系统资产管理系统设备运维系统巡检系统两票系统设备监控系统门禁及周界安防平台数据接口图2 三维可视化平台整体架构2.1 B/S架构三维可视化架构宜采用低耦合的 B/S 开发架构,采用二三维交互、前后端分离、模块化设计方式。无需在固定环境安装客户端,直接通过浏览器网页
14、端或移动端登录。避免 CS 模式导致的安装需求和硬件性能需求。应用层前端应支持主流 HTML5 浏览器产 品(例 如 Chrome,Safari,Edge),对 于 三维模型或二维图纸(如智能 PID 图)支持无插件式调阅浏览,支持各种主流操作系统包括:Windows、Mac OS、基于 Linux 内核的操作系统,并充分考虑未来操作系统、浏览器兼容问题。系统部署优先采用类 SOA 架构,模块之间通过 Restful 风格服务接口 API 对外提供服务,实现服务的解耦合、松散部署、透明调用,并保留对其他运维管控平台提供数据支持的能力。三维场景使用云渲染模式,通过 WebRTC 传输三维模型对象
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