智慧风电：数字孪生 3D 风机智能设备运维

前言

6 月 1 日，福建省人民政府发布关于《福建省“十四五”能源发展专项规划》的通知。规划要求，加大风电建设规模。自 “30·60” 双碳目标颁布后，社会各界已经按下减碳“加速键”，零碳成为了行业热词。随着智能技术进步和风电产业化步伐的加快，我国风电发展已具备规模化开发应用的产业基础。当大数据、人工智能等数字化技术跨界风电行业，智慧风机应运而生。

图扑软件依托自主研发的 HT for Web 产品，搭建出一套面向大型风力发电机管理的数字孪生系统，涉及在线监测、消防监测和生产监测三大监测模块。通过提供风机全生命周期可视化管理的解决方案，帮助客户降低成本，提升管理效率。用户可通过不同的监测模块，实现 360 度选择查看对应的监测内容数据，对场景进行放大缩小平移等操作查看场景效果、数据指标、设备状态等。

生产监测

在新能源风电领域，风力发电机通过风能带动叶片转动，产生的机械能传递给发电机，最终转化为电能。具有清洁、环境效益好、可再生,永不枯竭的特点，可逐步实现零排放。因此对于生产效率的监测显得尤为重要。

图扑软件利用自主研发的 HT for Web 产品，搭建出了风机系统内在发电工艺的三维模型。1:1 还原风机的外部结构以及主要部件，并通过对接物理传感器的实时数据，还原风机各个部件的关键数据，构建风电场机组全面的生产感知力，实现环境、电量、性能可视化。

风机发电量可视化

2D 面板展示风机发电相关指标：发电量、风速-功率以及主要发电运行精准指标。并通过曲线图展示发电功率随风速变化趋势，工作人员可以清晰明确地掌握发电规律，及时作出调整，避免因为运维活动安排不当带来的发电量损失。

主要发电运行参数

每个月的发电量统计表是运行工作的重要内容之一，其真实性与可靠性直接和经济效益挂钩。利用图扑软件 HT 丰富的图表和动画效果对发电运行参数进行不同维度的数据解释。

风机形态切换

风机主体形态分为三种：实体模型、线框模型和爆炸效果。通过点击下方按钮，可切换至按钮所对应的形态。点击爆炸效果可以直观了解机舱内主要部件的外观结构。

发电工艺采用线框模式描绘，用户点击风机部件即可查看对应的详细信息，并显示在 2D 面板上。包括变桨轴、机舱、主轴、发电机以及齿轮箱参数的实时显示，监测风机部件温度，并给出预警指示。

左侧 2D 面板显示风机基础信息，包含风机名称、功率、风速、风向、以及环境温度等。

在线监测

风机运行中的状态监测和故障判断是保障风电机组安全运行、获得长期稳定收益的重要因素。因此，除对主轴承、齿轮箱、发电机等机舱内设备进行在线监测外，还应对叶片、螺栓等重要部件进行监测。图扑软件针对不同的应用场景和特征，对风机运行参数实时展示。包括叶片监测、螺栓监测、腐蚀监测、塔筒监测和海缆监测。实时显示、判断风机的运行状况，及时提示告警信息，方便用户第一时间作出应对决策。

叶片监测

叶片是风机感受风能的“触角”，是风机几大系统中最先承压且承压较重的部件。图扑软件搭建的智能化的监测系统，通过采用航拍倾斜摄影采集回的影像图片和结果，实时反馈叶片运行状态。用户通过点击特定编号的三维风机模型中某个叶片的叶尖、中部上、中部下、叶根等部位可实现对迎风面、被封面、前缘、后缘合计 48 个部位的缺陷图片查看，便于用户快速检查叶片健康状态，将风险扼杀于“摇篮”。

螺栓监测

塔筒螺栓和叶根螺栓在线监测模块可以实时监测风机关键位置连接螺栓的紧固状态、反旋松动、螺栓预紧力偏差等数据，有效保障机组的安全稳定运行。

腐蚀监测

传统的腐蚀监测主要是在停车检修期间安装和取出挂片进行检测，需破坏材料的结构，试验时间长，而且得到的结果往往是整个试验周期中产生腐蚀的总和，不适于现场使用。图扑软件通过对接腐蚀传感器以及环境多因素传感器，展示设备安装点的腐蚀电流、电位、腐蚀量等参数，从而有效表征环境腐蚀性，为海上风电的腐蚀原因及制定相对应的防腐蚀措施提供了科学依据。

塔筒监测

图扑软件 HT 引擎通过对接多级部署传感器，对塔筒整体进行倾斜状态监测、塔基角度监测，及早告警，确保塔筒保持健康稳定的运行状态，减少安全事故发生。

海缆监测

海上风机海缆监测模块可通过接口获取传感器的数据，对海底电缆的温度和电压进行实时监控。判断海缆集线电路是否异常，为海缆故障起到及时预警的作用。

消防监测

消防监测模块主要是通过各种对接风电机组内各个位置布局的传感器，实现温度、电流、机舱设备进行全方位、深层次的获取和数据实时展示。

每一种传感器根据实际安装位置分布在机舱内，每个点位的传感器状态都具有相应的展示效果。鼠标左键点击传感器点位，弹出实时的状态信息面板。包含烟感探测器、气体启停按钮、热气溶胶灭火器等。通过多维度的数据监测，为智能风机的管理和控制提供准确有效的数据输入。右侧 2D 面板包含风机温度、电流以及机舱设备状态基本信息列表，实时监测风机的健康状态。

实现对风机运行过程的诊断和预测，用户可以根据风机的健康状况，进行合理的调度和决策，降低风机维护成本，提高风机的安全性，真正意义上实现了智能化管理。

图扑软件还开发了基于 HTML5 WebGL 的 3D 科幻风机，使风力发电机的各个功能近距离地展示给大家。在此场景中，我们采用了科技线框风格来展示风电机的内部架构，相对于大部分的实景搭建，感官上更为震撼和炫酷。在展示风机内部结构的同时，两侧还展示了该风机周围的环境参数，海上风向风速信息，风机本身的数据监测，发电参数等。

我们还设计了炫酷的一站式风机数据可视化展示平台，自由部署实时数据，项目运行状态和健康状态尽收眼底。

全球首个零碳码头系统并网发电后，生产设备由“风光储荷一体化”系统实现绿电供能 100% 自给自足，全程零碳排放。标志着天津港绿色港口建设迈出新步伐，以全新模式引领行业绿色低碳发展。

总结

从风开始，不止于风。图扑软件将继续怀揣促进全球清洁能源可持续利用的梦想，积极参与并推动全球清洁能源革命性创新，用可视化、大数据、GIS 技术打破数据孤岛现象，挖掘数据背后的价值，帮助发现其中的规律和特征，打造可靠、可担当、可持续的未来新能源世界。共同实现“可持续，更美好”的零碳未来。

更多行业应用实例可以参考图扑软件官网案例链接：https://www.hightopo.com/demos/index.html