电厂数字孪生的定义及应用

近几年，随着“双碳”战略的持续推进，也伴随着物联网、云计算、大数据、人工智能、数字孪生等技术的发展，我国很多发电企业对电厂数字化建设进行了探索，以实现电厂的节能、减排、降耗、提效，而数字孪生技术成为了电厂数字化改造过程中提升电厂管理可视化的关键应用，电厂数字孪生已逐渐为行业所熟知。

1、电厂数字化现状

我国目前已经有很多发电企业在数字化转型方面进行了相关探索和尝试，但从目前国内电厂数字化建设和应用情况来看，其应用更侧重于电厂信息集成与展示层面，对节能降耗、提质增效的实际应用能力欠缺，偏离了智慧能源的初衷。同时，很多项目的规划与实施往往是局部信息化系统、自动化系统的简单堆积，各系统之间相互独立，产生数据孤岛，很难从整体上、系统性上解决电厂数字化转型问题。

目前市面上对电厂数字化转型路径的解决方案有多种类型，在体系架构方面也存在区别，实施方式上更是各有不同，但对电厂数字化转型的核心要求已经有了初步的共识，那就是通过数字化、智能化改造，以自动化、信息化为基础，综合应用数字孪生等多种新一代信息技术，充分发挥数字化系统强大的分析处理能力，规范电厂运营管理流程，提高能源生产及利用效率，推动节能减排。

2、电厂数字孪生定义

进入数字化时代，新的信息技术将进一步提升电厂的自动化水平，尤其是数字孪生技术，能够通过在虚拟空间中真实还原现实电厂的设备、设施及周边环境，进行全要素数字孪生建模，不仅可以实现电厂远程可视化管控，并且能够达到故障预警、自动排障等智能化应用，推进电厂向智能化迈进。总体来说，电厂数字孪生就是在传统电厂的基础上，利用以数字孪生为主的新一代信息技术赋能电厂管理运营，实现直观掌握生产经营流程、科学制订生产经营计划、提高生产经营过程的可控性、减少人工干预的功能。

3、电厂数字孪生应用

作为技术密集型、高度自动化的现代化生产企业，电厂在数字孪生的应用方面有着良好的基础，从数字孪生的内涵和DCS的架构来看，通过DCS将本地生产过程视为低级数字孪生。DCS通过I/O输入模块采集来自物理场的信号，并在DCS中对生产过程进行建模，根据物理模型的控制要求获取采集信号对应的控制参数，最后通过I/O输出模块对现场进行控制。

通过数字孪生的进一步应用，电厂可以通过建立数字孪生进行仿真和预警，减少无故障停机时间，同时不断降低员工的工作强度。电厂还可以充分应用数字孪生，提高电厂智能化水平，从而达到减员增效、节能减排的目的。

对于整体智能电厂来说，随着信息技术的发展，现场模式不再局限于生产过程的控制内容，还涉及更多的管理优化内容，因此数字孪生将进一步扩展，通过数据桥连接虚拟电厂和实体电厂。物理电厂的内容不仅包括设备、环境等资源，还包括人类行为和相应的业务标准，因此在数据虚拟电厂环境中，不仅要实现设备监测、预警、诊断、测试，优化其运行状态，还要结合人、机器、 物、法、环境整体多维度分析，针对设备、运行、安全等管理自动提出决策，并实现管理控制，全面提升电厂智能化水平。

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