水力发电是水利与电力的综合工程。

 近年来，国家高度重视水电站数字化转型与智慧建设。

水利部在2022年下发了多份文件，推进数字孪生流域建设，推动新阶段水利高质量发展。（注：数字孪生水利工程是数字孪生流域的重要组成部分，也是数字孪生流域建设的切入点和突破点。）

国家电网也下发了《数字孪生电网顶层设计》文件，指导各省公司能源互联网数字孪生平台的系统设计、建设，提出能源互联网环境中数字孪生解决方案。

在新时代、新政策指导下，水电站如何破局？

传统水电站缺乏智能化手段支撑，业务运行远程不可控，无法充分利用大数据、人工智能等技术进行数据整合、分析和优化、辅助决策。

而数字孪生流域、数字孪生工程方面研究成果和成功案例很少，许多领域还是空白，亟须开拓。

51WORLD直击行业痛点，以数字化、网络化、智能化为主线，结合物联网、5G、大数据、人工智能、数字孪生等技术，构建一套成熟的水电站数字孪生解决方案，并已成功在多个水电工程项目实践、落地。

接下来，我们一文讲透，51WORLD如何成功推进水电站数字化转型，如何以数字孪生技术连接物理世界和虚拟世界两个维度水电站。

数字孪生水电站四大能力

在数字孪生水利工程基础上，51WORLD数字孪生水电站，从一张图概览、全要素场景运营、模拟仿真、安全监测四大功能出发，全面打造数字孪生仿真引擎，提升水电站管理与决策的科学化、精准化、高效化能力和水平 。

 1. 宏中微水电水情，尽在一张图

基于行业领先的数字孪生全要素场景，51WORLD可对水域、建筑、植被、道路及水利工程和设施设备进行还原，在可视能力上，构建流域级、工程级、设施级、设备级、零件级五大精度级别的水电站数字孪生场景，在可用能力上，通过可视呈现、数据融合、数据驱动、模拟仿真、智能决策为水电站业务能力赋能。

在精细化还原的基础上，51WORLD数字孪生台将这五大场景多维度融合，实现了数字孪生可视化“一张图”。

 除此之外，51WORLD又将地理空间数据、水电站监测数据、水电站业务管理数据等进行多源信息资源融合、全要素数字化映射。

因此，无需切换系统，一屏在手，即可多角度了解水电站运行全过程：

在宏观视野上，平台以总控沙盘形式三维可视化地呈现整个流域全貌，全面展示水位信息、出库流量、大坝状态、水雨情基本信息、工程空间位置分布等水电站宏观情况；

 放大地图后，可进行重点水电站中近景观察，在中近景中，可全面掌控水电站空间定位、水电站工情等等；

画面再放大，则可精细化观察拆解某个设备、零部件的运行情况。

2. 全要素场景管控

传统水电站存在着数据来源不统一、信息同步不及时、无智能化手段支撑、业务运行远程不可控等问题。

在数字孪生技术的助力下，51WORLD数字孪生水电站打通水电站信息孤岛，实现人、设备、水电站、自然空间的连接，保障水电站业务的宏观统筹、科学经营、合理调配。

通过接入实时数据，赋予三维模型实时数据驱动能力，平台可以对流域变化、设备运行等实时映射，实现对智慧电站的全生命周期监测。

在实时接受、映射真实物理世界信息的同时，通过对水电站全流程数据的监测、算法结果接入、多维数据可视化分析，数字孪生应用更能够反过来实时驱动物理世界、赋能大量的水电站应用需求。

01 虚拟漫游

支持多种漫游形式，例如鱼道漫游、水电站外景漫游、水电站室内漫游、固定路线漫游等等，以便管理者更好地了解整个水电站全貌。

02 视频融合

通过三维视频融合技术，平台甚至可以将传统的摄像头实时画面投射到全要素场景及模型上，并可将相邻的画面进行拼接融合，形成一幅更大分辨率的空间画面，以便更好地对场景进行监控、追踪、历史回溯与模拟演练。

03 综合监控

 运行监控：数字孪生水电站可实时在线监测水电站内所有设备的运行状态，及时了解各设备的运行情况，从而提升生产效率和安全水平。

 

设备监控：智慧水电站还可对设备本身进行监控，比如对设备进行单体化点击，即可了解设备的生产厂家、型号等等详细信息。

04 电力调度

水电站发电水量受河川天然径流及气候影响较大，丰水期、枯水期水量相差悬殊。

在能源分配环节，数字孪生技术同样能帮助发电厂优化电力资源调度，提升电能的使用效率。

 平台可通过数字孪生技术建立可视化模型，透过数据关系发现水电站运行规律和潜在风险，深挖水电站的发电潜力，科学精准调度分配电能。

3. 模拟仿真

 模拟仿真是数字孪生水利平台的核心价值体现。

结合历史数据、实时数据，通过大量的算法模型结果、实时渲染、动态视觉特效等，数字孪生系统能模拟、验证、预测水电站的运行状态和发展趋势。

原本无法直接测量预测的内容，通过模拟仿真技术，水电站管理者可以很好地完成评估、诊断、分析、决策等操作，实现前瞻预演，解决运行管理问题。

01物理环境仿真

 在51WORLD数字孪生平台中，可对晴天、雨天、雪天等16种天气，早、中、晚光照等物理环境进行模拟仿真。

02流域水要素仿真

在水位、水深等数据的基础上，可进行水位变化仿真、泄流状态仿真、流场数据映射………借助这些模拟仿真，管理者可进一步针对性地制定安全风险预警防控方案。

03 施工过程仿真还原

进一步还原水电站从0到1、从无到有的施工建设全过程，实现对水电站建设全过程数据的采集和管理。

04 作业过程仿真还原

数字孪生平台还能对水电站的各种设备流程以三维动画的形式展示出来，比如发电开机流程还原、发电停机流程还原、清污机工作流程还原、闸门启闭流程还原等。接入数据驱动模型后，管理者可以全视角监测、管理各设备作业姿态、动作。

05 零构件拆解仿真

平台还可对零构件重新拆解还原，在孪生空间复现设备作业姿态与参数，从而实现对安全隐患的排查。

4. 安全监测

水电站工程是一项系统、复杂的工程。水电站的安全管理，不仅关系着水利企业的安全效益，也影响着民众的用电用水。

51WORLD数字孪生平台能发挥前瞻性预演作用，帮助水电站管理者提前发现问题、优化方案 ，积极构建具有预报、预警、预演、预案功能的智慧水电站。

01. 大坝剖切

 坝、闸是水电站最重要的枢纽建筑，通过普通的手段，很难直观了解、监测水坝内部结构及变化。但是利用数据驱动、模拟仿真技术，可对大坝进剖切，了解大坝内部结构。

 02. 透明化监测

 对大坝、山体、设备等进行透明化展示，可看清内部构件空间分布，方便管理者进行监测。

03. 大坝形变监测 

提前监测是防止事故的蔓延和扩大，最大限度地降低事故危害程度的有效手段。

结合大坝剖切、透明功能，数字孪生平台接入多源信息化系统与IOT设备，可监测大坝是否发生了形变，定位大坝内部发生安全隐患的空间位置……

 04. 渗流监测 

渗流指水电站由于上下游水位差产生的水头压力，导致流体在大坝内部空隙中的运动。平台可对大坝渗流监测，包括渗压计的水头值监测及三维模型渗流场的仿真模拟。

05. 地质监测

能够对指定的地质进行材质及模型分层展示，直观了解地质的分层结构，有利于进一步掌握、分析大坝地质结构的稳定性与安全性。

06. 滑坡监测 

通过对河流沿岸的环境信息采集、实时监测，建立滑坡体三维几何模型，并对滑坡数字孪生体进行实时仿真计算等，51WORLD可超前预测滑坡位移，实现对滑坡的安全监测与预警。

07. 安全预演

针对水电站的特点、安全隐患与薄弱环节，数字孪生水电站可构建安全性态预测、安全风险预警、安全状态预演、安全处置预案等功能，守住工程安全底线。

 通过对接气象、监测数据等多源数据，结合专业算法模型，通过孪生场景，51WORLD数字孪生平台可以模拟预演不同条件下灾害演进的场景，完善水电站灾害预案。 

08. 巡视检查

对水电站、主要水工建(构)筑物、金属结构及机电设备和其他重点管理和保护范围进行线上巡视检查。

除了地面巡查外，51WORLD数字孪生平台还能对水下巡查，检查水底建筑、泥沙等等。

还原巡查路线，一方面能节省人力物力，另一方面又能提前发现隐患，有效控制水电站安全事故。

 数字孪生平台应用场景

 51WORLD倾力打造的数字孪生水电站可视化运控平台，目前可应用于各类型水电站工程，可针对不同水电站场景提供个性化解决方案。

 1. 坝式水电站

在河道上拦河筑坝抬高上游水位，形成较大的上下游水位差，构成水电站水头，这种水能开发方式称为坝式开发。采用坝式开发的水电站称为坝式水电站。

 2. 河床式水电站

 大多建造在河流中下游河道底坡平缓的河段上。水电站厂房与坝排成一体，共同阻挡河水。

 3. 引水式水电站

 在河流坡降陡的河段上筑一低坝(或无坝)取水，通过人工修建的引水道引水到河段下游，集中落差，再经压力管道引水到水轮机进行发电。

4. 抽水蓄能水电站

 利用电力负荷低谷时的电能抽水至上水库，在电力负荷高峰期再放水至下水库发电的水电站。

建筑物组成包括：上下两个水库，用引水建筑物相连，蓄能电站厂房建在下水库处，采用双向机组。

5. 其他

 坝后式水电站、混合式水电站、潮汐式水电站、梯级水电站、无压式水电站、有压式水电站……

多年来，51WORLD始终发挥自身技术优势，凭借扎实的数字孪生技术和深厚的水利、电能业务，创造了多个水电站标杆性案例。

未来，51WORLD将持续探索智慧水电站建设的新技术、新模式，为智慧水电站应用落地提供助力。

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