数字孪生创新集成深化应用建设
国网能源哈密煤电有限公司花园电厂
一、项目案例基本信息
二、项目案例详细内容
1.项目案例简介
本项目聚焦“数字赋能智慧电厂”核心方向，依托国网能源哈密煤电有限公司花园电厂，联合北京飞渡科技股份有限公司，以“复用现有资源、构建数字镜像、赋能全生命周期管控”为核心，打造全生命周期数字孪生基座。
项目突破全厂建模复杂度高、数据中台关联度大等难点，采用北京飞渡DTS国产化三维基础平台，融合激光扫描与现场校正技术，构建覆盖4台机组设备、地下管网、升压站铁塔的厂级/设备级孪生模型；通过复用花园电厂现有数据中台，接入DCS/SIS实时数据、UWB人员定位数据、视频监控数据，建立“实时数据驱动-模型自进化-高保真仿真”闭环体系。
项目已稳定运行12个月，实现设备故障预警准确率92%、非计划停机率降低28%、运维成本下降18%，助力花园电厂冲击国家能源集团“高级五星智慧电站”，为煤电联营企业数字孪生建设提供可复制的“资源复用+国产化适配”解决方案。
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2.主要创新点概述
国产化全栈适配的数字孪生架构创新
基于北京飞渡DTS三维基础平台，实现“国产芯片（鲲鹏/飞腾）-国产操作系统（麒麟企业版）-国产数据库（达梦）-国产三维引擎”全链路适配，突破国外软件依赖。平台支持1亿个三角形面、100万个模型节点处理，浏览帧率≥30帧/秒，模型加载时间分级达标（≤8GB模型≤5秒），完全符合国家信创与集团数字化转型要求。
多物理场耦合与数据中台深度复用创新
突破传统单一维度建模局限，融合热力、流体、结构多物理场耦合技术，构建设备内部流场、温度场动态仿真模型，关键参数仿真误差≤5%；深度复用花园电厂现有数据中台，通过OPCUA/RESTful/MQTT标准化接口获取十多个系统数据（DCS/SIS、人员定位、门禁、视频摄像头等），避免数据重复采集，数据中台数据质量达标率≥99.9%，集成效率提升50%。
实时数据驱动的模型自进化机制创新
建立“数据采集-特征提取-偏差修正-模型迭代”自进化体系，通过边缘计算单元实时处理DCS/SIS系统10万+测点数据（更新频率≤3秒），自动识别模型与物理设备的参数偏差（如锅炉主汽压力、汽轮机振动值），动态调整模型边界条件与算法参数，无需人工干预即可保持数字孪生高保真度，模型适配效率提升65%。
“数字孪生+全业务”深度融合创新
打破数字孪生“仅做可视化”局限，将DTS平台与花园电厂生产、安全、后勤业务深度绑定，实现“设备台账-KKS编码-三维模型”精准关联，点击模型即可调取检修记录、实时参数；支持“电子围栏-人员定位-视频监控”联动（越界触发模型高亮+摄像头聚焦）、“生产故障-三维场景定位”闭环，业务协同效率提升40%。
3.技术实现路径及方法
建模层：高精度数字孪生模型构建（基于飞渡DTS平台）
数据采集与校正：采用高精度三维激光扫描仪对花园电厂4台660MW机组（锅炉为上海锅炉厂2236t/h直流塔式炉、汽轮机为东方电气660MW机组）、地下管网、升压站铁塔全范围扫描，生成点云数据；组建“北京飞渡扫描团队+花园电厂技术人员”联合小组，对照现场设备位置、管道走向校正模型，绑定设备KKS编码（遵循GB/T50549-2010标准），确保模型与物理电厂偏差≤20cm。
多物理场耦合建模：基于飞渡DTS平台的多物理场仿真模块，构建锅炉燃烧系统（热力场）、汽轮机通流部分（流体场）、发电机定子（电磁场）耦合模型，通过DTS平台二次开发接口（支持C#/Python语言），集成ANSYS多物理场计算引擎，实现设备内部状态可视化与动态计算。
模型轻量化处理：采用飞渡DTS平台的LOD分级加载技术，核心设备（锅炉、汽轮机）保留LOD3级精度，非核心设备（附属管道）采用LOD2级精度，压缩模型三角形面数至1亿以内，确保普通办公电脑可流畅操作，模型加载时间符合“≤1GB≤1秒、＞8GB≤5秒”要求。
数据层：现有数据中台深度复用
接口标准化集成：通过飞渡DTS平台的接口套件，采用OPCUA协议接入DCS/SIS实时数据（如主蒸汽压力、汽轮机转速）、MQTT协议接入UWB人员定位数据、RESTful协议接入IMS平台业务数据，所有数据均从花园电厂现有数据中台获取，不单独建设存储体系，数据同步延迟≤2秒。
数据质量管控：复用数据中台现有数据清洗（异常值剔除）、脱敏（隐藏敏感运维数据）、统计分析功能，数字孪生平台仅调用中台标准化数据服务，确保数据计算逻辑与电厂现有体系一致，数据质量达标率≥99.9%。
应用层：高保真仿真与业务联动
设备健康管理：基于DTS平台构建设备劣化趋势预测模型，结合历史运维数据与实时参数（如轴承振动、绝缘电阻），实现设备剩余寿命评估（RUL），故障预警提前量≥48小时，预警信息同步推送至IMS平台工单系统。
运行优化仿真：通过DTS平台仿真模块，模拟不同煤质、负荷条件下的机组运行参数（如锅炉热效率、发电煤耗），输出最优运行方案，已通过仿真优化使机组供电煤耗下降2.8g/kWh。
安全与后勤联动：在DTS平台中绘制生产区域电子围栏，人员越界时触发模型红色闪烁+门禁关闭；集成智能后勤数据（车辆定位、保洁打卡），在三维场景中实时显示车辆位置、保洁进度，实现“数字孪生+全业务”一体化管控。
4.应用情况及可推广前景简述
应用情况
本项目以国网能源哈密煤电有限公司花园电厂为唯一应用载体，于2024年10月正式上线运行，核心应用成效如下：
生产运维：通过DTS平台设备故障预警功能，成功规避3次汽轮机轴承磨损、2次锅炉受热面泄漏故障，非计划停机率从年均5次降至3次，设备检修周期延长30%；
安全管控：“电子围栏-人员定位-视频监控”联动响应时间≤2秒，违规闯入事件减少70%，安全检查效率提升45%；
资源复用：深度复用花园电厂现有数据中台、IMS平台，减少硬件投入约200万元，缩短项目实施周期40天；
评级支撑：项目作为花园电厂智慧示范核心模块，已通过国家能源集团智慧电厂中期评估，为冲击“高级五星智慧电站”奠定基础。
可推广前景
集团内推广：项目严格遵循《国家能源集团火电智能电站建设规范》，其“国产化适配+数据中台复用”模式可直接复制至集团内其他煤电联营企业（如大南湖电厂、准能集团电厂），预计集团内推广后年降低运维成本超1.2亿元；
行业内推广：适配300MW-1000MW不同容量煤电机组，解决火电行业“建模复杂度高、重复建设、国产化合规难”痛点，推广后可降低行业数字孪生项目投资20%-30%，尤其适配“疆电东送”“西电东送”配套煤电项目；
跨领域延伸：技术路线可拓展至新能源（光伏/储能）与煤电联营场景，仅需在DTS平台中新增光伏阵列、储能PCS建模模块，即可实现“煤电+新能源”一体化数字孪生管控，契合国家“新型电力系统”建设要求。
5.经济效益及社会效益情况
经济效益
直接经济效益：项目运行12个月，实现运维成本下降18%（年节约156万元）、非计划停机损失减少220万元（单次非计划停机损失约110万元）、发电煤耗下降2.8g/kWh（年节约标准煤约2100吨，按每吨1100元计算，年节约燃料成本231万元），合计年直接经济效益607万元；
间接经济效益：通过DTS平台仿真优化，机组调峰能力提升至25%额定负荷，获得深度调峰补贴年约80万元；减少硬件重复投入200万元，项目投资回收期缩短至3.5年。
社会效益
能源保供支撑：花园电厂作为“疆电东送”哈密-郑州±800KV特高压直流配套主力电源点，项目提升机组运行稳定性，保障河南省及华中地区电力供应，尤其在冬季供暖、夏季用电高峰时段，供电可靠性提升3个百分点；
双碳目标助力：年节约标准煤2100吨，减少CO₂排放约5700吨、SO₂排放约18吨，为煤电行业低碳转型提供“数字孪生+节能降碳”融合路径；
行业示范引领：项目的“国产化全栈适配”“资源复用”模式，成为火电行业数字孪生建设的标杆，已接待国家能源集团内5家电厂考察学习，推动行业从“重硬件”向“重数据融合”转型；
安全与就业保障：降低人员进入高危区域（如锅炉本体、升压站）的频次，减少安全事故风险；培养花园电厂8名数字孪生运维技术人员，带动北京飞渡等技术服务单位就业，助力地方数字经济发展。
6.项目案例获专利及奖励情况：
项目申请专利4项、发表论文4篇、软著5项，分别为：
7.申报单位内部评审结论意见：
经国网能源哈密煤电有限公司技术评审委员会（由生产技术部、安全监察部、花园电厂运维部等部门专家组成）评审，一致认为本项目符合2025热电行业高质量发展科技创新项目案例征集要求，结论如下：
项目紧扣“数字赋能智慧电厂”方向，聚焦全生命周期数字孪生基座构建，技术路线以北京飞渡DTS平台为核心，深度复用花园电厂现有数据中台，规避重复建设，符合集团“平台化发展、数字化运营”战略；
项目创新点突出，国产化全栈适配、多物理场耦合、模型自进化等技术达到行业先进水平，解决了煤电企业数字孪生建设的核心痛点，应用成效显著（非计划停机率降低28%、运维成本下降18%）；
项目知识产权布局完整，已获4项专利（2项发明专利进入实质审查）、5项软著，无知识产权纠纷；应用情况真实可靠，数据均来自花园电厂实际运行统计，具备很强的实用性与可推广性；
项目支撑花园电厂冲刺“高级五星智慧电站”，对集团内煤电企业及行业转型具有示范引领作用，同意推荐申报2025热电行业高质量发展科技创新项目案例。
国网能源哈密煤电有限公司花园电厂
2025年11月
京公网安备 11011502004515号 
