【案例】新能源數(shù)字孿生智慧運維

AFAF新能源數(shù)字孿生智慧運維——配網(wǎng)裝備與運維前沿技術(shù)研討會2023年12月10日33研究背景研究背景中國華能集團清潔能源技術(shù)研究院為實現(xiàn)“雙碳”目標，我國積極推動能源轉(zhuǎn)型，加快構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，大力開展新能源建設(shè)。中國力爭于2030年前二氧化碳排放達到峰中國力爭于2030年前二氧化碳排放達到峰值、2060年前實現(xiàn)碳中和。——習近平2020年9月22日，習近平在第七十五屆聯(lián)合國大會一般性辯論上發(fā)表重要講話。實現(xiàn)碳達峰、碳中和，是以習近平同志為核心的黨中央經(jīng)過深思熟慮作出的重大戰(zhàn)略決策，為了達到此目標，中國要構(gòu)建以新能源為主體的新型電力新能源數(shù)字孿生智慧運維一4CHNCER12022AIRGHE云大物移智鏈云大物移智鏈中國華能集團清潔能源技術(shù)研究院隨著現(xiàn)代信息技術(shù)和能源技術(shù)的深度融合，能源轉(zhuǎn)型的數(shù)字化、智能化特征進一步凸顯，數(shù)字化是基礎(chǔ)、智能化是關(guān)鍵，信息流與能量流融合是必然趨勢。數(shù)字孿生技術(shù)為解決新能源運維難題提供了新的思路和技術(shù)手段。支撐經(jīng)濟社會數(shù)字化轉(zhuǎn)型的通用使能技術(shù)項通用技術(shù)支撐經(jīng)濟社會數(shù)字化轉(zhuǎn)型的通用使能技術(shù)大數(shù)據(jù)人工智族交互物理空間大數(shù)據(jù)人工智族交互物理空間兩大變生空間數(shù)據(jù)是基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是基礎(chǔ)模型是核心軟件是載體模型是核心三大技術(shù)要素三大技術(shù)要素決策移動直聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)同軟件定義精準映射智能決策移動直聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)同軟件定義精準映射智能決策模型支撐數(shù)據(jù)驅(qū)動數(shù)字孿生是綜合運用感知、計算、建模等信息技術(shù)，通過軟件定義，對物理空間進行描述、診斷、預(yù)測、決策，進而實現(xiàn)物理空間與賽博空間的交互映射。-新能源數(shù)字孿生智慧運維一5中國華能集團清潔能源技術(shù)研究院數(shù)字孿生是在數(shù)字世界中建立與物理實體的性能完全一致，且可對其進行實時仿真的模型。利用安裝在真實系統(tǒng)上的傳感器數(shù)據(jù)作為該仿真模型的邊界條件，實現(xiàn)數(shù)字孿生體與物理實體的同步。常規(guī)仿真數(shù)字孿生模型失真高保真性模型固定模型實時演變模型與實體開環(huán)模型與實體閉環(huán)機理建模機理建模+數(shù)據(jù)驅(qū)動單物理場、單時間尺度多物理場、多時間尺度仿真仿真、推演、預(yù)測分析計算機技術(shù)傳感、通信、云邊協(xié)同、大數(shù)據(jù)、人工智能、AR/VR技術(shù)CHNCERI2022指令指令數(shù)字孿生關(guān)鍵技術(shù)·多源異構(gòu)數(shù)據(jù)集成技術(shù)·多模型構(gòu)建及互操作技術(shù)·多動態(tài)高實時交互技術(shù)數(shù)字孿生已經(jīng)應(yīng)用于航空航天、電力、船舶、離散制造、能源等行業(yè)領(lǐng)域，應(yīng)用場景如研發(fā)設(shè)計、生產(chǎn)制造、營銷服務(wù)、運營管理、規(guī)劃決策等環(huán)節(jié)，有助于探索基于數(shù)字孿生的數(shù)據(jù)和模型驅(qū)動型工藝系統(tǒng)變革新路徑，實現(xiàn)生產(chǎn)資源和服務(wù)資源更大范圍、更高效率、更加精準的優(yōu)化。數(shù)字孿生核心價值數(shù)字孿生核心價值·實現(xiàn)生產(chǎn)流程可視化提高生產(chǎn)管控·建設(shè)企業(yè)數(shù)字業(yè)務(wù)化降本增效·打造高度協(xié)同生產(chǎn)制造價值鏈釋放價值·構(gòu)筑數(shù)字孿生運營模式賦能轉(zhuǎn)型升級功能層描述分析預(yù)測決策模型層模型層數(shù)據(jù)層數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)層數(shù)據(jù)物理層物理層7預(yù)測性維護(PHM)是指利用各類先進傳感器實時監(jiān)測產(chǎn)品或系統(tǒng)運行的各類狀態(tài)參數(shù)及特征預(yù)測性維護擁有主動、且具有高度針對性的特征。核心思想就是通過對設(shè)備及系統(tǒng)運行狀態(tài)來進行故障預(yù)測，能最大化部件的使用效益，同時產(chǎn)線停工停線成本也會降低，并減少不必要的浪費。01/運維服務(wù)的發(fā)展進程"故障后維護"響應(yīng)式維修基于故障預(yù)測的維護基于條件“預(yù)測性維護"預(yù)防性維護"起源于美國軍工，目前已經(jīng)在航天航空、動車、新能源行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。有龐大的市場規(guī)模，到2024年市場份額將達到23.5億美元。傳統(tǒng)制造業(yè)、各大科技企業(yè)以及創(chuàng)業(yè)企業(yè)紛紛布8隨著我國新能源裝機量快速增長，且新能源運維可達性較差，傳統(tǒng)的運維方式已無法滿足要求，預(yù)防性運行維護技術(shù)在新能源場站管理中將會發(fā)揮越來越重要的作用，也代表了新能源運行維護技術(shù)新能源運維目前還處于相對落后狀態(tài)：■機組故障率高，維修工作量大；■作業(yè)人員經(jīng)驗不足，信息化程度低；■運維作業(yè)受環(huán)境影響明顯；■智慧化運維輔助技術(shù)單一，未構(gòu)成體系。智慧化運維智慧化運維管理技術(shù)分析技術(shù)海上風電運維技術(shù)趨勢新型運維裝備和設(shè)備新型運維裝備和設(shè)備智能化手段發(fā)展瓶頸數(shù)據(jù)層模型層應(yīng)用層設(shè)備監(jiān)測范圍不足且手段單一、數(shù)據(jù)匯集傳輸困難。積智慧新能源方案展示層應(yīng)用層數(shù)據(jù)管理數(shù)據(jù)采集展示層應(yīng)用層數(shù)據(jù)管理數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)源析發(fā)集群管理作業(yè)調(diào)度管理元數(shù)據(jù)管理以信息化技術(shù)為基礎(chǔ)，智能化為手段，在數(shù)據(jù)的采集——管理——應(yīng)用——展示等方面開展研究和工程部署工作，將電力工業(yè)技術(shù)與電子信息技術(shù)、企業(yè)管理技術(shù)高度融合。智慧運維大屏數(shù)字李生展示大廳集團-區(qū)域-場站運維體系風光火儲煤一體化管控體系數(shù)據(jù)共享區(qū)流處理區(qū)流處理引擎異步消息隊列安全應(yīng)急指揮體系無人化場站智能監(jiān)控體系設(shè)備精細化管理體系全生命周期管理體系經(jīng)營環(huán)保協(xié)同發(fā)展體系數(shù)據(jù)探索區(qū)生產(chǎn)數(shù)據(jù)存儲分析區(qū)數(shù)據(jù)探索區(qū)入入數(shù)據(jù)接口數(shù)據(jù)庫算實時查詢內(nèi)存數(shù)據(jù)挖據(jù)析數(shù)據(jù)挖據(jù)數(shù)據(jù)庫計關(guān)系甘肅隴東能源基地工程現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集默測風累開壓站敷累表數(shù)期解功半錄被敷期生產(chǎn)數(shù)器生產(chǎn)數(shù)據(jù)測混統(tǒng)一單點登錄源網(wǎng)荷儲一體化調(diào)度體系利用虛擬化架構(gòu)大數(shù)據(jù)平臺的數(shù)據(jù)跨區(qū)匯聚融合功能，實現(xiàn)風、光、火、儲等多能源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化、實時、非實時等多類型數(shù)據(jù)的融合，充分實現(xiàn)數(shù)據(jù)的耦合分析，挖掘數(shù)據(jù)價值?！x表數(shù)據(jù)。圖像數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)·升壓站數(shù)據(jù)·測風塔數(shù)據(jù)·電能表數(shù)據(jù)··現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)·功率監(jiān)測系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)非實時數(shù)據(jù)集團場站機組集團場站機組主動深入融合集團統(tǒng)一管理體系，充分利用集團智慧運維中心已開放的應(yīng)用模塊，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合隴東區(qū)域/基地特色化應(yīng)用開發(fā)，形成“集團—基地—場站”一體化運維體系。項目部署集團智慧運維中心系統(tǒng)的遠程登錄、新能源監(jiān)督管理等功能，不再重復(fù)投資進行已完成模塊的開發(fā)工作。系統(tǒng)系統(tǒng)2、八大體系建設(shè)2.風光火儲輸綜合能源監(jiān)管體系從智能監(jiān)管角度，平臺對接華能區(qū)域已有和規(guī)劃建設(shè)的風、光、火、儲場站和輸電線路的實時運行數(shù)據(jù)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)、資產(chǎn)管理系統(tǒng)，實現(xiàn)能量管理、生產(chǎn)設(shè)備、備品備件的全面精細化管理，所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流最終匯聚于企業(yè)生產(chǎn)管理、資產(chǎn)管理體系之中，實現(xiàn)由頂至下的企業(yè)業(yè)務(wù)流程全面管控。6售電信售電信息上傳數(shù)據(jù)控制指令功率預(yù)測功率反饋智能預(yù)警智能輔助機料備件中心功率負荷生產(chǎn)管理系統(tǒng)生產(chǎn)管理系統(tǒng)區(qū)域運檢中心反饋法人法人現(xiàn)場運維人員車輛安全高速度無線網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢集中展現(xiàn)密碼技術(shù)√物聯(lián)網(wǎng)人工智能√人員、設(shè)備定位與監(jiān)護√無人智能裝備管控√音視頻實施對講與SOS√運行軌跡跟蹤與電子圍欄√基礎(chǔ)管理態(tài)勢感知√試驗驗證攻防演練√虛擬現(xiàn)實技術(shù)(VR)/人工智能技術(shù)2、2、八大體系建設(shè)人員車輛定位；行動歷史軌跡；信息及時上報；圖像實施回傳；多源數(shù)據(jù)交互；緊急搶修指揮。0101人員安全定位只有對人員、車輛的位置可知才能合理進行有效協(xié)同指揮，保障設(shè)備運行的安全和防止設(shè)備事故的升級和擴大。實時統(tǒng)計巡檢人員到達巡檢點的具體時間及停留時間，對巡視時間和巡視到位率可知和可控，保證線路巡視工作的質(zhì)量。0505遠程信息回傳巡檢搶修過程中，解放雙手，將設(shè)施情況以圖片或者視頻的形式實時回傳指揮中心，發(fā)現(xiàn)缺陷與隱患及時上報，,為指揮中心提供最及時、最詳實的一線資料。0202搶修應(yīng)急處理巡檢員發(fā)現(xiàn)電力設(shè)備出現(xiàn)緊急情況時，通過觸發(fā)智能安全帽的緊急報警按鈕，指揮中心接到報警后迅速鎖定報警點的位置信息，地圖查詢報警區(qū)域附近的巡檢人員及車輛位置，安排最近的巡檢人員、搶修裝備實現(xiàn)就近增援。0404行動歷史軌跡當巡檢點處于荒郊野外，只有記錄下有效路徑，在日常工作中才可以省時省力，快速到達，在事故搶修、人員救援時才可以爭分奪秒。2、八大體系建設(shè)2、八大體系建設(shè)4.無人化場站智能監(jiān)控體系信息化系統(tǒng)信息化系統(tǒng)機器自動保護系統(tǒng)、應(yīng)急指揮系統(tǒng)、升壓站隨動機器人等，解決現(xiàn)場無人值班，少人值守無人值班，少人值守√固定攝像頭√固定攝像頭圖像分析視頻推送；√輪式/履帶/軌道巡檢機器人；停機無人機靜態(tài)圖片采集及分析√不停機無人機動態(tài)視頻圖像采集4.無人化場站智能監(jiān)控體系√√無人機飛控及自動巡航技術(shù)；√無人機厘米級精準定位技術(shù)；√紅外圖像采集/傳輸/存儲/識別；庫存安全合理定額庫存安全統(tǒng)一采購統(tǒng)一調(diào)配隴東基地一體統(tǒng)一采購統(tǒng)一調(diào)配化物資庫分散管理信息共享護理客戶管理基礎(chǔ)信息倉庫管理庫管員等)借出出庫管理表單管理統(tǒng)計信息計統(tǒng)計。健康亞健康標桿設(shè)備監(jiān)測標桿設(shè)備監(jiān)測設(shè)備運行壽命評估設(shè)備運行壽命評估基于EBA的折損電量分析，可以更加準確定位問題：基于EBA的折損電量分析，可以更加準確定位問題：口在項目前期階段，每一類設(shè)計折減項都可以對應(yīng)于風電場后評估階段的影響EBA的損失電量原因，為折減系數(shù)的預(yù)估提供可靠的樣本統(tǒng)計依據(jù)，實現(xiàn)投資決策和設(shè)備選型的優(yōu)化，在后評估側(cè)形成閉環(huán)分析?？谠陲L電場運行階段，可以更加準確定位問題，量化生產(chǎn)過程中的每個環(huán)節(jié)導致的損失電量。6.全生命周期管理體系宏觀選址設(shè)計院.初步規(guī)劃開發(fā)1.與當?shù)啬茉粗鞴懿块T確定開展項目前期工作2.與縣級人民政府簽訂投資開發(fā)協(xié)議項目前期設(shè)計院政府部設(shè)計院政府部1.設(shè)立測風塔2.取得規(guī)劃、國環(huán)保、林業(yè)、水務(wù)、交通、電網(wǎng)部門支持性文件預(yù)可研階段咨詢單位報告或項目發(fā)改委可研階段申請核準政府部門核準批復(fù)政府部門測風滿一年2.基本落實風場建設(shè)條件，不存在制約性因素完成專項報告及相關(guān)部門批復(fù)文件口口風機性能評估+EBA折算電量分析實現(xiàn)風機運行狀態(tài)統(tǒng)一，準確評估風功率曲線□實現(xiàn)不同品牌、不同型號風機的對標□實現(xiàn)風機性能劣化的預(yù)見性監(jiān)控(如功率曲線劣化、疲勞累計等)案案口開發(fā)期風光資源評估+數(shù)字化管理分析…規(guī)劃期宏微觀選址+設(shè)備選型+設(shè)備監(jiān)造…建設(shè)期BIM+GIS+基建進度+數(shù)字化移交…運維期生產(chǎn)管理(運行集控+視頻監(jiān)控+移動應(yīng)用…)設(shè)備管理(健康診斷+狀態(tài)維修+運維成本…)指標管理(KPI考核+效能分析+EBA折損…)經(jīng)營管理(集中功率預(yù)測+電力市場交易…)運維管理(運檢維一體化+遠程決策支持…)項目后評價可研后評價+設(shè)計后評價+運營后評價…√基建進度與物資管理√運行成本分解與評估√風電、光伏場站宏觀選址√微觀選址、全局最優(yōu)機組設(shè)備選型√成本優(yōu)化管理與輔助決策√流場CFD仿真模型分析√超融合大數(shù)據(jù)中臺√集團-區(qū)域-場站一體化√特殊地形降尺度分析√全生命周期數(shù)據(jù)標準化電力市場交易√基地發(fā)電能力預(yù)測數(shù)值天氣預(yù)報√運行成本分解與評估√成本優(yōu)化管理與輔助決策口關(guān)鍵技術(shù)√經(jīng)營收入精細化管控√數(shù)據(jù)可信共享技術(shù)√碳匯發(fā)展?jié)摿υu估√微量氣體化學檢測5綜合能源控制管理系統(tǒng)輸配電網(wǎng)8.源網(wǎng)荷儲一體化調(diào)度體系綜合能源基地以清潔能源資產(chǎn)為發(fā)電主體，統(tǒng)籌風、光、火、儲多種能源協(xié)調(diào)開發(fā)、科學配置。利用各類型能源時域上的互補特性平滑送電曲線，緩解風電、光伏發(fā)電的間歇性和波動性對電力系統(tǒng)實時平衡要求的影響。以華能十大科技項目《隴東基地千萬千瓦多能互補源網(wǎng)一體化關(guān)鍵技術(shù)》的前期研究提高綜合能源基地的供電品質(zhì)主體能源風光自身互補特性個綜合能源基地功率波動的作用綜合能源光火儲一體化技術(shù)創(chuàng)新點中國華能集團清潔能源技術(shù)研究院創(chuàng)新點1:研制了多通道、寬頻域、可擴展的監(jiān)測數(shù)據(jù)采集裝置，打通了海上風浪涌等環(huán)境數(shù)據(jù)和風電場能量管理、設(shè)備監(jiān)控、安全管控等多類型系統(tǒng)數(shù)據(jù)跨安全區(qū)全息全量接入鏈路，開發(fā)了海量多源異構(gòu)數(shù)據(jù)無失真壓縮高效匯聚治理技術(shù)，首次構(gòu)建了海上風電機組-場站-環(huán)境多授權(quán)發(fā)明專利2項授權(quán)實用新型3項授權(quán)發(fā)明專利2項授權(quán)實用新型3項受理發(fā)明專利2項授權(quán)軟件著作權(quán)3項一新能源數(shù)字孿生智慧運維一中國華能集團清潔能源技術(shù)研究院主要技術(shù)創(chuàng)新點主要技術(shù)創(chuàng)新點1.1風電機組全狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)采集裝置研制開發(fā)了覆蓋風機葉片、塔筒、機艙等大部件的多通道、寬頻域、可擴展的風機全狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)采集裝置，提出了音頻、振動、激光等多類型信號參量一體化測量方法。嘉興2號海風上海電氣直驅(qū)試驗機組測點布置圖241模擬量+258個開關(guān)量tt基于音視頻的外形監(jiān)測基于位移的螺栓監(jiān)測基于視頻的塔架凈空監(jiān)測葉片頻率/載荷監(jiān)控葉輪不平衡檢測—新能源數(shù)字孿生智慧運維一29中國華能集團清潔能源技術(shù)研究院中國華能集團清潔能源技術(shù)研究院主要技術(shù)創(chuàng)新點主要技術(shù)創(chuàng)新點1.11.1風電機組全狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)采集裝置研制葉片狀態(tài)監(jiān)測塔筒狀態(tài)監(jiān)測傾角傳感器√塔筒位姿監(jiān)測系統(tǒng)：MN-400A傳感器(機艙頂部)、MT-200傳感器(塔基基礎(chǔ))塔筒位姿監(jiān)測?;叫貌通主要技術(shù)創(chuàng)新點?;叫貌通主要技術(shù)創(chuàng)新點1.11.1風電機組全狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)采集裝置研制傳動鏈振動監(jiān)測√傳感器部署：風力發(fā)電機組振動狀態(tài)監(jiān)測導則√中國華能集團清潔能源技術(shù)研究院風速風向監(jiān)測時間/s實驗次數(shù)矯正。主要技術(shù)創(chuàng)新點主要技術(shù)創(chuàng)新點1.2海上風電場全景全息數(shù)據(jù)鏈路構(gòu)建1.2海上風電場全景全息數(shù)據(jù)鏈路構(gòu)建打通了SCADA、CMS、AGC/AVC、SVC/SVG、功率預(yù)測等監(jiān)測系統(tǒng)通訊鏈路。引入了氣象資源、水下海纜、船舶軌跡人員定位、虛擬AR等全景環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)?！桃曨l聯(lián)動系統(tǒng)：利用雷達和AIS系統(tǒng)不斷的向視頻水下監(jiān)測水下監(jiān)測時域分析技術(shù)獲取沿傳感光纖的溫度及應(yīng)變信息1.2海上風電場全景全息數(shù)據(jù)鏈路構(gòu)建1.2海上風電場全景全息數(shù)據(jù)鏈路構(gòu)建水下海床地形監(jiān)測水下海床地形監(jiān)測√水下云臺：連接多波束探頭，并控制探頭掃測運動溫度、應(yīng)力監(jiān)測(內(nèi)部監(jiān)測)擾動監(jiān)測(外部監(jiān)測)海上風電設(shè)備的腐蝕監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，202122894751.0(實用新型專利，授權(quán))1.2海上風電場全景全息數(shù)據(jù)鏈路構(gòu)建1.2海上風電場全景全息數(shù)據(jù)鏈路構(gòu)建題集電線路集電線路一種風力發(fā)電機葉片巡檢系統(tǒng)，2020231407068(實用新型專利，授權(quán))1.3海量多源異構(gòu)數(shù)據(jù)高效治理技術(shù)研發(fā)CHINAHUANENGCLEANENERGYRESEARCHINSTITUTE開發(fā)了基于狀態(tài)識別的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)特征無規(guī)艷塊無規(guī)艷塊解本筍面執(zhí)機九川父執(zhí)機海上計坐海上計坐路邊殊計算采型邊殊計算采型各法蘭理種M刻數(shù)病(5十)各法蘭理種M刻數(shù)病(5十)勤大地塔底出炎a1.3海量多源異構(gòu)數(shù)據(jù)高效治理技術(shù)研發(fā)中國華能集團清潔能源技術(shù)研究院CHINAHUANENGCLEANEN提出了涵蓋重采樣、時標對齊、異常值識別與缺失離群值數(shù)，268異常點填充的離群值異常點填充的離群值BH間/a一種傳感器數(shù)據(jù)異常的連續(xù)判別方法，201911129411X(發(fā)明專利，授權(quán))中國華能集團清潔能源技術(shù)研究院等運維要素全過程數(shù)字孿生映射方法，設(shè)計了基于孿生性能評價的海上風電數(shù)字孿生體自適應(yīng)創(chuàng)新點2.多層級海上風電場數(shù)字李生體構(gòu)建2.3海上風電數(shù)字孿生模型虛實映射自適應(yīng)技術(shù)開發(fā)—新能源數(shù)字孿生智慧運維一發(fā)表學術(shù)論文4篇授權(quán)發(fā)明專利12項實用新型、軟著共4項受理發(fā)明專利6項中國華能集團清潔能源技術(shù)研究院CHINAHUANENGCLEANENERGYRESEAR2.12.1風電機組跨尺度多物理場建模葉片空氣動力學分析葉片空氣動力學分析基于葉素動量理論，計算每段對應(yīng)節(jié)點處的2D力和力矩來代表該段葉片的分布載荷，沿其長度積分得到葉多物理場數(shù)字李生體建模。動力學特性分析風力發(fā)電機電氣仿真利用有限元分析方法，將葉建立風電機組偏航系統(tǒng)、變以實測風速風向等作輸入，輸出mm馬馬疆m2022AIIR.ghtsRes葉素動量理論葉素動量理論中國華能集團清潔能源技術(shù)研究院CHINAHUANENGCLEANENERGYRESEARCHINSTITUTE建模方法，建立了涵蓋葉片、風電機組數(shù)字孿生機理建模塔筒耦合振動特性有限元建模傳動軸系雙質(zhì)塊等效建模發(fā)電機外動態(tài)等值建模多子系統(tǒng)閉環(huán)控制虛擬化運行UF模型輸出混合半?yún)?shù)建模方法葉片有限元分析…s數(shù)字孿生系統(tǒng)機理-混合半?yún)?shù)模型參數(shù)驗證結(jié)果數(shù)字孿生風機數(shù)據(jù)建模通用流程數(shù)字孿生風機關(guān)鍵部件溫度狀態(tài)監(jiān)測方法中國華能集團清潔能源技術(shù)研究院CHINAHUANENG數(shù)字孿生風機數(shù)據(jù)建模通用流程數(shù)字孿生風機關(guān)鍵部件溫度狀態(tài)監(jiān)測方法中國華能集團清潔能源技術(shù)研究院CHINAHUANENGCLEANENERGYRESEARCHINSTITUTE2)關(guān)鍵特征選擇1)多工況運行監(jiān)測數(shù)據(jù)清洗2)關(guān)鍵特征選擇機艙溫度(℃)4)運行狀態(tài)監(jiān)測及分析風電機組風電機組SCADA數(shù)據(jù)實時在線數(shù)據(jù)實時在線數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)構(gòu)建計算相應(yīng)時間窗模型預(yù)測值訓練集、驗證集測試集計算預(yù)測殘差及KS統(tǒng)計量構(gòu)建XGboost溫度變量預(yù)測模型模型訓練、驗證集誤差計算滿足最優(yōu)條件NY保存訓練好的XGboost模型異常運行計算預(yù)測殘差，并選擇合適的時間窗口，基于KS統(tǒng)計量設(shè)定狀態(tài)異常閾值歷史正常運行數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)預(yù)處理特征篩選、數(shù)據(jù)集劃分是否超出設(shè)定閾值N正常運行離線建模部分在線監(jiān)測部分貝葉斯超參數(shù)尋優(yōu)Y預(yù)測功率預(yù)測功率2.2風電場運維全過程全要素數(shù)字孿生映射備件中心智能總知環(huán)資產(chǎn)管理系統(tǒng)備件中心智能總知環(huán)窗口期功率預(yù)測窗口期區(qū)域運檢中心生產(chǎn)管理系統(tǒng)區(qū)域運檢中心生產(chǎn)管理系統(tǒng)智能決策智能調(diào)度智能決策智能調(diào)度A現(xiàn)場運維海上現(xiàn)場運維風電料機法提出了海上風電的人員船舶定位、風電機組狀態(tài)、備品備件資源、運維管理要求、海洋氣象條件等人-機-料-法-環(huán)全要一種基于云計算平臺的機器學習風機狀態(tài)監(jiān)測方法及裝置，201710810976.9(實用新型專利，授權(quán))一新能源數(shù)字孿生智慧運維一CHINAHUANENGCLEANENERGYRESEARCHINSTITUTE2.3海上風電數(shù)字李生模型虛實映射自適應(yīng)技術(shù)開發(fā)2.3海上風電數(shù)字李生模型虛實映射自適應(yīng)技術(shù)開發(fā)構(gòu)建了孿生體模型和物理實體的多時間尺度數(shù)據(jù)交互機制，設(shè)計了孿生模型的多參量評價指標體系，提出了異常條件下基于參數(shù)辨識及參數(shù)尋優(yōu)算法的模型自修復(fù)方法，實現(xiàn)了海上風電數(shù)字孿生體狀態(tài)行為空間模型自適應(yīng)。測點編號模態(tài)階數(shù)實測頻率/Hz頻率/Hz初始模型計算相對誤差/(%)MAC原始FA修正計算結(jié)果頻率/Hz相對誤差(%)MAC改進FA修正計算結(jié)果率/Hz相對誤差/(%)MAC豎向1階整向2階豎向3階豎向4階改進螢火蟲算法法修正后有限元模型的各階頻率誤差均明顯下降，均低于3.25%,開始大小為N的初始螢火蟲種群確定適應(yīng)度函數(shù)形式最佳適應(yīng)度值G與對應(yīng)螢火蟲位置Gx因子與步長因子固定第i只螢火蟲.依次與其他(N-1)條董火蟲適應(yīng)若第條螢火蟲為當前最佳，則按照式(4)進行隨機移動計算更新后的螢滅蟲適應(yīng)度值.并記錄對應(yīng)個體值達到迭代停止條件是結(jié)束主要技術(shù)創(chuàng)新點主要技術(shù)創(chuàng)新點2.3海上風電數(shù)字孿生模型虛實映射自適應(yīng)技術(shù)開發(fā)2.3海上風電數(shù)字孿生模型虛實映射自適應(yīng)技術(shù)開發(fā)建立了風電機組數(shù)字孿生機理-數(shù)據(jù)驅(qū)動的模型智能重構(gòu)、參數(shù)辨識和遷移應(yīng)用機制，保證了模型的模型的在線更新與優(yōu)化，滿足了風電機組數(shù)字孿生體的實時性和準確性要求。模型超參數(shù)優(yōu)化重構(gòu)閉環(huán)反饋網(wǎng)格搜索隨機搜索進化算法貝葉斯優(yōu)化強化學習 實時數(shù)據(jù)流*風電機組數(shù)字孿生模型智能遷移框架設(shè)計是是否達到預(yù)設(shè)條件應(yīng)用貝葉斯優(yōu)化的模型智能更新策略運行管理調(diào)度控制策略驅(qū)動模型驅(qū)動模型選代。知識遷移風機實體實時交互執(zhí)行策略否機數(shù)a)確定待辨識參數(shù)的論試理辨b)利用智能算法對辨識參數(shù)尋優(yōu)；參驟d)重復(fù)執(zhí)行b)、c)直至達到條件。傳動系統(tǒng)參數(shù)灰箱辨識建模及結(jié)果分析誤差I(lǐng)EEETransactionson,2019中國華能集團清潔能源技術(shù)研究院創(chuàng)新點3:基于海上風電數(shù)字孿生系統(tǒng)，研發(fā)了海上風電設(shè)備性能劣化預(yù)測及健康評估技術(shù)，建立了海上風電場全流程智慧化運維決策機制，開發(fā)了運維實施周期在線數(shù)據(jù)聯(lián)動和發(fā)表學術(shù)論文2篇授權(quán)實用新型3項發(fā)表學術(shù)論文2篇授權(quán)實用新型3項受理發(fā)明專利3項授權(quán)軟件著作權(quán)5項—新能源數(shù)字孿生智慧運維一中國華能集團清潔能源技術(shù)研究院開發(fā)了基于風電機組長短期記憶神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字孿生中國華能集團清潔能源技術(shù)研究院開發(fā)了基于風電機組長短期記憶神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字孿生√發(fā)電性能劣化主要技術(shù)創(chuàng)新點主要技術(shù)創(chuàng)新點3.13.1海上風電預(yù)測性診斷技術(shù)研究體與實體運行狀態(tài)偏差的設(shè)備劣化預(yù)測方法。ClmateTemperature劣化預(yù)警劣化預(yù)警AnovelAnovelconditionmonitoringmethodofwindt預(yù)警效果預(yù)警效果3.1海上風電預(yù)測性診斷技術(shù)研究基于數(shù)字孿生技術(shù)，已完成38個預(yù)警模型的開發(fā)，經(jīng)現(xiàn)場應(yīng)用驗證，模型準確度達到92%。將風機數(shù)字孿生模型與現(xiàn)場機組運行行為相結(jié)合，應(yīng)用于風機場端的診斷預(yù)警。基于浙江嘉興2#海上風電場5月份故障數(shù)據(jù)進行驗證，提前5天發(fā)現(xiàn)問題，預(yù)警時效性和價值得到驗證。酸機組故醒微流器性水家壓力低2#機組預(yù)警變流器性水泵壓力低酸機組故醒樹液器H水家壓力低8#機組預(yù)警變流器1#水泵壓力低故障報出時間線預(yù)警檢出時間線故障報出時間線預(yù)警檢出時間線o陽o陽20-22日23日24-2629-30故障診斷中國華能集團清潔能源技術(shù)研究院CHINAHUANENGCLEANENERGYRESEARCH故障診斷中國華能集團清潔能源技術(shù)研究院CHINAHUANENGCLEANENERGYRESEARCHINSTITUTE主要技術(shù)創(chuàng)新點3.1海上風電預(yù)測性診斷技術(shù)研究發(fā)電機轉(zhuǎn)速異常風和R熱#露發(fā)電機轉(zhuǎn)速異常成越實變軸承溫度異常加來報柱，89*等有基冷加熱密蓮發(fā)電機韶攻界常發(fā)電機韶攻界常異常研發(fā)了故障相關(guān)性和模糊匹配識別技術(shù)的故障解析及根因定位技術(shù)。應(yīng)用層開發(fā)應(yīng)用層開發(fā)“發(fā)電機”“溫度”#≤常開啟“冷卻”m**冷卻器換熱效率是否正常*CHNCERI2022AIIRg主要技術(shù)創(chuàng)新點結(jié)寒-新能源數(shù)字孿生智慧運維一主要技術(shù)創(chuàng)新點結(jié)寒-新能源數(shù)字孿生智慧運維一3.13.1海上風電預(yù)測性診斷技術(shù)研究中國華能集團清潔能源技術(shù)研究院提出了能效評估、設(shè)備劣化、故障診斷、壽命預(yù)測等多維度權(quán)重自尋優(yōu)的風機設(shè)備健康度評價方法，實現(xiàn)了海上風電設(shè)備運行隱患挖掘和性能劣化預(yù)測。開角開角運行輸入(風速、風風速重構(gòu)機組實時載荷仿真等效實時載荷與設(shè)計值進行對基于數(shù)字孿生模型與實時運行環(huán)境，計算載荷累計，推算剩余壽命，用于健康度評估維度基于權(quán)重自尋優(yōu)、模糊概率化的風機設(shè)備健康度評基于權(quán)重自尋優(yōu)、模糊概率化的風機設(shè)備健康度評價技術(shù)，針對機組的能效評估結(jié)果、設(shè)備故障情況、大部件的預(yù)警及壽命預(yù)測進行設(shè)備健康度評估。主要技術(shù)創(chuàng)新點3.13.1海上風電預(yù)測性診斷技術(shù)研究健康度評估健康度評估健康度評估流程健康度評估流程1特征十規(guī)則—風險值隸屬度一→隸屬度矩陣十權(quán)向量→健康度子系統(tǒng)健康度整機健康度風場健康度風險值計算健康度計算隸屬度函數(shù)模糊向量健康度權(quán)向量—確定各維度權(quán)重正常注意異常嚴重H=B×ST隸屬度矩陣3.2海上風電智慧化運維決策機制構(gòu)建3.2海上風電智慧化運維決策機制構(gòu)建主要技術(shù)創(chuàng)新點主要技術(shù)創(chuàng)新點CHINAHUANENGCLEANENERGYRESEARCHINSTITUTE研發(fā)了基于海上氣象資源、海浪水文特征等場級環(huán)境數(shù)據(jù)的功率預(yù)測及海上窗口期預(yù)測技術(shù)。功率預(yù)測技術(shù)功率預(yù)測技術(shù)√多氣象源尋優(yōu)；√多預(yù)測模型比選；√提高收資頻率；√停機狀態(tài)管理；√建模信息修正；√算法優(yōu)化。窗口期信息窗口期信息√海浪信息；√運維窗口期；√運輸窗口期；√起重窗口期；√打樁窗口期。風速和浪高曲線風速和浪高曲線8620●-過連后10m風速-O-過連后浪高浪高—新能源數(shù)字孿生智慧運維一51 經(jīng)濟性 經(jīng)濟性可達性………中國華能集團清潔能源技術(shù)研究院主要技術(shù)創(chuàng)新點制定了基于海上風電運維全要素數(shù)字孿生映射、面向多業(yè)務(wù)場景需求的自定義目標尋優(yōu)運維策略，實現(xiàn)了海上風電3.2海上風電智慧化運維決策機制構(gòu)建3.2海上風電智慧化運維決策機制構(gòu)建運維排程運維排程的安全經(jīng)濟運維排程和路徑規(guī)劃。安全性安全性min(θ?,0?,θ?)=f(F1,F2,中國華能集團清潔能源技術(shù)研究院CHINAHUANENGCLEANENERGYR3.3運維過程在線數(shù)據(jù)聯(lián)動和遠程專家指導現(xiàn)場音視頻信息中國華能集團清潔能源技術(shù)研究院CHINAHUANENGCLEANENERGYR3.3運維過程在線數(shù)據(jù)聯(lián)動和遠程專家指導現(xiàn)場音視頻信息提出了孿生數(shù)據(jù)流-實體音視頻流實時交互與同步數(shù)據(jù)流調(diào)用技術(shù)*實時交互同步驗證院用與擺管模型XCADA家線師史數(shù)據(jù)院用與擺管模型機組運行載態(tài)和檔協(xié)孿生體預(yù)警結(jié)果將孿生體的預(yù)測結(jié)果與機組實體的音頻視頻系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)互聯(lián)，當報出預(yù)警信息時，自動調(diào)取音視頻機組運行載態(tài)和檔協(xié)孿生體預(yù)警結(jié)果結(jié)果，查看與驗證機組真實與預(yù)測結(jié)果的偏差。基于工業(yè)環(huán)網(wǎng)的陸上風電機組大部件音頻故障診斷系統(tǒng)，202210295663.5(發(fā)明專利，授權(quán))基于工業(yè)環(huán)網(wǎng)的陸上風電機組大部件音頻故障診斷系統(tǒng)，202210295663.5(發(fā)明專利，授權(quán))1)葉片結(jié)冰異常識別；2)葉片斷裂異常識別；3)風速儀冰凍異常識別；4)凈空狀態(tài)異常識別；主要技術(shù)創(chuàng)新點主要技術(shù)創(chuàng)新點3.3運維過程在線數(shù)據(jù)聯(lián)動和遠程專家指導3.3運維過程在線數(shù)據(jù)聯(lián)動和遠程專家指導研發(fā)了海上風電異常特征識別和遠程視頻自動推送技術(shù)，設(shè)計了海上風電運維過程中現(xiàn)場、數(shù)字孿生體模型、遠程專家三方協(xié)同的運維指導信息互動模式，實現(xiàn)了海上風電的精準、高效預(yù)測性運維。數(shù)字孿生端數(shù)字孿生端5)軸承異響識別。——新能源數(shù)字孿生智慧運維一典型案例CHINAHUANENGCLEANENERGYRESEARCHINSTITUTE1界面設(shè)計文a-a2752年年網(wǎng)Ax風的K狀R形平魔新江課平運營主題CHINAHUANENGCLEANENERGYRESEARCHINSTITUTE2三維模型開發(fā)風場模型魅上計星站海上升壓站模型中國華能集團清潔能源技術(shù)研究院華能浙江智控中心數(shù)字孿生智慧運維系統(tǒng)集團程管理3.1智能安防3.4智慧運維3.5健康管理3.6性能提升資源規(guī)劃與設(shè)計基建中國華能集團清潔能源技術(shù)研究院華能浙江智控中心數(shù)字孿生智慧運維系統(tǒng)集團程管理3.1智能安防3.4智慧運維3.5健康管理3.6性能提升資源規(guī)劃與設(shè)計基建智能監(jiān)盤后評價-海上智慧風電場建設(shè)與數(shù)字化運維一無人智能巡檢海風無人機與水下機器人試驗機組全景監(jiān)測設(shè)備健康度評估風機故障預(yù)警發(fā)電性能評估一日在線經(jīng)營分析集控中心自動報表系統(tǒng)兩票生產(chǎn)管理(移動)物資管理聯(lián)儲聯(lián)備應(yīng)急指揮中心建設(shè)海上風電電子圍欄人員定位落水報警故障視頻推送工程數(shù)字化檔案智慧基建管理災(zāi)害天氣預(yù)警功率預(yù)測對標管理系統(tǒng)海風窗口期管理海風氣象預(yù)測風光資源圖譜體化智慧運維0中國華能集團清潔能源技術(shù)研究院應(yīng)用總結(jié)0中國華能集團清潔能源技術(shù)研究院應(yīng)用總結(jié)該項目已在華能浙江分公司海上風電場示范應(yīng)用并進行了系統(tǒng)部署和應(yīng)用測試，形成安全、工程、運維和運營四大主題，智能安防、工程管理、資源分析、智慧運維、健康管理和性能提升六項功能。華能浙江智里能源運維平臺四大主題—新能源數(shù)字孿生智慧運維一六項功能·健康監(jiān)測及性能劣化預(yù)測技術(shù)·流程智慧化運維決策機制·在線數(shù)據(jù)聯(lián)動和遠程專家實時交互技術(shù)時交·健康監(jiān)測及性能劣化預(yù)測技術(shù)·流程智慧化運維決策機制·在線數(shù)據(jù)聯(lián)動和遠程專家實時交互技術(shù)時交*時低優(yōu)[a機·風電機組流場-動力場-電場融合的數(shù)字孿生體建模方法·人-機-料-法-環(huán)等運維要素全過程數(shù)字孿生映射方法數(shù)據(jù)層CHINAHUANENGCLEANENERGYRESEARCHINSTITUTE本項目將數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用于海上風電，在數(shù)據(jù)層、模型層和應(yīng)用層取得了系列創(chuàng)新，以預(yù)測性維護為目標開展技術(shù)研究。應(yīng)用層應(yīng)用層·海上風浪涌等環(huán)境與氣象數(shù)據(jù)·海量多源異構(gòu)數(shù)據(jù)無失真壓縮高效匯聚傳輸CHINAHUANENGCLEANENERGYRESEARCH依托項目獲授權(quán)發(fā)明專利14項、實用新型專利9項、軟件著作權(quán)9項。**長滿*L-*+*m-*--m1*實用新型專利證書作開發(fā)管次發(fā)計中華人民共和國國家版權(quán)局計算機軟件著作權(quán)登記證書 中國華能集團清潔能源技術(shù)研究院知識產(chǎn)權(quán)數(shù)字孿生項目撰寫并受理專利60項，涉及狀態(tài)監(jiān)測、無人巡檢、數(shù)據(jù)采集等不同領(lǐng)域，超額完成合同23項發(fā)明專利+23項實用新型專利受理目標。同時完成兩項華能企業(yè)標準初稿編制，分別為《海上風電場臺風期安全管理導則》、《海上風電運維人員安防技術(shù)導則》,已報至新能源事業(yè)部組織評審立項。序號發(fā)明人申請類型當前狀態(tài)專利局受理日期專利號/授權(quán)號專利名稱(代理提交給專利局時)1杜靜宇；王海明；張育鈞；高建忠；蘇人奇；實用新型授權(quán)種適用于海上升壓站輪式機器人的自動升降平臺2李邦興，王海明、高建忠、薛文超、劉磊、蘇人奇，王華、童彤、趙鵬程、杜靜宇、萬抒策；楊雪實用新型授權(quán)種海上風機的健康度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)3李邦興、杜靜宇、趙鵬程、方抒策、劉艷