基于大數(shù)據(jù)平臺(tái)的新能源智能化運(yùn)營(yíng)監(jiān)管技術(shù)

張樹(shù)曉

(中國(guó)大唐集團(tuán)新能源科學(xué)技術(shù)研究院有限公司,北京市 西城區(qū) 100052)

0 引言

風(fēng)電、光伏產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展,已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”的重要推手。同時(shí),大數(shù)據(jù)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等先進(jìn)技術(shù)與傳統(tǒng)工業(yè)的深度融合,促進(jìn)了新能源產(chǎn)業(yè)的數(shù)字智能化發(fā)展,通過(guò)建設(shè)新能源監(jiān)控與大數(shù)據(jù)平臺(tái),對(duì)新能源設(shè)備數(shù)據(jù)、運(yùn)維數(shù)據(jù)、環(huán)境預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集,實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控和指標(biāo)分析,建立預(yù)警算法,實(shí)現(xiàn)事故隱患的提前預(yù)警,減少電量損失[1-4]。

當(dāng)前,國(guó)內(nèi)外各大發(fā)電集團(tuán)和風(fēng)機(jī)廠商開(kāi)展了新能源大數(shù)據(jù)平臺(tái)的建設(shè),并基于大數(shù)據(jù)平臺(tái)開(kāi)展相關(guān)的業(yè)務(wù)。GE 公司于2015年結(jié)合了世界級(jí)的風(fēng)機(jī)和風(fēng)電行業(yè)的數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施,建立一套動(dòng)態(tài)的、可以聯(lián)網(wǎng)且適應(yīng)性極強(qiáng)的數(shù)字化風(fēng)電場(chǎng),可以提高風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)電量最多達(dá)20%,為風(fēng)電行業(yè)創(chuàng)造大約500億美元的價(jià)值[5]。2018年1月,國(guó)家電網(wǎng)青海新能源大數(shù)據(jù)創(chuàng)新平臺(tái)作為中國(guó)首個(gè)新能源大數(shù)據(jù)創(chuàng)新平臺(tái)上線運(yùn)營(yíng),首批確立了36項(xiàng)高級(jí)創(chuàng)新業(yè)務(wù)服務(wù),現(xiàn)已具備功率預(yù)測(cè)、設(shè)備健康管理、電站運(yùn)營(yíng)托管、金融服務(wù)等多項(xiàng)線上技術(shù)服務(wù)能力,為新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供全面準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐。國(guó)家電投云邊協(xié)同工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)是能源發(fā)電行業(yè)首個(gè)工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái),確定了“搭平臺(tái)、匯數(shù)據(jù)、建應(yīng)用、做運(yùn)營(yíng)”4條業(yè)務(wù)主線,為集團(tuán)未來(lái)智慧化、數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供支撐[6-7]。國(guó)內(nèi)的整機(jī)廠商遠(yuǎn)景能源、金風(fēng)科技等企業(yè)也在研究大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)和數(shù)字化技術(shù)在提升風(fēng)機(jī)和風(fēng)場(chǎng)價(jià)值的應(yīng)用。遠(yuǎn)景能源基于全球最大的能源物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)En OS、金風(fēng)科技智慧運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)SOAMTM,都是基于智慧風(fēng)場(chǎng)的大數(shù)據(jù)平臺(tái)的整體解決方案[8-9]。明陽(yáng)大數(shù)據(jù)平臺(tái)包括氣象數(shù)據(jù)分析模塊,智慧風(fēng)場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)、能量管理系統(tǒng)(energy management system,EMS),機(jī)組健康度管理系統(tǒng),能夠?qū)崿F(xiàn)從氣象預(yù)測(cè)到風(fēng)機(jī)健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)預(yù)警、風(fēng)電場(chǎng)優(yōu)化運(yùn)行,再到風(fēng)電場(chǎng)群的協(xié)同協(xié)調(diào)[10]。上海電氣的“風(fēng)云集控”系統(tǒng)在風(fēng)電行業(yè)首創(chuàng)基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的分布式數(shù)據(jù)處理技術(shù),利用人工智能+大數(shù)據(jù)+云計(jì)算技術(shù)高效利用數(shù)據(jù),打造了智慧風(fēng)電的大數(shù)據(jù)平臺(tái)[11]。中國(guó)海裝風(fēng)電的LiGa大數(shù)據(jù)平臺(tái),通過(guò)LiGa遠(yuǎn)程運(yùn)維中心、LiGa氣候資源平臺(tái)和預(yù)測(cè)性維護(hù)3 個(gè)主要模塊,并統(tǒng)一構(gòu)建風(fēng)電裝備故障診斷算法模型庫(kù)和風(fēng)場(chǎng)運(yùn)行模型庫(kù),滿(mǎn)足智能風(fēng)電裝備故障診斷與預(yù)測(cè)、設(shè)備健康管理及系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)維護(hù)優(yōu)化等應(yīng)用要求[12]。

綜上所述,新能源大數(shù)據(jù)平臺(tái)已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外新能源行業(yè)積極研究的對(duì)象。目前在新能源大數(shù)據(jù)平臺(tái)體系架構(gòu)及功能使用的研究上已推出了針對(duì)行業(yè)關(guān)鍵問(wèn)題的解決方案,但多側(cè)重于局部功能、單一機(jī)型或風(fēng)電場(chǎng)的智能化優(yōu)化與升級(jí),缺乏多個(gè)子系統(tǒng)間的協(xié)同管控、缺乏多種設(shè)備機(jī)型的跨域融合,缺乏集團(tuán)級(jí)新能源業(yè)務(wù)的整體規(guī)劃,沒(méi)有形成行之有效貫穿“集團(tuán)-區(qū)域-場(chǎng)站”3級(jí)的科學(xué)管控體系。同時(shí),在底層建設(shè)上,數(shù)據(jù)及通訊等基礎(chǔ)設(shè)施沒(méi)有形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),大數(shù)據(jù)“大而不精”,難以支撐新能源數(shù)字智能化運(yùn)營(yíng)相關(guān)技術(shù)的深度落地;在實(shí)施方面,偏重于信息集成與展示,缺乏深度的大數(shù)據(jù)分析、智能化應(yīng)用,無(wú)法有效指導(dǎo)生產(chǎn)運(yùn)維等問(wèn)題。沒(méi)有真正體現(xiàn)出利用大數(shù)據(jù)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)新能源電站遠(yuǎn)程監(jiān)控、數(shù)字化智能運(yùn)維與決策的作用。

本文依托中國(guó)大唐集團(tuán)新能源監(jiān)控與大數(shù)據(jù)平臺(tái),提出一種基于大數(shù)據(jù)平臺(tái)的新能源數(shù)字智能化運(yùn)營(yíng)監(jiān)控技術(shù),通過(guò)建立集團(tuán)風(fēng)電、光伏生產(chǎn)數(shù)據(jù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化體系,實(shí)現(xiàn)邊緣端生產(chǎn)運(yùn)維數(shù)據(jù)采集規(guī)約標(biāo)準(zhǔn)化并下發(fā)算法模型進(jìn)行邊緣計(jì)算,在云端采用“云邊協(xié)同”架構(gòu),監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量,生成生產(chǎn)應(yīng)用處理方案,以實(shí)現(xiàn)實(shí)際應(yīng)發(fā)電量等指標(biāo)的實(shí)時(shí)監(jiān)視、場(chǎng)站設(shè)備故障預(yù)警等智能應(yīng)用,搭建成行業(yè)領(lǐng)先的基于“監(jiān)控區(qū)”與“功能區(qū)”雙區(qū)建設(shè)的數(shù)字智能化運(yùn)營(yíng)監(jiān)控平臺(tái),實(shí)現(xiàn)“集團(tuán)、區(qū)域、場(chǎng)站”3級(jí)跨域的新能源數(shù)字智能化運(yùn)營(yíng)與監(jiān)管。

1 業(yè)務(wù)部署

大數(shù)據(jù)平臺(tái)基于“監(jiān)控區(qū)”“功能區(qū)”雙區(qū)建設(shè)理念,建設(shè)集團(tuán)級(jí)新能源監(jiān)控與大數(shù)據(jù)中心。監(jiān)控區(qū)主要基于數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化采集,融合大數(shù)據(jù)、邊緣計(jì)算等先進(jìn)技術(shù),打通數(shù)據(jù)流,順暢管理鏈,實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)電生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)5類(lèi)34項(xiàng)、光伏生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)5類(lèi)35項(xiàng)指標(biāo)的實(shí)時(shí)管控,掌握每臺(tái)機(jī)組應(yīng)發(fā)實(shí)發(fā)電量差值,開(kāi)展多維度對(duì)標(biāo)分析。功能區(qū)依托監(jiān)控區(qū)數(shù)據(jù)支撐,與監(jiān)控大平臺(tái)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)互通互聯(lián),整體貫通新能源前期、工程、生產(chǎn)的全生命周期數(shù)據(jù),結(jié)合集團(tuán)新能源生產(chǎn)管理經(jīng)驗(yàn),打造了資源評(píng)估、智能分析、系統(tǒng)優(yōu)化、專(zhuān)家支持、光伏管控平臺(tái),實(shí)現(xiàn)集團(tuán)到新能源場(chǎng)站的透明管理,預(yù)判潛在風(fēng)險(xiǎn)、挖掘增量?jī)r(jià)值、解決疑難雜癥,真正管好每臺(tái)發(fā)電機(jī)組。

2 數(shù)據(jù)源采集與傳輸

數(shù)據(jù)源采集完整覆蓋新能源場(chǎng)站設(shè)備測(cè)點(diǎn)和測(cè)風(fēng)塔數(shù)據(jù),包括風(fēng)電/光伏生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)(可編程邏輯控制器(programmable logic controller,PLC)、數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)(supervisory control and data acquisition,SCADA)數(shù)據(jù)等)、升壓綜自系統(tǒng)、測(cè)風(fēng)塔數(shù)據(jù)、智能傳感器(聲音、載荷、振動(dòng)、視頻等)數(shù)據(jù)等實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)及故障文件、振動(dòng)監(jiān)測(cè)、定時(shí)數(shù)據(jù)等非實(shí)時(shí)批量傳送數(shù)據(jù),同時(shí),還包括生產(chǎn)管理系統(tǒng)、物資管理系統(tǒng)、人員/資產(chǎn)成本模型等企業(yè)級(jí)其他運(yùn)營(yíng)管理數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程包括數(shù)據(jù)上送、對(duì)端數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)、采集數(shù)據(jù)的中心端接入。對(duì)于集控生產(chǎn)數(shù)據(jù)通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通道,按照IEC 60870-104通信規(guī)約向集控SCADA 系統(tǒng)推動(dòng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),同時(shí)直連機(jī)組PLC破解報(bào)文,開(kāi)通歷史數(shù)據(jù)補(bǔ)傳通道,如圖1所示。按照規(guī)定的傳輸鏈路,如圖2所示,傳輸?shù)郊囟说哪茉次锫?lián)網(wǎng)關(guān),能源物聯(lián)網(wǎng)關(guān)經(jīng)過(guò)采集通訊、數(shù)據(jù)標(biāo)記、數(shù)據(jù)預(yù)處理、邊緣計(jì)算等操作將數(shù)據(jù)預(yù)制后,通過(guò)數(shù)據(jù)Io T-Hub將數(shù)據(jù)傳送到分發(fā)器,經(jīng)分發(fā)器后的數(shù)據(jù)通過(guò)流處理進(jìn)程和批處理進(jìn)程實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)持久化[13]。

圖1 數(shù)據(jù)源采集與傳輸Fig.1 Data source acquisition and transmission

圖2 數(shù)據(jù)傳輸鏈路Fig.2 Data transmission link

3 邊緣計(jì)算與質(zhì)量控制

邊緣計(jì)算是在數(shù)據(jù)采集邊緣側(cè)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、分析。對(duì)于多端采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算,將分析處理后的結(jié)果數(shù)據(jù)發(fā)送到新能源場(chǎng)站和集控中心,確保多個(gè)接收端接到的都是相同數(shù)據(jù),同時(shí),由于采用數(shù)據(jù)采集軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、處理、計(jì)算,減輕了集控中心的負(fù)擔(dān),并且數(shù)據(jù)采集也無(wú)需將全部數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)郊刂行?只將計(jì)算結(jié)果傳輸?shù)郊刂行?降低傳輸壓力,減少網(wǎng)絡(luò)帶寬,對(duì)于一些敏感數(shù)據(jù),提高了數(shù)據(jù)的安全性[14-16]。邊緣計(jì)算包括以下類(lèi)型。

(1) 數(shù)據(jù)預(yù)處理。

數(shù)據(jù)類(lèi)型轉(zhuǎn)換,即根據(jù)配置將數(shù)據(jù)值由一種類(lèi)型轉(zhuǎn)換為另一種類(lèi)型,如float轉(zhuǎn)換成double,int轉(zhuǎn)為bool等。根據(jù)配置將遙測(cè)轉(zhuǎn)換為遙信,采用的策略是配置遙信值對(duì)應(yīng)的遙測(cè)值范圍、區(qū)間,則可對(duì)接收到的遙測(cè)值按范圍、區(qū)間轉(zhuǎn)換相應(yīng)的遙信值。

數(shù)據(jù)時(shí)間戳處理,對(duì)接收到的沒(méi)有時(shí)標(biāo)的數(shù)據(jù)增加時(shí)標(biāo)。對(duì)于根據(jù)兩次遙信值不同而產(chǎn)生的變位,采用最新遙信時(shí)間做為變位時(shí)標(biāo)。

數(shù)據(jù)品質(zhì)處理,即數(shù)據(jù)清洗。對(duì)有數(shù)據(jù)品質(zhì)標(biāo)志位的數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)采集可以對(duì)有效位、無(wú)效位進(jìn)行處理。根據(jù)品質(zhì)標(biāo)志設(shè)置數(shù)據(jù)點(diǎn)為有效點(diǎn)、無(wú)效點(diǎn),對(duì)后續(xù)處理提供品質(zhì)判斷依據(jù)。

數(shù)據(jù)變比,對(duì)于原始數(shù)據(jù)值,根據(jù)配置的比例、系數(shù)等計(jì)算結(jié)果值。

偏移處理,對(duì)于原始數(shù)據(jù)值,根據(jù)配置的偏移值計(jì)算結(jié)果值。

數(shù)據(jù)包錯(cuò)誤判斷,根據(jù)數(shù)據(jù)包校驗(yàn)邏輯判斷是否接收到錯(cuò)誤數(shù)據(jù),如誤包、丟包、錯(cuò)包,根據(jù)判斷結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的后續(xù)處理。

(2) 數(shù)據(jù)重抽樣。

根據(jù)配置將采集到的風(fēng)機(jī)PLC 數(shù)據(jù)由高頻數(shù)據(jù)重抽樣為低頻數(shù)據(jù),在滿(mǎn)足集控中心數(shù)據(jù)要求的情況下減少傳輸數(shù)據(jù)量。

(3) 專(zhuān)用業(yè)務(wù)計(jì)算。

風(fēng)機(jī)狀態(tài)計(jì)算,按照電網(wǎng)要求,將風(fēng)機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)換為電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。

數(shù)據(jù)可用狀態(tài)計(jì)算,根據(jù)配置的多個(gè)條件組合計(jì)算,設(shè)置風(fēng)機(jī)可用狀態(tài)。

故障計(jì)算,根據(jù)配置的多個(gè)故障、變位、遙信、狀態(tài)綜合計(jì)算出風(fēng)機(jī)故障。

理論功率計(jì)算,對(duì)于風(fēng)機(jī)數(shù)據(jù),能夠根據(jù)風(fēng)速、風(fēng)速+轉(zhuǎn)速、風(fēng)速+扭矩,依據(jù)功率配置表計(jì)算出理論功率。

(4) 統(tǒng)計(jì)計(jì)算。

包括風(fēng)機(jī)數(shù)據(jù)的一分鐘數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),五分鐘數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),十分鐘數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。即在數(shù)據(jù)采集內(nèi)部創(chuàng)建緩存,緩存一定時(shí)間的秒級(jí)數(shù)據(jù),根據(jù)統(tǒng)計(jì)周期定期統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),輸出統(tǒng)計(jì)結(jié)果傳輸?shù)郊刂行幕蚱渌獠拷邮障到y(tǒng)。

(5) 指標(biāo)計(jì)算。

包括功率曲線數(shù)據(jù)生成,溫度曲線數(shù)據(jù)生成等。緩存一定時(shí)間的功率、溫度數(shù)據(jù),發(fā)送曲線數(shù)據(jù)到監(jiān)控與大數(shù)據(jù)中心。

如圖3所示,數(shù)據(jù)采用“云邊協(xié)同”的邊緣預(yù)處理架構(gòu),邊緣端、集控端和云端的設(shè)備模型、知識(shí)模型、算法模型和實(shí)施模型保持同步,在云端生成生產(chǎn)應(yīng)用處理方案。

圖3 數(shù)據(jù)邊緣計(jì)算Fig.3 Data edge calculation

基于IEC 25012—2008數(shù)據(jù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),通過(guò)考察數(shù)據(jù)覆蓋率、采集數(shù)據(jù)完整性、數(shù)據(jù)有效性、數(shù)據(jù)一致性以及數(shù)據(jù)及時(shí)率這5個(gè)指標(biāo)直觀了解數(shù)據(jù)質(zhì)量的整體狀態(tài),提供監(jiān)控抓手,快速定位質(zhì)量異常。數(shù)據(jù)質(zhì)量控制指標(biāo)如圖4所示。

圖4 數(shù)據(jù)質(zhì)量控制Fig.4 Data quality control

4 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

以滿(mǎn)足性能和需求為原則,采用靈活的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)策略,優(yōu)化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)成本。在站端、邊緣集控端和云端分別采取不同的存儲(chǔ)策略,如圖5所示。在站端秒級(jí)SCADA 數(shù)據(jù)、預(yù)處理數(shù)據(jù)和毫秒級(jí)數(shù)據(jù)文件緩存時(shí)間為1 個(gè)月。在集控邊緣端,秒級(jí)SCADA 數(shù)據(jù)、預(yù)處理數(shù)據(jù)、毫秒級(jí)數(shù)據(jù)文件保存時(shí)間為3個(gè)月,實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)指標(biāo)做到永久存儲(chǔ)。在云端,隔離熱/溫/冷數(shù)據(jù),熱數(shù)據(jù)(運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),其他聯(lián)機(jī)分析處理(online analytical processing,OLAP)應(yīng)用指標(biāo))永久存儲(chǔ);溫?cái)?shù)據(jù)(原始SCADA數(shù)據(jù)、遙測(cè)(一分鐘采樣、十分鐘統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù))、應(yīng)用處理數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)文件)保存2年、遙測(cè)(秒級(jí)數(shù)據(jù))6個(gè)月;冷數(shù)據(jù)(原始SCADA 數(shù)據(jù)、應(yīng)用處理數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)文件)超過(guò)2年后,作為冷數(shù)據(jù)歸檔[17-18]。

圖5 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)策略Fig.5 Data storage strategy

5 指標(biāo)體系與運(yùn)行監(jiān)控

依據(jù)集團(tuán)風(fēng)電/光伏生產(chǎn)指標(biāo)體系,通過(guò)大數(shù)據(jù)平臺(tái)采集的各項(xiàng)數(shù)據(jù),風(fēng)電實(shí)現(xiàn)5類(lèi)34項(xiàng)指標(biāo)的自動(dòng)計(jì)算,其中5類(lèi)指標(biāo)分別為:風(fēng)資源指標(biāo)、電量指標(biāo)、能耗指標(biāo)、運(yùn)行水平指標(biāo)、運(yùn)行維護(hù)指標(biāo)[19-20],詳見(jiàn)表1。光伏生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)5類(lèi)35項(xiàng)指標(biāo)的實(shí)時(shí)管控,其中5類(lèi)指標(biāo)分別為:光資源指標(biāo)、電量指標(biāo)、能耗指標(biāo)、運(yùn)行水平指標(biāo)、運(yùn)行維護(hù)指標(biāo)[21],標(biāo)詳見(jiàn)表2。

表1 風(fēng)電指標(biāo)體系Table 1 Wind power index system

表2 光伏指標(biāo)體系Table 2 Photovoltaic index system

6 智能運(yùn)營(yíng)平臺(tái)

新能源數(shù)字智能化運(yùn)營(yíng)平臺(tái)的高級(jí)應(yīng)用將基于監(jiān)控區(qū)的生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù),并向前關(guān)聯(lián)至前期設(shè)計(jì)、工程數(shù)據(jù),專(zhuān)業(yè)上延伸至資源環(huán)境數(shù)據(jù),包括中尺度氣象數(shù)據(jù)、地理信息數(shù)據(jù)等,在統(tǒng)一設(shè)備運(yùn)行指標(biāo)基礎(chǔ)上,充分利用后評(píng)估、地理信息系統(tǒng)(geographic information system,GIS)平臺(tái)、虛擬測(cè)風(fēng)塔、流體仿真等先進(jìn)技術(shù),搭建智能分析平臺(tái)、系統(tǒng)優(yōu)化平臺(tái)、專(zhuān)家支持平臺(tái)、資源評(píng)估平臺(tái),如圖6所示,依次完成“全面體檢-系統(tǒng)優(yōu)化-疑難雜癥分析-資源數(shù)據(jù)支撐”。

圖6 高級(jí)應(yīng)用總體設(shè)計(jì)Fig.6 Advanced application general design

6.1 風(fēng)電場(chǎng)智能分析平臺(tái)

智能分析平臺(tái)實(shí)現(xiàn)所有運(yùn)行風(fēng)電場(chǎng)、風(fēng)電設(shè)備運(yùn)行評(píng)價(jià)指標(biāo)的統(tǒng)一,對(duì)于集團(tuán)所有在運(yùn)風(fēng)電場(chǎng)整體體檢,從移交生產(chǎn)前、運(yùn)行評(píng)價(jià)、設(shè)備評(píng)價(jià)等全生命周期展開(kāi)多維度分析,以識(shí)別項(xiàng)目質(zhì)量、及時(shí)發(fā)現(xiàn)低效資產(chǎn)及早干預(yù),為生產(chǎn)管理提資增效提供首發(fā)的、指向性支持。

6.2 風(fēng)電場(chǎng)系統(tǒng)優(yōu)化平臺(tái)

風(fēng)電場(chǎng)系統(tǒng)優(yōu)化平臺(tái)是對(duì)于單個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行可視化決策支撐,在前期、工程、生產(chǎn)全過(guò)程數(shù)據(jù)全鏈條貫通的基礎(chǔ)上,基于“數(shù)字雙胞胎”的理念,以三維數(shù)字化平臺(tái)為載體,進(jìn)行管理和呈現(xiàn),提供可視化的項(xiàng)目管理系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)對(duì)比、機(jī)位點(diǎn)糾偏、高精度地形地貌的定制化服務(wù),針對(duì)分析結(jié)果做系統(tǒng)優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)發(fā)電量、可靠性、運(yùn)維等效果最佳,為每個(gè)項(xiàng)目的提質(zhì)增效和快速?zèng)Q策提供技術(shù)支撐。

6.3 專(zhuān)家支持平臺(tái)

專(zhuān)家支持平臺(tái)對(duì)故障/質(zhì)量問(wèn)題項(xiàng)目進(jìn)行專(zhuān)家決策支撐,從時(shí)間、處理措施及各個(gè)專(zhuān)業(yè)數(shù)據(jù)等多個(gè)維度,建立項(xiàng)目檔案,實(shí)現(xiàn)集團(tuán)專(zhuān)家力量對(duì)重難點(diǎn)安全事故的分析、協(xié)同與遠(yuǎn)程診斷,并積累建立故障問(wèn)題處理經(jīng)驗(yàn)智庫(kù),進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)推廣,最大化避免同類(lèi)事故的發(fā)生。

6.4 資源評(píng)估平臺(tái)

資源評(píng)估平臺(tái)是以風(fēng)資源為核心,涵蓋地形、測(cè)風(fēng)、中尺度、微尺度、發(fā)電量評(píng)估等多維度,包括地形評(píng)估、測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)分析、中尺度數(shù)據(jù)應(yīng)用、風(fēng)資源分析、發(fā)電量分析等多功能,立足資源數(shù)據(jù)的收集、整理、查詢(xún)與應(yīng)用,為業(yè)務(wù)部門(mén)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ),為生產(chǎn)監(jiān)控部門(mén)工作的展開(kāi)提供數(shù)據(jù)、分析工具支撐。

7 網(wǎng)絡(luò)信息安全

為確保大數(shù)據(jù)平臺(tái)的安全穩(wěn)定性,IT 硬件滿(mǎn)足高可靠性、高安全性、標(biāo)準(zhǔn)型和開(kāi)放性、先進(jìn)性和成熟性、靈活性和可擴(kuò)展性、可管理性。如圖7所示,整個(gè)網(wǎng)絡(luò)主要由互聯(lián)網(wǎng)區(qū)、集團(tuán)廣域網(wǎng)區(qū)、數(shù)據(jù)中心核心網(wǎng)絡(luò)區(qū)、計(jì)算節(jié)點(diǎn)區(qū)、安全管理區(qū)、集中式存儲(chǔ)區(qū)組成。其中數(shù)據(jù)中心核心區(qū)、計(jì)算節(jié)點(diǎn)區(qū)、安全管理區(qū)、集中式存儲(chǔ)區(qū)統(tǒng)稱(chēng)為數(shù)據(jù)中心內(nèi)網(wǎng)。

圖7 平臺(tái)側(cè)安全防護(hù)體系拓?fù)鋱DFig.7 Topology diagram of platform safety protection system

數(shù)字智能化風(fēng)光運(yùn)營(yíng)監(jiān)管平臺(tái)中心側(cè)安全防護(hù)主要涉及內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)及設(shè)備之間的防護(hù)、與集團(tuán)公司內(nèi)網(wǎng)之間的防護(hù)、與外網(wǎng)之間的防護(hù),建設(shè)方案按照《信息安全技術(shù)網(wǎng)絡(luò)安全等級(jí)保護(hù)要求》,即等保2.0的三級(jí)等保相關(guān)要求制定,從安全通訊網(wǎng)絡(luò)、安全區(qū)域邊界、安全計(jì)算環(huán)境、安全管理中心4個(gè)方面進(jìn)行設(shè)計(jì),針對(duì)中心風(fēng)電數(shù)據(jù)接入的采集方式,采用雙核心部署方式,部署安裝防火墻、入侵防御系統(tǒng)、安全審計(jì)系統(tǒng)、漏洞掃描系統(tǒng)、堡壘機(jī)、日志審計(jì)系統(tǒng)等符合等保要求的安全防護(hù)設(shè)備及軟件。

8 應(yīng)用案例及效益

目前已累計(jì)接入風(fēng)電機(jī)組13 000多臺(tái),光伏發(fā)電容量300多萬(wàn)k W,實(shí)時(shí)采集測(cè)點(diǎn)600多萬(wàn)條,每天處理數(shù)據(jù)量達(dá)300多億條,是業(yè)內(nèi)最大的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng),并對(duì)部分項(xiàng)目進(jìn)行了全方位的診斷、優(yōu)化、專(zhuān)家分析,并出具相應(yīng)專(zhuān)題報(bào)告。

以大唐某項(xiàng)目1為例,智能分析平臺(tái)診斷結(jié)論指出項(xiàng)目其他發(fā)電量損失、發(fā)電量模型偏差分別為-621.11 k W·h和240.92 k W·h,結(jié)合系統(tǒng)優(yōu)化平臺(tái)數(shù)據(jù)分析后,得出安全方面及提質(zhì)增效方面共7項(xiàng)提效建議累計(jì)約270 h,以平價(jià)上網(wǎng)電價(jià)計(jì)算,單個(gè)風(fēng)場(chǎng)每年可提升直接經(jīng)濟(jì)效益約1 000萬(wàn)元,20年運(yùn)營(yíng)周期約2億元。若全面推廣到集團(tuán)其余風(fēng)電場(chǎng),則預(yù)測(cè)經(jīng)濟(jì)效益至少達(dá)百億級(jí)別。

以大唐某項(xiàng)目2為例,風(fēng)電場(chǎng)系統(tǒng)優(yōu)化平臺(tái)對(duì)該項(xiàng)目在前期、工程以及生產(chǎn)3個(gè)階段,通過(guò)對(duì)風(fēng)資源、設(shè)備可靠性以及發(fā)電性能不同維度的發(fā)電量進(jìn)行分析并提出優(yōu)化建議報(bào)告。該風(fēng)電場(chǎng)資源較優(yōu),現(xiàn)場(chǎng)限電水平相對(duì)較低,發(fā)電利用小時(shí)數(shù)區(qū)域?qū)?biāo)先進(jìn),但仍有較大提質(zhì)增效空間。(1)風(fēng)電場(chǎng)降容損失最高。經(jīng)平臺(tái)分析存在機(jī)組偏航對(duì)風(fēng)、葉片零度角校準(zhǔn)、葉片污染、設(shè)備高溫以及振動(dòng)等方面問(wèn)題。通過(guò)設(shè)備治理以及參數(shù)優(yōu)化,預(yù)計(jì)提效在120 h左右。(2)機(jī)組功率曲線一致較差,且功率散點(diǎn)分布較寬。開(kāi)展空氣密度優(yōu)化、控制參數(shù)升級(jí),預(yù)計(jì)可提效50 h左右。(3)風(fēng)電場(chǎng)整體尾流損失為4.69%,開(kāi)展整場(chǎng)控制優(yōu)化工作,可預(yù)計(jì)提效在20 h左右(提效1%)。(4)項(xiàng)目存在大風(fēng)天氣,可開(kāi)展機(jī)組切除風(fēng)速延遲的技改,預(yù)計(jì)提效在30 h左右(提效1%)。

9 結(jié)論

本文提出搭建基于大數(shù)據(jù)平臺(tái)的數(shù)字智能化風(fēng)光運(yùn)營(yíng)監(jiān)管一體化方案,基于“監(jiān)控區(qū)” “功能區(qū)”雙區(qū)建設(shè)理念,建設(shè)集團(tuán)級(jí)新能源監(jiān)控與大數(shù)據(jù)中心,通過(guò)“人-機(jī)-網(wǎng)-物”的跨界融合,形成跨域協(xié)同的開(kāi)放架構(gòu),打造從底層感知到頂層決策的多層次融合,創(chuàng)建全生命周期數(shù)字檔案。對(duì)于提升集團(tuán)公司新能源安全生產(chǎn)管控能力,提高精細(xì)化管理水平,優(yōu)化資源配置,減輕新能源生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)監(jiān)控系統(tǒng)的負(fù)載,提升新能源生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性具有非常重要的意義。

在功能方面,可以實(shí)現(xiàn)集中運(yùn)行監(jiān)控和狀態(tài)檢修維護(hù),實(shí)現(xiàn)發(fā)電功率提前預(yù)判,利用數(shù)字化管理平臺(tái),實(shí)現(xiàn)對(duì)各項(xiàng)目運(yùn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、處理和分析,量化生產(chǎn)損失和收益,開(kāi)展故障分析診斷,優(yōu)化風(fēng)、光新能源場(chǎng)站運(yùn)行方式,進(jìn)而提升機(jī)組利用率,有效增加發(fā)電量。為打造安全、綠色、經(jīng)濟(jì)和可持續(xù)的現(xiàn)代數(shù)字智能化新能源產(chǎn)業(yè)管控體系提供支撐。