【苏人奇 华能(浙江)能源开发有限公司清洁能源分公司工程师】2022智慧电厂论坛(第一期)文字实录

   

主持人:下面,有请华能(浙江)能源开发有限公司清洁能源分公司工程师苏人奇作《海上风电数字孪生全生命周期智慧管理系统开发与应用》的主题发言。
    苏老师主要负责清能分公司部分生产技改项目和科技项目管理。曾深入参与数字孪生全生命周期价值链智慧风电场管理系统项目的前期规划和具体实施等工作。我们有请苏老师,大家掌声欢迎。


    苏人奇:各位领导,各位专家下午好。
    我是华能浙江清洁能源分公司工程师苏人奇,首先非常感谢主办方给我们这个宝贵的机会,不辞辛苦的组织了本次科技论坛,让我们有机会坐到一起相互交流学习。我分享的成果是《海上风电数字孪生全生命周期价值链智慧管理系统开发与应用》。
    将从以下四个方面:
    工作背景、主要做法、创新点、经济社会效益来阐述本项成果的一些内容。    
    一、工作背景
    华能浙江清洁能源分公司,是华能集团在浙江区域针对清洁能源项目开发建设、投资运营的一个主体公司。在华能集团的“十四五”规划中,将持续围绕两线两化谋篇布局。坚持新能源基地型规模化的自主开发。在“两线两化”战略方针下,以智慧新能源标准建设为基础,开展六大方向的一个关键技术研究工作。本项目也是习近平总书记在浙江执政期间“数字浙江”理念的一以贯之,也是推进数字化改革的具体体现。
    数字孪生项目依托于华能嘉兴2号海上风电场工程,项目的硬件设备属于华能浙江智控中心类,也是在杭州这边的的总部,以智控的数据为中心,实现数据的分析和业务的提升。    
    数字孪生项目建设目标主要有以下三点:
    1、实现数字孪生与海上风电运营管理深度融合。
    2、建立海上风电全生命周期的数字化、智慧化管理系。
    3、大家智慧化海上风电价值链管理创新目标。
    二、主要做法
    总结一下主要一个平台、两套系统、三个中心,六项特色。
    主要讲一下主要做法的内容。
    首先一个平台,这个平台基于华为模块化机房搭建一个全国产自主可控软硬件平台,部署了国产凝思磐石的操作系统,也采用了统一的存储资源、计算资源、网络资源池,其特点可以动态扩展、分配数据的融合,也是开发大数据平台的一个基础和关键,只有打通新能源场站内外各类系统之间的数据壁垒,在数据开放,数据标准化程度比较高的大数据中台上,才能真正挖掘数据资产的价值,也是实现数字孪生的基础。这个平台图就不重点介绍了。
    在平台上部署两套系统:一个位于安全生产大区集中监控系统,也是电力一二区,主要实现监控运行,管理功能,数据已经同步上传华能北京新能源运维中心,这个系统与浙江省调通过电力专网直接相连的。第二套系统位于信息管理大区的智慧运维系统,主要实现对于海上风电项目全生命周期的管理。
    三个中心,分别集中监控中心,智慧运维中心,数据管理中心。区别于其他集控中心,浙江智控中心通过新建电力专网与浙江省调相连,各场站的调度关系由原本的属地管理,原来的省调、地调或者线调,统一改为集中控制中心统一调度,集中控制中心与省调这边相连,真正实现各场站的无人值班,少人值守。前两天我们有两个海上风电项目也在上报明年的检修计划。省调这边直接通过检修中心联系我们,没有直接跟嘉兴海风或者苍南海风那边再进行沟通。
    智慧运维中心是以数字孪生为技术手段,海风项目全生命周期为时空维度,价值链创造为最终目的,实现智慧管理,智能安防、健康度评估,性能提升等功能,降低海风度电成本。
    数据管理中心,目前把华能在浙江的火电、燃机、水电、风电、光伏、储能、供热等所有一些项目的数据已经接到华能浙江智控中心内。这些数据目前进行一些初步的数据清洗,但是还没有进行高级应用,目前在海上风电的数据有一些应用,这些数据相当于作为一个基础,为以后进一步提升华能在浙江的数据化奠定基础。
    三、创新点。
    这边总结几个创新点。分别是基于数字孪生技术一个故障诊断,预警技术。
    海上风电全生命周期的闭环寻优技术。
    海上风电机组朝梁感知全景监测技术。
    基于大数据多元融合耦合分析技术。
    数据跨区互联深度交互技术。
    专家知识库知识赋能技术。
    本项成果最重要的创新点数字孪生,数字孪生以嘉兴2号海风三维模型为基础,充分利用物理模型,传感器、运行的历史数据,搭建一套数字孪生的管理平台,实现虚拟风机和现实风机的相互映射,建立海上风电场,包括海上升压站等一些设备的数字孪生模型。数字孪生体能够反映实体设备一个运行状态,目前因为这些数据已经接入进来,跟模型进行关联。
    1、通过大量数据的积累,结合机理建模、数据建模等手段,用特征、数据、数据趋势表征一个实物体真实的情况,结合数据的分析结论,对设备的故障情况,寿命情况进行一个预测和展望。
    2、闭环寻优,本项目开发风电场建设前期资源分析模块,工程期,工程项目管理模块,运维期能效评估模块,健康度评估等子系统,搭建海上风电全生命周期管理体系,结合设备管理,投资收益管理系统,对海上风电全生命周期进行闭环寻优。为我们积累海上风电项目的经验,完善后续项目的建设、投资。降低投资风险,也能提高项目的经济收益。
    3、全景感知。嘉兴2号海风用的上海电器一个机组,在上海电气普通机组的基础上,也选了4台实验机组加装了很多的传感器,还有一些测点。开发实验机组健康度评估模块,我们目前已经完成了实验机组的智能叶片传感器的预埋安装,也在同步安装智能塔筒,机组螺栓,智能运维,叶片一些传感器的安装工作。
    (图示)这张图简单画了一下目前传感器的情况,蓝色是上海电器风机已有的测点,绿色和黄色我们这边选定的实验机组新增的测点。
    4、基于大数据多元融合耦合分析技术。
    智控中心接入大量的原始数据,包括结构化的数据,非结构化的数据,数据类型各不相同,数据的频率和结构等方面不太一样,以采样频率为例,最快的采样频率是CMS系统,是振动监测,采样间隔0.2毫秒,振动数据一天的数据基本上就已经超过一个T,采用频率慢的,有的测点可能是5分钟甚至到数小时。也有一些测点比较多,比较重复,比如海缆的测点,海缆每隔1米有三个测点,包括振动、温度、压力。但是嘉兴海风这条海缆有25公里,来回50公里,测点有15万个,将不同类型的数据需要遵循其本身的机理技术耦合分析,形成新的价值。
    以水下资产管理系统为例,融合以下几类的数据:
    一个是不定期做的海上风电地形地貌的扫测数据,第二是海缆的实时监测数据,包括温度压力等,还有海上升压站风机装机储的实时监测数据,包括倾角、位移,这些数据的对齐、加工、分析,对海上风电水下资产要进行数据的分析,为智慧化的应用奠定基础。
    5、数据跨区互联。数字孪生项目智慧化应用部署在办公的三区,大量的高级应用需要通过互联网回传到内网上面,按照电力行业以及集团对于网络安全防护的要求,电力系统的控制区禁止使用wifi,限制敏感的数据在外网上面的部署,跨区数据需要通过单双向的隔离。通过隔离以后,数据会存在较大的延时,无法满足目前部分场景实施应用的情况。以海上风电安全防护系统为例,系统中有人员落水一个手环,当人员戴着手环落水以后,会通过AIS一个基站,将实时的定位信息通过四驱的互联网运营商一个专线,传回杭州远程智控中心。当前信号传输的时候,存在10秒钟的延时,针对安全系统来说,10秒钟有可能无法挽回,也是不能接受,项目正在开发跨区数据的快速传输的技术攻关,通过麦杰数据库的实时镜像,在三四驱之间,双向网闸上也配置了一个反向带离等一些手段,目前我们已经从10秒级的延迟降低到秒级。
    (图示)数字孪生系统一个网络拓扑图。
    6、专家知识库的知识赋能技术,搭建一套专家知识库,专家知识库包含其中各类轴承,齿轮箱关键部件,设备典型故障的数据库,同时故障诊断中心利用已经有的SCADA数据,提供一些诊断工具,通过报警信息,各种监测报告诊断图表等手段,展示和判断设备的一个状态。
    (图示)选取5月份一个运行数据。其中通过开发一些智能算法,针对2号机组,当时报了一个变流器压力低的故障,当时5月7日,16日、23日分别报出故障来,当时开发的智能算法通过压力和一个温度,两个测点数据进行耦合分析,给出一个报警值。基本上能在两天之前把报警值给报出来,在实际应用过程中还是有一定的准确度。
    四、经济社会效益。
    1、故障预警结合智慧检修决策,减少维护成本。实现计划性的工作效率提升。目前计算一下,大概工作效率能够提升25%,非计划停机降低25%。减少人员投入大概9人左右,节省人工成本240万/年,达到减人增效一个目的。
    2、安全价值,本项目设置人员落水报警模块,确保人员安全,也确保了海上风电场,海缆的一个电子围栏,与海事局的AIS系统是直接相连的。
    (图示)这张图上面,黄色的箭头就是AIS系统里面的船舶实时的位置,如果有船舶误入电子围栏里面,这边会进行实时的报警,通过升高频的系统直接对船舶喊话驱离,防止船舶在我们风电场里面随意抛锚,砸伤我们的海底电缆等。确保运维期风电场的基础设施、船舶人员的安全。
    3、社会效益,本项成果具备良好的推广性,目前基于嘉兴海风建设这个系统,目前已经推广到我们自己的苍南四号海风项目上去,后续准备在集团内在其他区域公司进行推广。
    4、技术价值,前段时间通过中电连一个成果鉴定,当时院士给我们的评价是“本项目也创新了一个数字卵生技术,自主设计并研发成功风电机组数字卵生系统,成果整体处于国际领先水平”。
    本项成果在依托数字孪生项目,在这些方面进一步开展研究的内容。包括风电场对各个设备装点监测存在盲区,底层数据不能做有效的整合利用,多元异构处理存在困难,设备状态智能监测技术不完备,这也是后续团队正在进行攻克的难题。希望也与各位在座的专家到时候能进行一些技术交流,促进本项目进一步的往前推进。
    基于本项目申请的专利,申请50多个专利,有一半现在已经授权下来。
    另外建立设备全生命周期的管理标准,联合华南内部清能院,西安热供院,也编制了海上风电机组支撑结构及升压站监测技术规范,海上风电场运维数据智慧管理规范,两项华能集团的企业标准,也已经经过集团内审核通过,已正式发布实施。
    分享到这里,谢谢各位。    
 

注:文字实录未经专家整理核实,仅作参考使用,具体解释权归本次会议主办方所有。

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