东方电气风电股份有限公司系统架构师徐海:智能风场与智能运维

能见App 2023年10月18日 31770

2023年10月16日-19日,2023北京国际风能大会暨展览会(CWP2023)在北京如约召开。作为全球风电行业年度最大的盛会之一,这场由百余名演讲嘉宾和数千名国内外参会代表共同参与的风能盛会,再次登陆北京,聚焦中国能源革命的未来。
 
本届大会以“构筑全球稳定供应链共建能源转型新未来”为主题,将历时四天,包括开幕式、主旨发言、高峰对话、创新剧场以及关于“全球风电产业布局及供应链安全”“双碳时代下的风电技术发展前景”“国际风电市场发展动态及投资机会”“风电机组可靠性论坛”等不同主题的21个分论坛。能见App全程直播本次大会。
 
10月17日上午,东方电气风电股份有限公司系统架构师徐海在人工智能与智能运维发展论坛上发表了题为《智能风场与智能运维》的主旨发言。
     


以下为发言全文:
 
大家上午好!我是东方电气系统架构师徐海,下面给大家介绍一下智慧风场与智能运维的解决方案。我今天给大家介绍分成四块,一个是整体解决方案的介绍,智慧风场、智能运维以及最后实施效益。

    东方风电智慧风电系统是基于物联网、边缘计算、工业大数据、人工智能、网络安全、能源安全等技术与风电生产系统跨界融合,形成行业先进的集智能风机、智慧风场、区域衷心的一体化解决方案,这是我们产品整个定位。

    我们现在整个智慧风电产品目标,发电量的提升还有运维成本,围绕这两块,最终为了实现风电场度电成本降低,这是我们整个产品目标。但是我们整个系统大概分成几块。

    首先,我们现在有一个平台,在这个平台之下有一个风机边缘端的感知,再用场控端的算法以及在我们对风机的控制,最后我们的运维,在这后面维护整个我们是形成闭环的控制,这个就是我们最后系统是一个闭环的,这个地方会这样子来理解。

    这一块是我们现在整个系统的架构,我们这个系统大概分成C1、C2、C3、C4,大概分成四个方向,首先第一个,智能风机,在风机端边缘计算还有控制闭环,我们现在对风机参数的优化,在我们场站端一个就是有我们的监控系统、算法、功率预测,最后我们这个数据会通过二次安防,把这个数据到我们C3再到区域段四,在趋于端这一块实现区域运维还有深区域管理,最后是实现综合评估、专家系统这些,进行多风场的解决方案。

    我们这个系统这些行业证明,这一块我们这个系统建议“电量提升实测认证”的证书,我们获得中科院“一次调频”、“并网性能”认证证书,获得GL国际认证证书,四川省科技厅已经进行备案。

    第二,我跟大家介绍一下整个智慧风场的介绍。首先,我们在边缘端会有具有自主知识产权的一些边缘计算硬件设备,还有边缘计算算法的平台。我们在边缘端这一块在风机上面包括每个大部件,包括塔筒、传动链、叶片还有机舱这些东西部署了我们的边缘端的一些传感器,包括塔筒、塔筒晃动、螺栓,还有像传动链前轴后轴,还有一些水平径向、垂直径向,都有我们边缘端的检测。

    在我们边缘端还有一个叫一体化在线检测,这一块主要也是在各个大部件面进行了整体监测,这一块包括它的监测还有就是这个数据的一些预警以及运维,这一块也是我们所做的工作。

    然后在风场这端,我们也做了很多容差控制,在我们有时候风机,在他不影响风机安全的情况下减少不必要的故障停机,然后在风机不停机,能够实现一个提前的运维规划,以及一些备品备件的一些准备,这一块目前我们东方风电这一块已经具备64项容差功能,这一块我们在那个风场大概能够提升1.2%—1.6%的发电量,容差这一块有64项容差功能,包括虚拟的转速容差、温度容差,相关一些容差功能。这一块如果各位专家以及各位来宾有兴趣可以到展台去,可以看相关一些运行数据。

    这个是一个案例,在内蒙风场已经上线,主要是风速传感这一块的容差,这个案例是偏航流量保护容差,第二块是智慧风场电量提升算法介绍,这面我们风场应用这一块,我们有一个很大的指标,就是我们要提升风机的发电量,提升风机发电量这一块算法我们会对桨角寻优包括参数优化还有一些集群超前控制、尾流控制这些算法我们在风场端能够提升我们这个风机的发电量。

    这个是智能偏航矫正的案例,这个案例是在内蒙古霍林河,对这5台风机进行检测,这一块全程机组发电量提升4.76%。这一块是我们Cp追踪,参数调优这一块通过参数调优,修改了这个参数偏离了最优值,从而提升这个机组的适应性以及它的发电量,这个案例是在我们四川望江坪进行了实测认证,对全场机组进行优化,通过实测认证这一块发电量大概提升2.28%。

    我们现在智能故障穿越,通过故障穿越这个算法对引起停机或者设备安全风险运行工况进行识别并控制保护,这一块有一些区间穿越还有一些偏航滑移传译还有转矩、转速一些异常穿越、桨角波动穿越、叶轮时速穿越,振风穿越相关的一些算法。

    区间穿越比如在永城风场配置柔塔,共振区为运行功率范围,因功率调度频发,出现共振,我们这个区间穿越功能上线,全场功率稳定响应调度,机组给定不再落入共振区间,减少共振次数,使风电场运行达到最优效果。

    我们现在智慧风场另外一块就是智能化的在线预警算法,这一块基本上从叶片、塔筒、机舱以及每个大部件,包括塔筒晃动、偏航、叶片异常识别、齿轮箱、发电机、变桨、IGBT等等,对每一快都会有智能预警的一些算法。

    另外一块,智慧风场我们实现控制闭环,首先从风机端进行数据采集,在我们场站端进行阐述优化,最后我们会把这个参数通过我们控制闭环把参数跟风机进行闭环处理,这一块包括对风机目标有功控制、无功控制、转速、桨角相关控制,来通过控制闭环模块能够实现风机端自适应的一些控制。

    下面再介绍一下这个系统它的软件平台,软件平台第一个是PMS生产管理系统,首先我们满足在风场端监控的要求,增强它的风电场运营管控。另外,这个系统包含了地图、环线、列表等各种监控模式,能够满足每个风电场特殊化的要求。我们这个风场包含故障统计、部件运行、功率曲线、风资源等等,对于我们传统的系统进行了一些优化。

    第二个软件平台是CCS智能集群控制系统,这个系统保险全场单机和有功无功的控制,首先满足合同要求,取代原有EMS,现在是东方风电唯一的一个能量管理系统。这个平台实现大概有20多项集群控制功能,包括有一些集群控制相关的算法。

    第三个软件平台是AIS算法驱动软件系统,这个系统是我们整个智慧风场智能化体现的软件平台,在这个平台之上,我们部署了首先是部件诊断的一些算法,还有就是我们电量提升的一些算法、在线辅控预警算法、智能容差算法以及电量提升量化评估报告,这个算法驱动系统首先作为一个软件平台,在这个软件平台后面我们有我们的一些智能预警算法平台,还有我们智能控制的一些算法平台。

    在我们智慧风场这里面做一个总结介绍,首先,我们现在有64项容差功能。另外,我们形成了一些算法预警模型我们大概有12项,我们电量提升这一块预警通过一个实测认证,形成一些大风机振动的一些标准化解决方案。

    第三块给大家介绍一下我们现在最后的一个模块,就是运维这一块,因为我们现在从C1、C2、C3,从风场那儿出来,在我们区域端来进行智能运维的解决方案。

    智能运维大概分成几块,第一,首先全网实时监控,包括我们现在在场站端所谓的风机故障、备件预警以及对所有风机以及风场整个生命周期的档案管理,全网监测,在全网监测这一块。

    第二步,我们实现了一个预约性的运维,智能运维这一块首先就是实现事后运维向预约性运维的转变,预约性运维我们会集合气象、任务、备件以及它的一个运输情况计算它根据一个最优的发电策略、最优运维成本、最优的停机时间进行预约性运维,这一块我们现在有一个智能运维算法,来实现运维排程。

    第三,通过专家系统以及现在一些工单能够实现整个运维在线上智能流转,这一块我们能够支持我们在电脑端以及在移动端的运维。

    然后我再介绍一下,基于我们刚才说的智能运维系统,我们实现了无故障风场解决方案,无故障风场这个解决方案以“机器设备磨损和电器设备老化的必然性”为公理,形成一套全生命周期可持续执行的、可复制的、可通用化、可逐渐升级的、由发电企业主导的高级解决方案。分为两个阶段,阶段一进行批量问题处理,在第二个阶段实现无故障循环运维的,最终,根据我们现在百日无故障的标准,另外我们有八个维度的措施,包括我们现在集中整改、预警诊断、容差运行、定制化的故障穿越、风电场运行等等相关八个措施,我们实现百日运维无故障,在2022年在试点风场进行试点,故障率大概下降80%,我们达到第一级,风电装置百日无故障的目标,这是2022年在某个风场实施的一个数据。

    我们现在这个系统根据每个风场的一些特定情况,大概分成高配、中配和低配三个版本,目前,智慧风场这一块大概在全国有93个风电项目已经实施,每年大概有40个左右风电场正在进行整个系统的应用。

    然后试点改造这一块现在发电量试点风场、实测效果从2020年,发电量提升大概1.95%,2021年提升9.23%,2022年大约提升11.62%,这个电量提升结果由东方风电利用团体标准进行计算,后面打算与发电集团一起参与发电量提升效果评估,我们后面会进行持续优化。
    我的演讲大概就这些,谢谢各位嘉宾!
    
 (根据演讲速记整理,未经演讲人审核)