2023基于大數(shù)據(jù)平臺的新能源智能化運營技術

基于大數(shù)據(jù)平臺的新能源智能化運營監(jiān)管技術引言風電光伏產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展已經(jīng)成為實現(xiàn)碳

要求。綜上所述新能源大數(shù)據(jù)平臺已經(jīng)成為國內(nèi)外達峰碳中和的重要推手。同時大數(shù)據(jù)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)人工智能等先進技術與傳統(tǒng)工業(yè)的深度融合促進了新能源產(chǎn)業(yè)的數(shù)字智能化發(fā)展通過建設新能源監(jiān)控與大數(shù)據(jù)平臺對新能源設備數(shù)據(jù)運維數(shù)據(jù)環(huán)境預測數(shù)據(jù)進行采集實現(xiàn)設備運行監(jiān)控和指標分析建立預警算法實現(xiàn)事故隱患的提前預警減少電量損失。當前國內(nèi)外各大發(fā)電集團和風機廠商開展了新能源大數(shù)據(jù)平臺的建設并基于大數(shù)據(jù)平臺開展相關的業(yè)務。E公司于5年結合了世界級的風機和風電行業(yè)的數(shù)字基礎設施建立一套動態(tài)的可以聯(lián)網(wǎng)且適應性極強的數(shù)字化風電場可以提高風電場的發(fā)電量最多達%為風電行業(yè)創(chuàng)造大約0億美元的價值8年1月國家電網(wǎng)青海新能源大數(shù)據(jù)創(chuàng)新平臺作為中國首個新能源大數(shù)據(jù)創(chuàng)新平臺上線運營首批確立了6項高級創(chuàng)新業(yè)務服務現(xiàn)已具備功率預測設備健康管理電站運營托管金融服務等多項線上技術服務能力,為新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供全面準確的數(shù)據(jù)支撐。國家電投云邊協(xié)同工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺是能源發(fā)電行業(yè)首個工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺確定了搭平臺匯數(shù)據(jù)、建應用做運營4條業(yè)務主線為集團未來智慧化、數(shù)字化轉型提供支撐。國內(nèi)的整機廠商遠景能源金風科技等企業(yè)也在研究大數(shù)據(jù)互聯(lián)網(wǎng)和數(shù)字化技術在提升風機和風場價值的應用。遠景能源基于全球最大的能源物聯(lián)網(wǎng)平臺金風科技智慧運營系統(tǒng)M都是基于智慧風場的大數(shù)據(jù)平臺的整體解決方案。明陽大數(shù)據(jù)平臺包括氣象數(shù)據(jù)分析模塊智慧風場監(jiān)控系統(tǒng)能量管理系統(tǒng)y機組健康度管理系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)從氣象預測到風機健康狀態(tài)監(jiān)測預警風電場優(yōu)化運行再到風電場群的協(xié)同協(xié)調(diào)。上海電氣的風云集控系統(tǒng)在風電行業(yè)首創(chuàng)基于互聯(lián)網(wǎng)技術的分布式數(shù)據(jù)處理技術,利用人工智能大數(shù)據(jù)云計算技術高效利用數(shù)據(jù)打造了智慧風電的大數(shù)據(jù)平臺。中國海裝風電的a大數(shù)據(jù)平臺通過a遠程運維中心、a氣候資源平臺和預測性維護3個主要模塊,并統(tǒng)一構建風電裝備故障診斷算法模型庫和風場運行模型庫滿足智能風電裝備故障診斷與預測、

新能源行業(yè)積極研究的對象。目前在新能源大數(shù)據(jù)平臺體系架構及功能使用的研究上已推出了針對行業(yè)關鍵問題的解決方案但多側重于局部功能單一機型或風電場的智能化優(yōu)化與升級缺乏多個子系統(tǒng)間的協(xié)同管控缺乏多種設備機型的跨域融合缺乏集團級新能源業(yè)務的整體規(guī)劃沒有形成行之有效貫穿集團區(qū)域場站3級的科學管控體系。同時在底層建設上數(shù)據(jù)及通訊等基礎設施沒有形成統(tǒng)一標準大數(shù)據(jù)大而不精難以支撐新能源數(shù)字智能化運營相關技術的深度落地;在實施方面偏重于信息集成與展示缺乏深度的大數(shù)據(jù)分析智能化應用無法有效指導生產(chǎn)運維等問題。沒有真正體現(xiàn)出利用大數(shù)據(jù)平臺實現(xiàn)新能源電站遠程監(jiān)控數(shù)字化智能運維與決策的作用。本文依托中國大唐集團新能源監(jiān)控與大數(shù)據(jù)平臺提出一種基于大數(shù)據(jù)平臺的新能源數(shù)字智能化運營監(jiān)控技術通過建立集團風電光伏生產(chǎn)數(shù)據(jù)質(zhì)量標準化體系實現(xiàn)邊緣端生產(chǎn)運維數(shù)據(jù)采集規(guī)約標準化并下發(fā)算法模型進行邊緣計算在云端采用云邊協(xié)同架構監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量生成生產(chǎn)應用處理方案以實現(xiàn)實際應發(fā)電量等指標的實時監(jiān)視場站設備故障預警等智能應用搭建成行業(yè)領先的基于監(jiān)控區(qū)與功能區(qū)雙區(qū)建設的數(shù)字智能化運營監(jiān)控平臺實現(xiàn)集團區(qū)域場站3級跨域的新能源數(shù)字智能化運營與監(jiān)管。業(yè)務部署大數(shù)據(jù)平臺基于監(jiān)控區(qū)功能區(qū)雙區(qū)建設理念建設集團級新能源監(jiān)控與大數(shù)據(jù)中心。監(jiān)控區(qū)主要基于數(shù)據(jù)標準化采集融合大數(shù)據(jù)邊緣計算等先進技術打通數(shù)據(jù)流順暢管理鏈實現(xiàn)對風電生產(chǎn)運營5類4項光伏生產(chǎn)運營5類5項指標的實時管控掌握每臺機組應發(fā)實發(fā)電量差值開展多維度對標分析。功能區(qū)依托監(jiān)控區(qū)數(shù)據(jù)支撐與監(jiān)控大平臺的實時數(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)結合集團新能源生產(chǎn)管理經(jīng)驗打造了資源評估智能分析系統(tǒng)優(yōu)化專家支持光伏管控平臺實現(xiàn)集團到新能源場站的透明管理預判潛在風險挖掘增量價值解決疑難雜癥真正管好每臺發(fā)電機組。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站設備測點和測風塔數(shù)據(jù)光伏生產(chǎn)運營數(shù)據(jù)可編程邏輯控制器數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)a數(shù)據(jù)等升壓綜自系統(tǒng)測風塔數(shù)據(jù)智能傳感器聲音載荷振動視頻等數(shù)據(jù)等實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)及故障文件振動監(jiān)測定時數(shù)據(jù)等非實時批量傳送數(shù)據(jù)同時還包括生產(chǎn)管理系統(tǒng)物資管理系統(tǒng)資產(chǎn)成本模型等企業(yè)級其他運營管理數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)傳輸過程包括數(shù)據(jù)上送對端數(shù)據(jù)的轉發(fā)采集數(shù)據(jù)的中心端接入。對于集控生產(chǎn)數(shù)據(jù)通過實時數(shù)據(jù)通道按照C4通信規(guī)約向集系統(tǒng)推動實時數(shù)據(jù)同時直連機組破解報文開通歷史數(shù)據(jù)補傳通道如圖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)關能源物聯(lián)網(wǎng)關經(jīng)過采集通訊、數(shù)據(jù)標記數(shù)據(jù)預處理邊緣計算等操作將數(shù)據(jù)預制后通過數(shù)據(jù)b將數(shù)據(jù)傳送到分發(fā)器經(jīng)分發(fā)器后的數(shù)據(jù)通過流處理進程和批處理進程實現(xiàn)數(shù)據(jù)持久化。邊緣計算是在數(shù)據(jù)采集邊緣側進行數(shù)據(jù)處理、邊緣計算是在數(shù)據(jù)采集邊緣側進行數(shù)據(jù)處理、型轉換為另一種類型如轉換成轉數(shù)據(jù)類型轉換即根據(jù)配置將數(shù)據(jù)值由一種類

圖2數(shù)據(jù)傳輸鏈路2k分析。對于多端采集的數(shù)據(jù)進行計算將分析處理后的結果數(shù)據(jù)發(fā)送到新能源場站和集控中心確保多個接收端接到的都是相同數(shù)據(jù)同時由于采用數(shù)據(jù)采集軟件進行數(shù)據(jù)分析處理計算減輕了集控中心的負擔并且數(shù)據(jù)采集也無需將全部數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡傳輸?shù)郊刂行闹粚⒂嬎憬Y果傳輸?shù)郊刂行慕档蛡鬏攭毫p少網(wǎng)絡帶寬對于一些敏感數(shù)據(jù)提高了數(shù)據(jù)的安全性。邊緣計算包括以下類型。數(shù)據(jù)預處理。圖1數(shù)據(jù)源采集與傳輸1n為等。根據(jù)配置將遙測轉換為遙信采用的策略是配置遙信值對應的遙測值范圍區(qū)間則可對接收到的遙測值按范圍區(qū)間轉換相應的遙信值。數(shù)據(jù)時間戳處理對接收到的沒有時標的數(shù)據(jù)

狀態(tài)綜合計算出風機故障。理論功率計算對于風機數(shù)據(jù)能夠根據(jù)風速、風速+轉速風速扭矩依據(jù)功率配置表計算出理論功率。增加時標。對于根據(jù)兩次遙信值不同而產(chǎn)生的變位采用最新遙信時間做為變位時標。

統(tǒng)計計算。包括風機數(shù)據(jù)的一分鐘數(shù)據(jù)統(tǒng)計

五分鐘數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)品質(zhì)處理即數(shù)據(jù)清洗。對有數(shù)據(jù)品質(zhì)標志位的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)采集可以對有效位無效位進行處理。根據(jù)品質(zhì)標志設置數(shù)據(jù)點為有效點無效點對后續(xù)處理提供品質(zhì)判斷依據(jù)。

統(tǒng)計十分鐘數(shù)據(jù)統(tǒng)計。即在數(shù)據(jù)采集內(nèi)部創(chuàng)建緩存緩存一定時間的秒級數(shù)據(jù)根據(jù)統(tǒng)計周期定期統(tǒng)計數(shù)據(jù)輸出統(tǒng)計結果傳輸?shù)郊刂行幕蚱渌獠拷邮障到y(tǒng)。數(shù)據(jù)變比對于原始數(shù)據(jù)值根據(jù)配置的比例、

指標計算。包括功率曲線數(shù)據(jù)生成

溫度曲線數(shù)據(jù)生成系數(shù)等計算結果值。偏移處理對于原始數(shù)據(jù)值根據(jù)配置的偏移

等。緩存一定時間的功率溫度數(shù)據(jù)發(fā)送曲線數(shù)據(jù)到監(jiān)控與大數(shù)據(jù)中心。值計算結果值。數(shù)據(jù)包錯誤判斷

根據(jù)數(shù)據(jù)包校驗邏輯判斷是

如圖3所示數(shù)據(jù)采用云邊協(xié)同的邊緣預處理架構邊緣端集控端和云端的設備模型知識模否接收到錯誤數(shù)據(jù)如誤包丟包錯包根據(jù)判斷結果進行相應的后續(xù)處理。數(shù)據(jù)重抽樣。根據(jù)配置將采集到的風機數(shù)據(jù)由高頻數(shù)據(jù)重抽樣為低頻數(shù)據(jù)在滿足集控中心數(shù)據(jù)要求的情況下減少傳輸數(shù)據(jù)量。專用業(yè)務計算。風機狀態(tài)計算按照電網(wǎng)要求將風機狀態(tài)轉換為電網(wǎng)標準狀態(tài)。數(shù)據(jù)可用狀態(tài)計算根據(jù)配置的多個條件組合計算設置風機可用狀態(tài)。故障計算根據(jù)配置的多個故障變位遙信、

型算法模型和實施模型保持同步在云端生成生產(chǎn)應用處理方案?！?基于28數(shù)據(jù)質(zhì)量標準通過考察數(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)及時率這5個指標直觀了解數(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)量控制指標如圖4— 數(shù)據(jù)存儲以滿足性能和需求為原則采用靈活的數(shù)據(jù)存儲策略優(yōu)化數(shù)據(jù)存儲成本。在站端邊緣集控端和云端分別采取不同的存儲策略如圖5所示。圖3數(shù)據(jù)邊緣計算3n圖4數(shù)據(jù)質(zhì)量控制4l圖5數(shù)據(jù)存儲策略5y站端秒級數(shù)據(jù)預處理數(shù)據(jù)和毫秒級數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)預處理數(shù)據(jù)毫秒級數(shù)據(jù)文件保存時間為3個月實時監(jiān)測指標做到永久存儲。在云端,冷數(shù)據(jù)熱數(shù)據(jù)運行實時監(jiān)測數(shù)據(jù)其他聯(lián)機分析處理el,應用指標永久存儲溫數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)遙測一分鐘采樣十分鐘統(tǒng)計數(shù)據(jù)應用處理數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)文件保存2年遙測秒級數(shù)據(jù)6個月冷數(shù)據(jù)原始數(shù)據(jù)應用處理數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)

文件超過2年后作為冷數(shù)據(jù)歸檔。指標體系與運行監(jiān)控依據(jù)集團風電光伏生產(chǎn)指標體系通過大數(shù)據(jù)平臺采集的各項數(shù)據(jù)風電實現(xiàn)5類4項指標的自動計算其中5類指標分別為風資源指標電量指標標詳見表。光伏生產(chǎn)運營5類5項指標的實時管控其中5類指標分別為光資源指標電量指標能耗指標運行水平指標運行維護指標,標詳見表。

表1風電指標體系

表2光伏指標體系 2m 1m體系 指標 管控等級

體系 指標 管控等級輻照強度 1級風資源指標電量指標能耗指標運行水平指標

平均風速 1級最大風速 3級平均空氣密度 3發(fā)電量 1計劃發(fā)電量完成率 1利用小時數(shù) 1上網(wǎng)電量 3級電網(wǎng)棄風電量 1級電網(wǎng)棄風率 1級設計應發(fā)電量 3級實際應發(fā)電量 3級場外受累損失電量 2級可控應發(fā)電量 3可控應發(fā)電量完成率 1輸變電設備計劃停運損失電量 3輸變電設備非計劃停運損失電量 3風電機組計劃停運損失電量 3級風電機組故障損失電量 3級風電機組自降容損失電量 3風電機組自耗電率 3場用電率 3級購網(wǎng)電量 3級場損率 3級送出線損率 3級綜合場用電率 2級風電機組可利用率 2級風電場可利用率 2風電機組無故障運行時長 3臺均故障次數(shù) 3級臺均故障時長 3級功率特性一致性系數(shù) 3級

光資源指標電量指標能耗指標運行水平指標

水平面總輻射量 3級傾斜面總輻射量 1級日照小時數(shù) 3級發(fā)電量 1級計劃發(fā)電量完成率 2級等效利用小時數(shù) 1上網(wǎng)電量 2損失電量 2級損失率 1級理論應發(fā)電量 2級實際應發(fā)電量 2實際應發(fā)電量完成率 1棄光電量 3級棄光率 2級場外受累損失電量 3光伏發(fā)電單元計劃停運損失電量 3光伏發(fā)電單元故障停運損失電量 3輸變電設備計劃停運損失電量 3級輸變電設備非計劃停運損失電量 3光伏方陣吸收損失電量 2級逆變器性能損失電量 2可控應發(fā)電量 2可控應發(fā)電量完成率 2發(fā)電量 1站用電率 3級綜合站用電率 2級網(wǎng)購電量 3級站損率 3級光伏電站系統(tǒng)效率 1級逆變器轉換效率 2級光伏方陣效率 2逆變器輸出功率離散率 2組串電流離散率 2級運行維護指標

單位容量運行維護費 2級場內(nèi)度電運行維護費 2級單位容量人員數(shù)量 2級

運行維護指標 全站可利用率 1級全站通訊中斷時長 2級注管控等級1級為集團公司級2級為省公司級3級為事業(yè)部級。注管控等級1級為集團公司級2級為省公司級3級為事業(yè)部級。智能運營平臺新能源數(shù)字智能化運營平臺的高級應用將基于監(jiān)控區(qū)的生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)并向前關聯(lián)至前期設計工程數(shù)據(jù)專業(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)一設備運行

平臺虛擬測風塔流體仿真等先進技術搭建智能分析平臺系統(tǒng)優(yōu)化平臺專家支持平臺資源評估平臺如圖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)支撐風電場智能分析平臺智能分析平臺實現(xiàn)所有運行風電場風電設備圖6高級應用總體設計6n運行評價指標的統(tǒng)一對于集團所有在運風電場整體體檢從移交生產(chǎn)前運行評價設備評價等全生命周期展開多維度分析以識別項目質(zhì)量及時發(fā)現(xiàn)低效資產(chǎn)及早干預為生產(chǎn)管理提資增效提供首發(fā)的指向性支持。風電場系統(tǒng)優(yōu)化平臺風電場系統(tǒng)優(yōu)化平臺是對于單個項目進行可視化決策支撐在前期工程生產(chǎn)全過程數(shù)據(jù)全鏈條貫通的基礎上基于數(shù)字雙胞胎的理念以三維數(shù)字化平臺為載體進行管理和呈現(xiàn)提供可視

化的項目管理系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)對比機位點糾偏高精度地形地貌的定制化服務針對分析結果做系統(tǒng)優(yōu)化實現(xiàn)發(fā)電量可靠性運維等效果最佳為每個項目的提質(zhì)增效和快速決策提供技術支撐。專家支持平臺專家支持平臺對故障質(zhì)量問題項目進行專家決策支撐從時間處理措施及各個專業(yè)數(shù)據(jù)等多個維度建立項目檔案實現(xiàn)集團專家力量對重難點安全事故的分析協(xié)同與遠程診斷并積累建立故障問題處理經(jīng)驗智庫進行經(jīng)驗推廣最大化避免同類事故的發(fā)生。資源評估平臺資源評估平臺是以風資源為核心涵蓋地形測風中尺度微尺度發(fā)電量評估等多維度包括地形評估測風數(shù)據(jù)分析中尺度數(shù)據(jù)應用風資源分析發(fā)電量分析等多功能立足資源數(shù)據(jù)的收集、整理查詢與應用為業(yè)務部門提供數(shù)據(jù)基礎為生產(chǎn)監(jiān)控部門工作的展開提供數(shù)據(jù)分析工具支撐。網(wǎng)絡信息安全為確保大數(shù)據(jù)平臺的安全穩(wěn)定性T硬件滿足高可靠性高安全性標準型和開放性先進性和成熟性靈活性和可擴展性可管理性。如圖7所示,整個網(wǎng)絡主要由互聯(lián)網(wǎng)區(qū)集團廣域網(wǎng)區(qū)數(shù)據(jù)中圖7平臺側安全防護體系拓撲圖7mm心核心網(wǎng)絡區(qū)計算節(jié)點區(qū)安全管理區(qū)集中式存儲區(qū)組成。其中數(shù)據(jù)中心核心區(qū)計算節(jié)點區(qū)全管理區(qū)集中式存儲區(qū)統(tǒng)稱為數(shù)據(jù)中心內(nèi)網(wǎng)。數(shù)字智能化風光運營監(jiān)管平臺中心側安全防護主要涉及內(nèi)部網(wǎng)絡及設備之間的防護與集團公司內(nèi)網(wǎng)之間的防護與外網(wǎng)之間的防護建設方案按照信息安全技術網(wǎng)絡安全等級保護要求即等保0的三級等保相關要求制定從安全通訊網(wǎng)絡、安全區(qū)域邊界安全計算環(huán)境安全管理中心4個方面進行設計針對中心風電數(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

9 結論本文提出搭建基于大數(shù)據(jù)平臺的數(shù)字智能化風光運營監(jiān)管一體化方案基于監(jiān)控區(qū)功能區(qū)”雙區(qū)建設理念建設集團級新能源監(jiān)控與大數(shù)據(jù)中心通過人機網(wǎng)物的跨界融合形成跨域協(xié)同的開放架構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。對于提升集團公司新能源安全生產(chǎn)管控能力提高精細化管理水平優(yōu)化資源配置減輕新能源生產(chǎn)運營監(jiān)控系統(tǒng)的負載提升新能源生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性具有非常重系統(tǒng)安全審計系統(tǒng)漏洞掃描系統(tǒng)堡壘機日志審計系統(tǒng)等符合等保要求的安全防護設備及軟件。

要的意義。在功能方面

可以實現(xiàn)集中運行監(jiān)控和狀態(tài)檢8 應用案例及效益目前已累計接入風電機組0多臺光伏發(fā)電容量0多萬W實時采集測點0多萬