黃偉偉

（青海省綠色發(fā)電集團(tuán)股份有限公司，青海西寧 810000）

1 光伏智能發(fā)電站

1.1 光伏智能發(fā)電站的研究

在提出建設(shè)智能發(fā)電站時，還未出現(xiàn)光伏新能源發(fā)電項(xiàng)目，隨著光伏發(fā)電的發(fā)展及在智能化發(fā)電管理方面的研究，部分發(fā)電企業(yè)進(jìn)行了具體的項(xiàng)目實(shí)踐，逐漸完善了智能發(fā)電站內(nèi)涵和目標(biāo)。在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、信息技術(shù)等各種先進(jìn)技術(shù)發(fā)展的背景下，國家發(fā)電企業(yè)對智能化發(fā)電站進(jìn)行了深入探究，提出了將信息技術(shù)、通信技術(shù)、智能檢測技術(shù)等基礎(chǔ)智能發(fā)展模式，應(yīng)用到發(fā)電站日常運(yùn)維管理中，不斷提高發(fā)電站生產(chǎn)管理的效率，為實(shí)現(xiàn)發(fā)電站高效、安全、節(jié)能環(huán)保的目標(biāo)奠定技術(shù)基礎(chǔ)。在具體實(shí)施上，可構(gòu)建發(fā)電站智能化運(yùn)維管理體系，該體系由智能設(shè)備層、智能控制層、智能生產(chǎn)監(jiān)管層、智能管理層構(gòu)成，該智能化管理體系具有自適應(yīng)能力強(qiáng)、自我恢復(fù)能力強(qiáng)、自我學(xué)習(xí)與自組織能力強(qiáng)的特點(diǎn)。隨著先進(jìn)信息技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，不斷擴(kuò)大了發(fā)電站生產(chǎn)運(yùn)行管理范圍，提高了發(fā)電站自動化、數(shù)字化和智能化的水平。

1.2 智能發(fā)電站實(shí)踐

隨著發(fā)電站智能化方面理論研究的成熟，發(fā)電企業(yè)在信息化發(fā)展中，逐漸開始推進(jìn)智能化發(fā)電站建設(shè)，與信息工程企業(yè)合作，以發(fā)電站的發(fā)展需求為中心，進(jìn)行智能化運(yùn)維管理系統(tǒng)平臺的研究，可有效推進(jìn)智能化發(fā)電站建設(shè)。比如，3D可視化故障診斷系統(tǒng)、3D數(shù)字檔案的建設(shè)，可實(shí)現(xiàn)對發(fā)電站設(shè)備的可視化、立體化管理。

通過智能管理中心實(shí)時監(jiān)測發(fā)電站各系統(tǒng)及其設(shè)備的運(yùn)行情況，可及時發(fā)現(xiàn)運(yùn)行存在的問題，結(jié)合三維模擬技術(shù)、在線診斷等技術(shù)，提高發(fā)電站的安全運(yùn)行能力，結(jié)合生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)、監(jiān)控資訊系統(tǒng)、管理信息系統(tǒng)與決策支持系統(tǒng)，并制定數(shù)字發(fā)電站計劃。

2 數(shù)字孿生技術(shù)的研究應(yīng)用

隨著智能化進(jìn)程的不斷加快，數(shù)字技術(shù)在發(fā)電站運(yùn)維管理中得到應(yīng)用實(shí)踐，更多新智能技術(shù)被應(yīng)用到新能源發(fā)電站的管理中。在航空航天、汽車制造等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用的數(shù)字孿生技術(shù)，在電力行業(yè)中的應(yīng)用較少，相關(guān)研究欠缺。為了進(jìn)一步推動智能化發(fā)電站的建設(shè)發(fā)展，在介紹數(shù)字孿生技術(shù)的基礎(chǔ)上，本文針對利用該技術(shù)促進(jìn)光伏發(fā)電智能化運(yùn)維管理提出幾點(diǎn)建議。

2.1 數(shù)字孿生技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

數(shù)字孿生技術(shù)的概念在2003年便已經(jīng)出現(xiàn)，將其定義為實(shí)時同步的映射特性，是物理世界和信息世界交互融合的一種技術(shù)手段。

2017年之前，數(shù)字孿生技術(shù)的研究很少集中在對其概念的探討上，隨著相關(guān)研究逐漸增多，開始探討和驗(yàn)證該技術(shù)的應(yīng)用實(shí)踐問題，提出了全新的應(yīng)用框架和方法體系。在該技術(shù)不斷改進(jìn)發(fā)展的過程中，通過建模、虛擬仿真、與物理信息的融合等手段，分析了該技術(shù)與相關(guān)產(chǎn)業(yè)的關(guān)系，并建立了行業(yè)虛擬模型和孿生數(shù)據(jù)融合分析等。該技術(shù)通過數(shù)字孿生體的建設(shè)，可實(shí)現(xiàn)對物理實(shí)體完整準(zhǔn)確的數(shù)字描述，對物理實(shí)體進(jìn)行準(zhǔn)確模擬、監(jiān)控和診斷預(yù)測。隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展及與數(shù)字孿生體應(yīng)用的結(jié)合，形成并行建模、預(yù)測和執(zhí)行的應(yīng)用結(jié)構(gòu)。

2.2 數(shù)字孿生技術(shù)在光伏智能發(fā)電站中的應(yīng)用

將數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用到發(fā)電站智能運(yùn)維管理中，可有效提高發(fā)電站運(yùn)維管理的智能化水平，可實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。利用數(shù)字孿生，DCS通過I/O輸入模塊從物理現(xiàn)場進(jìn)行信號采集，并在DCS中建立生產(chǎn)流程模型，對采集的信息進(jìn)行參數(shù)控制，再利用I/O輸出模塊，嚴(yán)格控制生產(chǎn)現(xiàn)場的執(zhí)行步驟。對于光伏發(fā)電站，在信息化技術(shù)發(fā)展的過程中，現(xiàn)場生產(chǎn)模型是生產(chǎn)過程的控制，包含了較多管理最優(yōu)的內(nèi)容，擴(kuò)大了發(fā)電站管理的范圍，緊密聯(lián)系各系統(tǒng)，對生產(chǎn)中設(shè)備、環(huán)境、人等多方面進(jìn)行監(jiān)督控制。結(jié)合虛擬監(jiān)控，可通過對設(shè)備的監(jiān)控報警、診斷預(yù)測及虛擬環(huán)境下人、機(jī)器、環(huán)境等的多維分析，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化管控目標(biāo)。

3 光伏發(fā)電站智能運(yùn)維管理體系結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)部署

3.1 光伏發(fā)電站智能運(yùn)維管理核心

光伏發(fā)電站智能運(yùn)維管理體系的核心是智能化，包括利用人工智能等智能化理論和技術(shù)方法，處理信息與相關(guān)問題，包括模擬、虛擬建模等功能，具有主動性、機(jī)動性、自我診斷、自適應(yīng)和自我調(diào)整等能力。智能設(shè)備層突破了已有儀器設(shè)備與控制裝置，可全面采集生產(chǎn)現(xiàn)場的信息數(shù)據(jù)，并對收集的信息進(jìn)行診斷，全面感知的能力較強(qiáng)。智能控制層則突破現(xiàn)有DCS系統(tǒng)，可采用多種復(fù)雜的計算方式進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并對數(shù)據(jù)處理存在的誤差進(jìn)行自我修正。智能監(jiān)管層突破了現(xiàn)有安全儀表控制系統(tǒng)，可對設(shè)備的運(yùn)行進(jìn)行多方面的分析，同時其靈活性較強(qiáng)，具有擴(kuò)展功能和自我協(xié)調(diào)的能力。智能決策層具有較高的學(xué)習(xí)和適應(yīng)能力，通過與環(huán)境的互動不斷優(yōu)化自身系統(tǒng)，并與環(huán)境不斷適應(yīng)。

3.2 光伏發(fā)電站智能運(yùn)維管理體系結(jié)構(gòu)

（1）智能設(shè)備層。

智能設(shè)備層與光伏發(fā)電站生產(chǎn)運(yùn)維的各要素緊密結(jié)合，是實(shí)現(xiàn)物理世界與虛擬世界高度融合、合作的關(guān)鍵，是數(shù)字孿生技術(shù)在發(fā)電站管理中應(yīng)用的關(guān)鍵。進(jìn)行智能設(shè)備層構(gòu)建時，采用先進(jìn)的測量技術(shù)，使發(fā)電站所有設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)、工藝參數(shù)、環(huán)境等各種數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信息，并通過自我判斷進(jìn)行處理與傳輸。在其他控制決策層的指示下，準(zhǔn)確分析與傳遞相關(guān)發(fā)電站生產(chǎn)和運(yùn)維管理中的信息，實(shí)現(xiàn)最小干預(yù)的閉環(huán)式控制管理。

（2）智能控制層。

智能控制層可對發(fā)電站各環(huán)節(jié)、各工藝過程進(jìn)行智能化控制，通過建立相關(guān)物理實(shí)體行為與規(guī)則模型，利用DCS模塊的高級算法程序構(gòu)建自適應(yīng)控制、診斷預(yù)測控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等具體程序。結(jié)合智能設(shè)備層采集的信息數(shù)據(jù)、智能監(jiān)督層的指示，制定發(fā)電站安全運(yùn)行及滿足環(huán)境、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)要求的日常運(yùn)維管理指南，在確保發(fā)電站生產(chǎn)滿足實(shí)際要求的基礎(chǔ)上，提高發(fā)電站運(yùn)維的安全性，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境雙重目標(biāo)。

（3）智能監(jiān)控層。

智能監(jiān)督層的作用是對發(fā)電站設(shè)備資產(chǎn)進(jìn)行智能化管理，對發(fā)電站生產(chǎn)過程與管理數(shù)據(jù)、信息數(shù)據(jù)采集和工廠能效基準(zhǔn)與評估、運(yùn)維管理、設(shè)備狀態(tài)管理、設(shè)備遠(yuǎn)程診斷等功能進(jìn)行監(jiān)督管理。發(fā)電站工廠進(jìn)行閉環(huán)式管理時，可建立設(shè)備物理模型與運(yùn)維規(guī)則模型，對設(shè)備資產(chǎn)等物理實(shí)體的虛擬模型進(jìn)行監(jiān)督控制。智能監(jiān)督層接收的信息主要包括控制層的生產(chǎn)實(shí)時數(shù)據(jù)、設(shè)備層的現(xiàn)場實(shí)時信息、決策層的執(zhí)行策略等。

（4）智能決策層。

智能決策層是在生產(chǎn)制造和運(yùn)維管理操作系統(tǒng)提供的大量數(shù)據(jù)信息的基礎(chǔ)上，開展大數(shù)據(jù)分析相關(guān)的功能的開發(fā)設(shè)計，可使管理數(shù)據(jù)信息與生產(chǎn)制造數(shù)據(jù)信息相融合，為倉儲成本分析、智能供應(yīng)鏈支持和績效評估等決策提供輔助性決策參考，提高發(fā)電企業(yè)精細(xì)化管理的水平。智能決策層核心是工業(yè)生產(chǎn)信息大數(shù)據(jù)和運(yùn)維管理云平臺，與監(jiān)督層結(jié)合可對發(fā)電站現(xiàn)場所有生產(chǎn)運(yùn)維要素進(jìn)行數(shù)字化管控，實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生的目標(biāo)，將所有的生產(chǎn)制造、運(yùn)維等管理行為生成數(shù)字孿生體。

3.3 智能發(fā)電站操作系統(tǒng)部署

基于數(shù)字孿生技術(shù)的發(fā)電站智能化運(yùn)維管理操作系統(tǒng)的部署，應(yīng)在云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的基礎(chǔ)上生成信息系統(tǒng)和相關(guān)設(shè)施。在工業(yè)生產(chǎn)信息化大數(shù)據(jù)平臺信息系統(tǒng)中，利用現(xiàn)場設(shè)備維修與信息系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計開發(fā)，建設(shè)智能發(fā)電站。利用數(shù)字孿生構(gòu)建智能發(fā)電站生產(chǎn)運(yùn)維管理實(shí)體模型，該模型對發(fā)電站生產(chǎn)運(yùn)維進(jìn)行模擬決策，達(dá)到高效、安全、人機(jī)協(xié)同、智慧決策的目標(biāo)。

光伏智能發(fā)電站操作系統(tǒng)部署時，以企業(yè)級大數(shù)據(jù)中心為核心，根據(jù)智能設(shè)備層、智能控制層、智能監(jiān)督層、智能決策層、發(fā)電站實(shí)際情況進(jìn)行部署和優(yōu)化調(diào)整。

智能設(shè)備層主要部署先進(jìn)的監(jiān)測設(shè)備，并對生產(chǎn)過程各個環(huán)節(jié)進(jìn)行精細(xì)化測量和監(jiān)督控制，結(jié)合智能機(jī)器人完成高強(qiáng)度重復(fù)性操作和高風(fēng)險的操作。

智能控制層。綜合考慮發(fā)電站安全、經(jīng)濟(jì)、節(jié)能環(huán)保等控制要求，重點(diǎn)完善環(huán)保優(yōu)化控制算法與操作系統(tǒng)。對于部分設(shè)施可通過智能化監(jiān)控操作系統(tǒng)部署，實(shí)現(xiàn)無人化操作、發(fā)電機(jī)組的自動化啟停。

智能監(jiān)督層主要負(fù)責(zé)監(jiān)督生產(chǎn)流程和設(shè)備設(shè)施，加強(qiáng)預(yù)測報警，完善安全準(zhǔn)入操作系統(tǒng)的維修保養(yǎng)工作，改善現(xiàn)場設(shè)施健康技術(shù)參數(shù)等。

4 結(jié)語

光伏發(fā)電站智能化運(yùn)維管理利用智能化技術(shù)，對發(fā)電站生產(chǎn)過程中各要素進(jìn)行自動化監(jiān)督控制，如機(jī)械設(shè)備、人、環(huán)境等，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)運(yùn)營管理的最優(yōu)化目標(biāo)。本文利用數(shù)字孿生的方式將生產(chǎn)運(yùn)營的各要素，以虛擬建模、全息投影的方式映射到生產(chǎn)運(yùn)營信息化大數(shù)據(jù)中心，并按照決策、監(jiān)督、控制和設(shè)備四個層次進(jìn)行了智能化系統(tǒng)的部署，覆蓋光伏發(fā)電站全生產(chǎn)運(yùn)營過程，實(shí)現(xiàn)對發(fā)電站的全面感知、協(xié)同優(yōu)化和預(yù)警報警、科學(xué)決策等目標(biāo)。這些目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，有利于推動光伏發(fā)電站運(yùn)維管理水平的提高，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的整體目標(biāo)。