【文字实录】北京四方继保 国海龙 ：智慧新能源解决方案关键技术探讨——2021年智慧电厂线上论坛（第一期） 每日热文

智慧新能源解决方案关键技术探讨

国海龙北京四方继保自动化股份有限公司发电及用电业务副总经理

(资料图)

下面我来给大家分享一下我们四方公司在智慧新能源领域关键技术的一些探讨研究。我是主要负责发电业务，我们公司是1994年由我们杨奇逊老师，他是中国工程院的首届院士之一，也是中国首台微机保护的研制者。公司在1994年创办，2010年在上交所进行上市，公司的总部在北京，在保定、南京、武汉有分子公司。目前大概有员工3200多人，主要围绕能源的生产、能源输配、能源应用和工业应用做一些相关的业务和领域。目前产品在我们国内和国际上有比较多的应用，在输变电领域和变电站保护自动化领域，我们有很多国内的首套，包括不同的电压等级，在国内第一套都是由四方公司来研制的。到2019年底，累计荣获了124项省部级以上的科技进步奖，其中包括两项国家科技进步奖。我们目前也是有国家级的企业技术中心、国家的技术创新示范企业，具有院士工作站和博士后工作站。在每一次国内的一些盛会，包括十九大，包括军人运动会等，都少不了四方公司的身影。那么在一些输变电的枢纽工程，包括三峡第 50万站也都是由四方公司来做的。在新能源领域，围绕海上风电、光伏发电等风光储的综合利用方面也有很多实际的业绩，围绕主要的发电集团也都有一些典型的工程。

一、背景需求

我简单的把四方公司的情况，给大家做了这样的介绍。下面进入我们的正题，就是关于智慧新能源的领域，我分成4个方面来向大家进行分享。首先看一下智慧新能源背景的需求，从大的方面来说，我们目前是有2030碳达峰，后面有碳中和十四五做很多新能源领域的发展，在这里面必然少不了对于新能源智慧化的这样的需求，从小的方面说，我们要通过这些解决一些我们生产单位现场的实际问题。那么解决哪些实际问题？我们前两年针对一些新能源现场，不同的发电集团、不同的时间跨度、不同的机组类型做了现场的实际的调研，那去看现场实际这些年用下来之后有些什么情况，那么现场这样的控制室一排十五六个系统放在这块，运行员都在用哪些？怎么使用的?有哪些问题?也看了现场需要有人去处理的，升压站和线路方面日常都有哪些问题，风机故障新能源厂区都有哪些问题需要人去处理的。那么也结合这些情况，也看了现在的传统的集控解决方案，它能够解决什么，还有哪些解决不了？这些解决不了的，在我们下一步应用现有的技术应该怎么办？通过这些看下来概括一下就是有现场设备的问题、质化程度的问题、早年的一些风机、现场的设备，但是还有很多是站端系统是自动化系统和信息化系统非常薄弱这样的问题。那么到造成的集控系统， 个集控系统上了之后有很重型的配置，但是它的网络和接口却有对应的瓶颈，数据产生积存，存储很多数据去哪里应用？包括了一些数据的断点，数据质量产生一些绩效，上下不对等，这些仍然存在的问题。

围绕这些问题，主要是考虑从两个方面进行加强。就是实现场站的智慧化，把我们现场的设备执法手段做一些应用，去实现对远程控制中心的支撑，将现场的智能化和远程的控制中心有效结合起来，去实现这样的应用。

二、智慧方案

我们现在选取了风光储的项目，大家基本上了解新能源行业的，也会了解到后续风光储也是重要的发展。如果用我们一些传统的自动化手段，传统的信息化手段，去做风光储各种要素的一套控制系统，就是眼前这样 图，可以看到监视性可以体现，但是控制性能不足。下面的子系统来讲还是相对比较独立，互相之间缺少联动，站端的数据向上去送的时候会有对应的瓶颈，而且非常关键的问题，这样的厂站上了之后，按照现有的一些手段，数据模型不能统一，融合度很低，到了上面很多高级应用很难去开展，那么在上面会有很多烟囱式的应用去集成。

这是我们目前正在实际做的 项目，风电、光伏、储能都是规模相对比较大，考虑这样的 智慧化的系统和刚才所介绍的传统系统有哪些不同？从整个的系统结构上来讲，目前上面黄色的这些区域都是有别于传统的方案，都是围绕智慧化新增数对方案。那么本身的特点，风光储的这种系统性的控制，面向现场的直采直控标准化的数据模型，应用集成标准化、一体化的运行管理，去支撑网测的调度策略，实现友好的并网，也去打通横向的一些智慧运维的功能。放到技术上来讲，在现场设备层去进行智能的感知，应用现在的一些智能感知的设备，在集控和区域检修这一层去实现高精度的功能，去支撑集团级、向上级数据的管理和运行的管理，最终在现场会落实这样场站的方案。那么在远程有一套控制中心的方案，通过控制中心对现场场站去进行运行，现场的场站只放很少的人或者完全的无人化，去实现无人值守。那么在离现场有1~2个小时车程，这样的县城，生活条件相对比较好的地方，放一些智慧的运维中心，主要留一些检修的人员，用一些移动终端、移动的手段去和现场远程的控制中心进行配合。

三、关键技术

为了实现刚才方案，我们提炼了几点关键的技术，第 就是围绕控制领域的，控制领域主要是加强现有方案里进行布控，在这方面做对应的提升。智慧控制领域还可以分成几个细分的要点，第一块就是实现 智慧化的新能源的场站，去建设数字化的升压站，实现状态的全面感知，做信息的互联共享，人机友好交互等，那么其实最终的目的是实现更安全、更可靠、更智能。这里面就涉及到了第一关键技术，就是新一代的智慧升压站。那么现在来讲，到了2020年2021年时间，就是新一代的智慧站，新一代的智慧升压站，主要我们应用了在联网公司20年已经投运的这样的试点站里边对应的一些技术，那么图中红色的都是新一代智慧站比普通站新增出来的一些内容，有的是新增的，也减少了一些常规站里面的一些设备，实现对应的功能。同时为了打通系统之间多邻里的这种局面，实现综自系统对风机、光伏逆变器等现场设备进行直采直控，有些项目实现了直采，通过现场的设备直接采集数据到控制中心或者到集控中心，可以去实现现场设备第一信息的第一手资料，并且能够在集控中心做应用的分析，在发生一些故障的时候也能够判断到它故障点，都是比原来很重要的提升。那么如果还能够实现对它的直控，在上面很多高级应用的功能就可以和现场的设备有机的结合起来，去实现一套一体化的监控系统。从硬件投资上来讲，这套一体化监控系统，在硬件方面没有增加任何的投资，只是在电子间多增加了几根网线，但是从功能上来讲，它可以实现升压站风机等这些一体化的监控，能够去整合这种风场和升压站的对应的信息，最重要的还可以实现统一的数据建模，去针对这种多林立的系统各自独立使用，监盘复杂，难以远控这样的问题。还有 应用是对于智慧新能源场站的联合控制，如果简单的只是风电场站、光伏场站，那么这部分来讲就可以去实现AGC/ABC这样的功能，还可以进一步实现新能源场站一次调频这样的功能。如果是结合储能的未来的新能源场站，那么它就包含了重要的风光储协调控制，在上面有重要的协调控制的策略，对于不同的场景，包括不同的储能场景都可以纳入进来，由需要控制装置去实现站内的控制，去对应电网调度下来的指令这种新型电站，去实现由新能源对火电的替代。那么也是一体化监视运维系统监视站内设备运行 重要的补充。还有几个是基于这种技术的几个典型应用，比如说对断路器、隔离开关它的双确认，那么对于一键顺控，对于现场的设备倒闸操作，在现场无人之后，没有人在现场站着去观察，可以在远方实现这些操作。

第二个主要的技术点是关于视频分析与自动巡检，我看前面的几位专家的报告也有提到视频分析这样的内容，也主要是在基于机器视觉的这种人工智能的应用，这两年的发展也是日新月异，也应用到了我们电力系统里面。那么其实这种AI的智能识别，在这种阴天情况下，多云情况下，黑夜情况下，对于现场的设备做状态的诊断，大家现在在界面上看到的是我们在升压站里面隔离开关，对视频的诊断有没有分合到对应的位置。这里面的框是设备的轮廓，上面有一些小字是代表目前轮廓下、动态下，它的识别的准确率，经过现场的实际验证，在这项应用上准确率已经可以达到了99%。那么也是围绕这些应用，再结合我们现场的一些比如固定点位的一些摄像头，结合现场的一些机器人，继保间的导轨的机器人都结合起来，去实现 联合的巡检。在这样的巡检下，自动跟踪巡检的对象，去选择多种巡检方式，去代替我们现场现在的定时检、事故检、交接班检、领导的抽检都可以由系统上面去自动完成。那么在巡检过程当中去自动生成这种巡检的报表。以往人通过肉眼通过实际的行动去巡检报告 结果，这样的方式变更为系统上面，定时定点定期有据可查，并且在这种情况下去自定义巡检计划，让现场的设备7×24小时都处于一种监视的状态下。围绕这些应用，现在像光伏的基于无人机对现场组件的识别，风电机无人机对现场叶片的识别也应用了这种基于视频识别的技术。

第三个方面是对于设备在线诊断与故障的这种预警，像现场的尤其现在新能源场站里面，输变电里一些试验站里面的主要设备，一旦有一些事故隐患没有被及时识别，一旦发生故障，都会几乎造成全场的这种停止，造成电量的损失。所以对输变电线路等现在有比较成熟的诊断，在线的监视诊断的这种手段。那么还可以基于目前的一些红外热成像去进行温度趋势的预测，在一些温度趋势发生一些异常的时候，主动预测出来提前进行状态预测。二次设备的一键巡检是围绕现场的二次系统，现场的二次设备比较多，巡视的人员可能只能看个表面，而且会看表面里边的一些发出告警和故障信息。那么通过二次设备一键巡检系统，就可以看到二次系统里面内部报的一些信息，主要的二次设备也都可以进行提示，从而对二次系统做状态智能的预警。再一方面就是现在的现场的风机，尤其是基建项目，像4兆瓦以上的风机基本上都可以配套比较全面的这种传感设备。那么基于这些传感设备在系统方面做对应的运维应用，可以做它状态的相应的诊断，结合一些大数据的分析，做大部件的健康，这种告警性能的关键性能，亚健康的一种告警做到状态维护。

那么基于一些物联网的技术，实现现场的传感层汇聚到节点当中，往上面的一些监控平台和物联网平台做对应的采集应用，右侧就是我们现场对应的设备，结合这种应用形成的一些结果，通过这些应用在站端部署一些边缘的设备，一方面去提供现场设备与监控端的这种通讯和远动，另外一方面将现场的实时数据进行清洗，做标签化，做边缘辅助的分析计算功能，去降低集控端的负担，减少集控端数据处理的工作，及时处理数据问题，也为数据分析创造了条件，因为它能够提供更好的远端数据，去缩短故障判断的时间。

第四方面是 辅助，现场实现了智慧化、无人化之后的安全管控。目前在国网也是大范围推广应用的一套新的系统，就是辅助设备全面监视系统，主要面向的视频监控子系统、火灾报警系统、门禁子系统、环境监测系统、照明、周界系统。要把它集中起来和我们的现场系统进行实际的联动，尤其是像最右侧与我们监控系统的这样的联动。通过前面这些手段，把我们常规的系统和现在的系统以及现在这些新技术结合起来，去实现 比较全面的对于设备、对人、对环境的这样的 全方位的运维监控。

第五个方面是对现场的运营指标的分析，现场实现数据的采集，做好一体化的建模，实现一体化的控制，到了我们生产运行层或者是控制中心，有的是集控中心，需要对现场的运行指标找出它里面的一些异常情况，比如说损失电量分析，像光伏电站准确分析它的故障、灰尘、阴影以及衰减等。像机会分析，在不同的时间点，包括日常还可以判断降雨前后、清洗前后，通过这些去判断一次清洗的投入是否对于发电量提升是否是值得的，投入产出是否值得的。对于光伏电站它的这种故障也可以做多维度的分析，通过区域、品牌、故障类型、时间等等，通过年累计去区分找出它的异常，也可以对它的离散率进行分析，可以看光伏电站各段损耗的分析，去精准定位，低效组件和低效能级变性，做好这种状态的判断，在现场有针对的去巡检去处理。那么也结合日常的这些工单日常的处理，以及有一些集团的这种专家级的建议，去利用运行分析结果，给出进一步的优化建议和运维的方案。

综合下来，刚才我举了几个例子，主要举的是光伏的，像风机里也可以对它现场的风机设备，包括它的风向是否偏移，通过数据分析进行识别，包括它的风速传感器是否长期经过现场的风沙，有没有损坏。当然围绕现场的风电，还有很多可以基于现场数据分析的内容。我之前看到咱们下一位专家应该是结合现场情况，这方面的内容也非常的好，所以我这块也不展开描述。那么综合一下，在智慧化运维方面，通过我们的这种全面的采集，打通多系统，建立一体化，实现模型的统一，去实现了 机器代人的自动巡检。根据预设的巡检计划，采用现场的智能的巡检设备和所预设的一些巡检过程，对巡检数据进行分析，那么建立巡回的报表，虽然这种巡检不能完全的代替人，但是基本上来讲可以降低新能源现场运维人员，尤其是基建场站、新建场站、后续运维人员的实际的数量，包括保留在现场运行人员的工作量，巡检的工作量，那么基于这些也去实现主动运行，基于数据的运行，基于人工智能视频识别的运行，还有包括声纹的这种识别的运行，去实现智能诊断的应用，去支撑后面的一些应用功能。

第六个来讲，这是四方公司的特色，就是仿真的系统与四方公司的仿真培训系统在国内也是能排在前两名之一。围绕新能源的应用，这些年也做了很多的积累，包括对现场风机、设备这种立体的剖面导航，都可以围绕现场实际机型。目前主流的一些机型，可以做到基本的解剖，可以对现场做基于虚拟现实的就是VR全景虚拟现实的这样的技术应用，进行对应的虚拟的操作。还可以做日常的在线3D显示，以及增强现实的这种 AR的仿真培训。这些内容精细化内容也比较多，大家感兴趣的话我们可以后续的联系，综合下来实现了通过前面这些关键技术的应用，在我们 新能源场站里面，就去实现面向多维度多对象的这种场站的智慧化的提升。多维度多对象主要是指在场景上面，对于升压站提供 智能化、智慧化的的提升。对于风电光伏这样的新能源的厂区，去实现智能化的提升，这里面还包含长期智能的一些运维，包括移动的巡检，移动的运维，包括对机舱里面，比如说如果出现一些像冒烟等这些情况，也可以进行对应的识别，包括人员的是不是符合规章制度，有没有违章这样的现场的作业。那么从维度上来讲，在场站来讲，可以通过这种边缘的子站去实现场站的数据的整合，起到 承上启下的作用。对上要减轻集控中心的压力，对下可以去实现现场设备之间的状态的故障严判。刚才我们听到前面有位专家提到智能监盘，那么实际上来讲放到新能源场站里面，这也是智能监盘这块 重点的应用。

除了日常监视之外，还有 智能的运检运行和检修，未来大型的新能源基地，即使在现场保留人，那么可能在我们 项目几百万的基地，方圆1000平方公里，也不可能在几个分的场站都设置对应的运行人员，这个时候都需要有一些智能运检的手段，让我们的运行人员在比较中心的位置或者附近的县区去实现对现场运行。那么解决的就是现当前常规方案下，传统的运营方式下，设备信息只能做部分的感知，做到全面的感知。那么将现有的人工巡检的方式，借助摄像头、机器人、无人机等手段去实现巡检计划自动执行，实现 智能巡检，将现在比较单一的运维手段，通过这种完备的数据、视频、音频、移动设备、物联网采集手段的数据实现 多样化的运维；将设备分专业的分析去基于这种一体化的设备模型去做询问数据集成和大数据AI这样的分析，去实现设备的一体化分析；将当前的计划性检修去涵盖到全场站的关键设备，实现多样化、专业化的智能检修，去做到主动预警这样的状态。

综合下来，减少现场的非计划停机，减少运维的工作量，减少运行和维护人员的人数，去防止故障的扩大化。通过这些手段，在未来现场的这种全生命周期下，去实现我们电站的投资收益或者投资回报率。

关键词： 四方公司 关键技术 现场设备