中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：《中共中央關(guān)于進(jìn)一步全面深化改革 推進(jìn)中國式現(xiàn)代化的決定》明確，要面向世界科技前沿、經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場、國家重大需求以及人民生命健康，優(yōu)化科技創(chuàng)新的組織機(jī)制。
電力行業(yè)的科技力量是國家科技進(jìn)步和能源安全的重要組成部分。南瑞集團(tuán)有限公司（以下簡稱“南瑞集團(tuán)”）的發(fā)展歷程，正是中國電力行業(yè)創(chuàng)新精神的生動(dòng)寫照。自1973年水利電力部南京自動(dòng)化研究所起步以來，南瑞集團(tuán)已成長為能源電力及工業(yè)控制領(lǐng)域的領(lǐng)軍者，見證并參與了中國電力事業(yè)的迅猛發(fā)展。在此過程中，南瑞集團(tuán)不僅榮獲86項(xiàng)國家級科技獎(jiǎng)項(xiàng)，更將產(chǎn)品和服務(wù)推廣至全球130多個(gè)國家和地區(qū)。
近年來，新能源的大規(guī)模接入使電力系統(tǒng)面臨間歇性和不穩(wěn)定的問題，同時(shí)，氣候變化也導(dǎo)致極端天氣事件頻繁發(fā)生。南瑞集團(tuán)通過技術(shù)創(chuàng)新，在電力系統(tǒng)的多個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)加設(shè)“保險(xiǎn)”：變電站智能巡檢系統(tǒng)通過機(jī)器人、無人機(jī)等尖端設(shè)備，極大提升了電網(wǎng)設(shè)備的巡檢效率和準(zhǔn)確性；智慧新能源場站的建設(shè)，集成了云平臺、大數(shù)據(jù)等先進(jìn)技術(shù)，優(yōu)化了能源管理，增強(qiáng)了電網(wǎng)的運(yùn)行能力；構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能項(xiàng)目通過模擬同步發(fā)電機(jī)提供慣量支撐，有效應(yīng)對新能源發(fā)電的間歇性問題，保障了電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
數(shù)字監(jiān)測，為場站運(yùn)行保駕護(hù)航
在不久前舉行的2024新型電力系統(tǒng)發(fā)展（崇禮）論壇上，中國電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，截至8月底，我國新能源發(fā)電裝機(jī)容量（包括風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電、生物質(zhì)發(fā)電）達(dá)到了12.7億千瓦，占總發(fā)電裝機(jī)容量的比重超過40%。
新能源發(fā)電裝機(jī)容量的快速增長，對設(shè)備運(yùn)維提出了更高的要求。在電力市場化和平價(jià)上網(wǎng)的背景下，運(yùn)維成本控制也成為新的挑戰(zhàn)。新能源運(yùn)維市場迫切需要實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，以智能化和數(shù)據(jù)化手段，實(shí)現(xiàn)對電站的高效精細(xì)的管理。
近年來，南瑞集團(tuán)南京南瑞工業(yè)控制技術(shù)有限公司（以下簡稱“南瑞工控”）專注于數(shù)字化智能型新能源場站管理系統(tǒng)的研發(fā)。該公司工程師張?zhí)辖榻B，早期風(fēng)電場監(jiān)視管理采用的是變電站的思路，并配置風(fēng)機(jī)監(jiān)控，數(shù)字化智能型新能源場站系統(tǒng)則實(shí)現(xiàn)了進(jìn)一步升級。這個(gè)系統(tǒng)運(yùn)用了現(xiàn)代信息技術(shù)與先進(jìn)通信技術(shù)，打破了監(jiān)控和運(yùn)維之間的壁壘，實(shí)現(xiàn)對風(fēng)電場前期建設(shè)管理、后期監(jiān)控及運(yùn)維決策全環(huán)節(jié)覆蓋。
“過去，監(jiān)控是監(jiān)控，運(yùn)維是運(yùn)維，但現(xiàn)在，新能源行業(yè)的發(fā)展已經(jīng)使兩者緊密相連。將來，預(yù)測性維護(hù)會(huì)變得非常重要，即基于設(shè)備的在線監(jiān)測來實(shí)現(xiàn)對變電主設(shè)備及風(fēng)電機(jī)組故障的預(yù)警。”張?zhí)险f。
在這套系統(tǒng)中，數(shù)字孿生模型發(fā)揮了重要的作用，它將設(shè)備數(shù)字孿生模型與實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)綁定，并通過先進(jìn)的算法進(jìn)行分析演化，以預(yù)測可能出現(xiàn)的問題和維護(hù)需求。這不僅提高了風(fēng)電場的運(yùn)行效率，還大大降低了維護(hù)成本和潛在的故障風(fēng)險(xiǎn)，確保了風(fēng)電場的穩(wěn)定供電能力。
目前，數(shù)字化智能型新能源場站管理系統(tǒng)已經(jīng)被運(yùn)用于部分發(fā)電集團(tuán)的省級新能源遠(yuǎn)程監(jiān)控中心。借助該系統(tǒng)，上述中心實(shí)現(xiàn)了對分散在不同地區(qū)的風(fēng)電場的集中智能調(diào)控。例如在江蘇華能新能源集控中心和江蘇國電投新能源集控中心等省級集控中心，系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了對部分分散式風(fēng)電場的實(shí)時(shí)監(jiān)控和優(yōu)化管理。
近年來，新能源場站受到極端天氣影響較大，尤其是海上風(fēng)電場。今年夏秋季節(jié)的幾次超強(qiáng)臺風(fēng)，不僅影響了風(fēng)機(jī)安全，也給設(shè)備運(yùn)維和電力傳輸帶來挑戰(zhàn)。而要解決這個(gè)問題，主要在于實(shí)現(xiàn)對極端天氣的辨識和關(guān)聯(lián)風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)警。
“我們發(fā)現(xiàn)，氣象臺的臺風(fēng)預(yù)報(bào)一般是大范圍大尺度，更多是定性的而非定量的預(yù)報(bào)?！睆?zhí)险f。因此，他所在的團(tuán)隊(duì)將極端天氣辨識和并網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警作為攻關(guān)重點(diǎn)，首先開展臺風(fēng)、強(qiáng)對流等典型極端天氣類型辨識方法研究，進(jìn)一步提取、挖掘與表征極端天氣海上風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)關(guān)鍵要素，最終建立并網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評估多層級指標(biāo)體系，并研究應(yīng)對極端天氣海上風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)防性調(diào)度輔助策略。這樣就能在極端天氣來臨前為發(fā)電企業(yè)和電網(wǎng)企業(yè)制定預(yù)案，并提供技術(shù)支撐。
張?zhí)险J(rèn)為，盡管人工智能技術(shù)在提高故障預(yù)警上仍有潛力可挖，但這離不開充分的故障樣本。為了提高精度和減少人工判斷，一方面需要不斷地積累各類故障樣本，另一方面需要主動(dòng)開展樣本生成技術(shù)的研究，這將是未來推動(dòng)人工智能在新能源故障診斷及預(yù)警領(lǐng)域充分發(fā)揮作用的基礎(chǔ)。
智能巡檢，為變電設(shè)施“望聞問切”
在甘肅一家市級供電公司的監(jiān)控大廳，運(yùn)維人員正專注地觀察著前方的大屏幕，屏幕上顯示的是十幾千米外一處變電站的運(yùn)行情況。借助可見光、紅外攝像頭、機(jī)器人等設(shè)備，變電站的環(huán)境、主設(shè)備外觀、設(shè)備溫度等情況，均被記錄并傳輸至監(jiān)控人員的眼前。
這套區(qū)域型變電站智能巡檢系統(tǒng)由南瑞集團(tuán)南京變電技術(shù)分公司（以下簡稱“變電公司”）研發(fā)，變電公司自主研發(fā)了區(qū)域型、單站型和集控型三類變電站智能巡檢系統(tǒng)，其中區(qū)域智能巡檢系統(tǒng)適用于大面積的電網(wǎng)監(jiān)控；單站型系統(tǒng)可以針對單個(gè)變電站進(jìn)行精細(xì)化管理；集控型系統(tǒng)則將多個(gè)變電站的數(shù)據(jù)集中處理，以實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化配置和管理效率的提升。產(chǎn)品技術(shù)水平經(jīng)權(quán)威機(jī)構(gòu)認(rèn)證，通過了國家電網(wǎng)公司的專項(xiàng)集中檢測，并經(jīng)中國電機(jī)工程學(xué)會(huì)技術(shù)成果鑒定，整體達(dá)到國際領(lǐng)先技術(shù)水平。
變電公司業(yè)務(wù)專家陳西海介紹，傳統(tǒng)運(yùn)維巡檢方法存在效率低和設(shè)備感知能力不足的問題。在處理海量的運(yùn)維數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)歸集和價(jià)值挖掘的能力有所欠缺。智能巡檢系統(tǒng)則集成了高清視頻監(jiān)控、機(jī)器人技術(shù)、無人機(jī)巡檢、聲紋識別裝置、人工智能等多種先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)并行立體巡檢作業(yè)，有效替代人工巡檢，可適應(yīng)各種復(fù)雜的環(huán)境條件，顯著提高了檢測的精度和巡檢的安全性。
西北某變電站負(fù)責(zé)人表示：“我們變電站所在地風(fēng)沙大，攝像頭易松動(dòng)、鏡頭易被沙塵覆蓋，導(dǎo)致采集的圖像質(zhì)量不佳。人工處理這些問題，工作極其繁重，運(yùn)維成本也大大增加了。”變電公司研發(fā)人員借助人工智能技術(shù)，利用深度學(xué)習(xí)算法、大數(shù)據(jù)分析、大模型等技術(shù)來提升系統(tǒng)的實(shí)用化水平，開發(fā)了預(yù)置點(diǎn)位自動(dòng)糾偏、圖像質(zhì)量診斷、精準(zhǔn)對焦等子系統(tǒng)，有效解決了客戶的實(shí)際問題，減少了運(yùn)維工作量，降低了運(yùn)維的成本，顯著提高了巡檢的效率。
陳西海認(rèn)為，人工智能對變電站智能巡檢中起到了非常重要的作用。當(dāng)前，他們正在利用人工智能分析算法對設(shè)備進(jìn)行外觀檢查，自動(dòng)識別包括裂痕、銹蝕在內(nèi)的缺陷。對于設(shè)備內(nèi)部，可以利用聲紋監(jiān)測裝置，通過聲音趨勢特征分析來判斷是否存在內(nèi)部故障。
變電公司結(jié)合用戶的需求，研發(fā)出一系列面向設(shè)備、人員、環(huán)境，適用于多業(yè)態(tài)的電力場景算法，并建設(shè)省公司級算法管理平臺。平臺具備多項(xiàng)功能，包括自動(dòng)標(biāo)注缺陷樣本，自動(dòng)上傳樣本并支持算法的迭代升級，進(jìn)一步提高算法迭代的效率以及算法模型的準(zhǔn)確率。通過建立變電主設(shè)備的詳細(xì)畫像并結(jié)合多維數(shù)據(jù)分析，預(yù)測設(shè)備特征量的趨勢，并全面評估設(shè)備的健康狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的“望聞問切”，提升設(shè)備狀態(tài)的感知能力。
“未來，更多變電設(shè)備將通過這套系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)‘治未病’，即提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備的潛在異常和故障，從而及時(shí)決策并維護(hù)，確保電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行?！标愇骱Ｕf。
構(gòu)網(wǎng)技術(shù)，為電網(wǎng)末梢增加韌性
構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能技術(shù)是近年來行業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)技術(shù)。高比例新能源接入配電網(wǎng)，帶來了反向重載、電壓雙向越限、諧波含量高等一系列問題，限制了分布式光伏等新能源發(fā)展。構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能技術(shù)可優(yōu)化配電網(wǎng)潮流以及電能質(zhì)量水平，并提升供電可靠水平，是提升分布式新能源消納水平的一種重要手段。
今年8月，位于江蘇鎮(zhèn)江揚(yáng)中市的揚(yáng)中10千伏光儲(chǔ)一體構(gòu)網(wǎng)項(xiàng)目正式投運(yùn)，該項(xiàng)目是江蘇首個(gè)構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能項(xiàng)目。
據(jù)南瑞集團(tuán)電氣控制分公司（以下簡稱“電控公司／南瑞新能源”）光儲(chǔ)微技術(shù)部項(xiàng)目經(jīng)理魯卿的介紹，該項(xiàng)目位于環(huán)太漁樂園內(nèi)的養(yǎng)殖魚塘旁邊，現(xiàn)場配備了漁光互補(bǔ)的光伏發(fā)電系統(tǒng)以及兩臺儲(chǔ)能電池集裝箱、一臺構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能升壓一體艙和輔助能量管理裝置。構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能系統(tǒng)通過與光伏系統(tǒng)相互配合，大幅提升配電網(wǎng)末端內(nèi)的光伏就地消納率，有效減少新能源發(fā)電接入對電網(wǎng)安全運(yùn)行造成的影響。
魯卿介紹，江蘇揚(yáng)中項(xiàng)目展示了構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能在提升配電網(wǎng)穩(wěn)定性和優(yōu)化新能源利用方面的潛力。根據(jù)國家能源局的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，截至今年9月底，我國分布式光伏發(fā)電裝機(jī)容量為3.4億千瓦，已占光伏發(fā)電裝機(jī)總量的44%。分布式光伏的大量接入改變了配電網(wǎng)的潮流分布，對電壓水平、諧波含量、波動(dòng)程度等均造成了影響。
魯卿認(rèn)為，在配電側(cè)加裝構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能系統(tǒng)是非常重要的嘗試，因?yàn)榕潆娋W(wǎng)加裝構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能設(shè)備，具備潮流優(yōu)化、電壓穩(wěn)定主動(dòng)支撐、諧波主動(dòng)治理等能力，同時(shí)具備孤島獨(dú)立運(yùn)行能力，可提升配電網(wǎng)分布式光伏接入能力、配電網(wǎng)電能質(zhì)量水平與供電可靠水平，對拓寬儲(chǔ)能應(yīng)用場景、推動(dòng)分布式電源發(fā)展、豐富電力保供手段具有重要意義。
儲(chǔ)能系統(tǒng)電池安全問題是行業(yè)發(fā)展的痛點(diǎn)。當(dāng)前，南瑞集團(tuán)電控公司／南瑞新能源正致力于對高安全性多類新型儲(chǔ)能技術(shù)開展關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和成套設(shè)備的開發(fā)。據(jù)悉，基于鈉離子電池和鋅溴液流電池等新型電池類型的儲(chǔ)能系統(tǒng)都已經(jīng)被納入研發(fā)的范圍，其中，鈉離子電池以其出色的安全性和成本效益脫穎而出，而液流電池則因其本質(zhì)的安全性，也成為研發(fā)的重點(diǎn)方向。
魯卿說，為了進(jìn)一步提升儲(chǔ)能系統(tǒng)的性能，他們正圍繞新能源場站和區(qū)域電網(wǎng)的友好協(xié)同運(yùn)作，他們正推廣電網(wǎng)友好型新能源并網(wǎng)解決方案，提高高比例新能源及弱電網(wǎng)場景的短路比和穩(wěn)定性，從總體上實(shí)現(xiàn)大規(guī)模新能源友好接入電網(wǎng)。
隨著這些創(chuàng)新技術(shù)不斷落地，構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能系統(tǒng)將在提升電網(wǎng)安全方面發(fā)揮重要作用，不僅能在電網(wǎng)面臨突發(fā)事件時(shí)迅速響應(yīng)，還能通過智能調(diào)度和優(yōu)化，提高電網(wǎng)的運(yùn)行效率，降低能源損耗，在構(gòu)建新型電力系統(tǒng)中發(fā)揮更大的作用。
