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      關于構建數字電廠服務新型電力系統的分析與展望
      2021/11/1 23:17:19    新聞來源:中國水力發電工程學會

      佘俊 周宇鵬

      (調峰調頻公司信通分公司,調峰調頻公司創新及數字化部)

       

      2021年4月,南方電網公司在廣州發布《數字電網推動構建以新能源為主體的新型電力系統白皮書》,5月又發布《南方電網公司建設新型電力系統行動方案(2021-2030年)白皮書》。南方電網公司將依托數字電網建設,多措并舉構建以新能源為主體的新型電力系統,服務碳達峰、碳中和戰略目標實現。

      根據白皮書的定義,新型電力系統將呈現數字與物理系統深度融合,以數據流引領和優化能量流、業務流。以數據作為核心生產要素,打通電源、電網、負荷、儲能各環節信息,發電側(發電廠等)實現“全面可觀、精確可測、高度可控”,電網側(電網企業)形成云端與邊融合的調控體系,用電側(用電用戶)有效聚合海量可調節資源支撐實時動態響應。

      南方電網公司中的調峰調頻發電板塊,如何使用云計算、大數據、物聯網、移動互聯網、人工智能、區塊鏈等新一代數字技術,建數字電廠,是一個值得深入討論和積極探索的重要課題。本文從“可觀、可測、可控”三方面,進行若干應用場景的展望,為數字電廠的建設開拓思路。

      1 擴展“可觀”范圍

      電力系統(含發電廠)誕生已有一百多年,自動化的發展程度成熟而可靠,普遍實現了計算機監控。但是之前監視的對象都是運行設備,具體的功能為“四遙”(遙信、遙測、遙控、遙調),采集開關量和模擬量,感知設備的狀態。后來又增加了工業電視系統的“遙視”功能,使管理人員可通過圖像信息,加深對設備的感知。

      雖然電力行業是設備密集型行業,但企業的資源不僅限于設備,還有人員、物資、工器具等,如何感知他(它)們的信息和狀態呢?近幾年,在電商、物流、公安等社會化領域,RFID(電子標簽)、二維碼、攝像頭等的應用非常廣泛,催生了大量的物品管理和人員行為管理的新方法,應用場景廣泛,值得電廠借鑒。其技術和產品成熟,移植方便,只持續發掘應用場景。比如借鑒無人超市的做法,通過人臉識別員工身份,通過RFID(電子標簽)、二維碼識別物品,對現場的工器具、備品備件等,特別是需要專區存放的精密試驗儀器,做到無人化借用歸還管理。比如在密閉空間、危險區域的入口,同樣應用攝像頭和電子標簽,自動感應和記錄人員和工具的進出,避免發生安全事故。由于電廠處于相對偏僻、封閉的環境,人員比較固定,廣泛使用人臉識別,可以在保證安全的前提下,方便員工在門禁、用餐、辦公打印等場合自由出入。當然,隨著檢修、試驗、信通專業集約化的發展,需要注意采用一處登記,多處共享的架構設計,方便人員、工具、儀器在多個單位之間流動。

      電廠中也有很多地方無法直接使用社會的現成資源。比如,調峰調頻電站的引水隧洞,其洞壁附著生長淡水殼菜,嚴重時會對水工建筑造成破壞。原來,水電廠需要在檢修期排空引水隧洞的水,進人檢查,排水和充水要耗費數天,降低了機組的利用率??梢岳脵C器人技術,研制用于封閉水道自主航行的水下觀測機器人,在充水情況下實現對附著情況的快速查看,省去了隧洞排水和充水時間。

      隨著無線通信技術和低功耗傳感器的發展,電廠一些不方便布線的地方,如閉鎖鑰匙、地線樁、控制把手等,可以加裝位置感知器件,實時反饋狀態。兩者(實物狀態和人的感官)相互印證,避免在操作時因單純依靠人的主觀感覺和判斷而出現人為失誤。

      同時,可觀形式也在發展進步。原來在計算機監控系統的畫面中,設備以接線圖、示意圖等二維圖形展示,現在逐漸增加了三維圖形的顯示??芍苯邮褂迷O計階段的BIM數據,或在后期通過全景相機的拍照處理與精確尺寸測繪,生成建筑物和設備的三維模型。一類場景是使用重量化的三維引擎工具,展示其詳細結構,用于仿真培訓或拆裝步驟驗證;另一類是使用輕量化的三維引擎,用于瀏覽導航或空間結構示意。

      2 提升“可測”準確性

      蓄能水電廠一般地處山區,為地下洞穴式廠房,多數設備在廠房內。室內無法使用公用地圖與社會化的位置定位服務,需采用室內定位技術。目前,室內定位有WiFi、藍牙、UWB(超寬帶)、RFID多種技術方案,特性各不相同。WiFi采用基于信號強度的的指紋定位原理,具有長距離、易于部署、設備通用但精度較差的特點;藍牙是利用測量信號強度來定位的,具有低功耗、短距離、設備通用但易受干擾的特點;UWB在超寬的頻帶上發送一系列非常窄的低功率脈沖,并根據信號達到的時間差和到達角度計算精確位置,具有高精度、抗干擾性強但設備專用、綜合成本較高的特點。在電廠的不同區域,可以針對不同的需求,使用不同的定位技術,實現對廠站的人員、運輸車輛、工器具實時位置、活動軌跡的感知,提供位置信息服務?;趯崟r的定位數據,衍生多種應用需求,比如警告人員接近危險區域,設備試驗時的清場,人員巡視時自動推送臨近設備的信息等。同時,須把室內和室外的定位結合起來,實現二維地圖(室外)和三維模型(室內、室外)的無縫融合。

      另外,針對企業已積累的大量文檔資料,可通過深度學習的手段,實現機器自動識別和提取文檔中的關鍵信息(比如在設備操作說明中,提取設備名稱與型號),用于文檔自動打標簽,避免用戶人工遍歷識別或海量檢索,提升文檔資料的利用價值。

      3 提高“可控”能力

      在擴展“可觀”范圍、提升“可測”準確性的基礎上,通過對信息的自動解讀、深度發掘,提前發現隱患和苗頭,提高可控能力??墒褂脵C器視覺技術,通過人工智能算法訓練,從生產區域的視頻流中,自動識別出漏水、水浸、漏油、煙霧、明火、動物闖入、零部件脫落等異常,并通過視頻辨識開關狀態、指示燈狀態、指針位置、油液位等。還可應用機器聽覺,判讀機組、主變等大型設備的運行音頻,提前預判故障隱患。

      使用大數據處理能力,對油、水、氣等輔助設備的運行事件記錄進行自動分析,比如:壓油泵的啟動間隔時間是否逐漸變短,若有,則說明有漏點,并有擴大趨勢。

      4 結語

      以上對數字電廠若干應用場景的展望,掛一漏萬。應善于學習其他行業的先進經驗,積極開拓思路,為實現“全面可觀、精確可測、高度可控”的目標持續探索。同時,建議將若干的試點集中在一兩個基礎條件好的標桿電廠,凸顯整體效果,形成可快速復制的模板。

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