4月26日，我國(guó)首個(gè)大規(guī)模抽水蓄能人工智能數(shù)據(jù)分析平臺(tái)——南方電網(wǎng)抽水蓄能人工智能數(shù)據(jù)分析平臺(tái)XS-1000D投入運(yùn)行。該平臺(tái)的投運(yùn)實(shí)現(xiàn)了裝機(jī)容量為1028萬(wàn)千瓦的7座抽水蓄能電站、34臺(tái)機(jī)組設(shè)備的數(shù)據(jù)智能巡檢、狀態(tài)智能診斷和運(yùn)維模式變革，標(biāo)志著我國(guó)近1/4在運(yùn)裝機(jī)容量的抽水蓄能設(shè)備由傳統(tǒng)線下人工管理向線上智能管理轉(zhuǎn)變，每年可創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益約1760萬(wàn)元。
▲南網(wǎng)儲(chǔ)能公司員工研討平臺(tái)功能優(yōu)化方案
抽水蓄能電站具有上、下兩個(gè)水庫(kù)，夜間用電低谷時(shí)，使用電能將山下水庫(kù)的水抽到山上，在白天用電高峰時(shí)，再放水發(fā)電，相當(dāng)于把電存儲(chǔ)起來(lái)，實(shí)現(xiàn)隨時(shí)調(diào)用，被稱為電網(wǎng)的“蓄電池”“穩(wěn)壓器”和“調(diào)節(jié)器”，是目前技術(shù)最成熟、經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)、最具大規(guī)模開(kāi)發(fā)條件的電力系統(tǒng)綠色低碳清潔靈活調(diào)節(jié)電源。當(dāng)前，我國(guó)正加快規(guī)劃建設(shè)新型能源體系，為滿足風(fēng)能發(fā)電、光伏發(fā)電等新能源大規(guī)模、高比例接入電力系統(tǒng)的迫切需求，抽水蓄能電站正以前所未有的速度加快開(kāi)發(fā)建設(shè)。
與此同時(shí)，抽水蓄能電站的工程規(guī)模大、機(jī)電設(shè)備多、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。僅以1臺(tái)最廣泛使用的30萬(wàn)千瓦機(jī)組為例，約有4大類、20臺(tái)套關(guān)鍵設(shè)備部件，年度日常檢修項(xiàng)目就多達(dá)400余個(gè)，約需850人日才能完成。2018年起，南方電網(wǎng)啟動(dòng)了人工智能數(shù)據(jù)分析技術(shù)在抽水蓄能領(lǐng)域的研究應(yīng)用工作，通過(guò)推進(jìn)設(shè)備運(yùn)維智能化不斷提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。
數(shù)據(jù)智能巡檢，31萬(wàn)個(gè)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)“上云”替代人力作業(yè)
“我們現(xiàn)在很多設(shè)備是依靠云端數(shù)據(jù)智能巡檢，不用再駐守現(xiàn)場(chǎng)了，這套系統(tǒng)就好像一個(gè)云端的大腦在幫助我們進(jìn)行思考和解決重復(fù)、機(jī)械的工作”，南網(wǎng)儲(chǔ)能修試公司機(jī)械檢修作業(yè)員鄒佳衡自豪地說(shuō)到。然而，要讓“機(jī)器”代替“人”來(lái)巡檢絕非易事。在占地不到30平方米的抽水蓄能大數(shù)據(jù)中心主機(jī)柜里，接入的設(shè)備測(cè)點(diǎn)超過(guò)31萬(wàn)個(gè)，范圍涵蓋了廣泛分布在7座抽水蓄能電站的一次、二次設(shè)備及通信網(wǎng)絡(luò)，形成了規(guī)模浩大、品類齊全的設(shè)備大數(shù)據(jù)狀態(tài)感知體系。
據(jù)了解，我國(guó)電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的探索應(yīng)用已超過(guò)20年，但由于存在管理標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、故障報(bào)警功能不完善、不同系統(tǒng)不兼容等問(wèn)題，大范圍的綜合管理平臺(tái)始終難以建立。“平臺(tái)建設(shè)之初，我們就認(rèn)識(shí)到，建立統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)體系才能有高質(zhì)量的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，才能結(jié)合實(shí)際開(kāi)發(fā)出高質(zhì)量的數(shù)據(jù)分析功能。如果做不到這一點(diǎn)，大數(shù)據(jù)技術(shù)就只能成為人工的助手和參考，實(shí)現(xiàn)不了真正的人工智能替代”，南網(wǎng)儲(chǔ)能修試公司副總經(jīng)理鞏宇介紹說(shuō)。
為此，平臺(tái)研發(fā)團(tuán)隊(duì)足足用了38個(gè)月的時(shí)間，才將7個(gè)電站近60個(gè)設(shè)備系統(tǒng)的31萬(wàn)個(gè)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)，通過(guò)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)體系，接入到綜合處理單元進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，再由服務(wù)器“上云”。經(jīng)過(guò)艱巨嚴(yán)格的數(shù)據(jù)治理后，數(shù)據(jù)質(zhì)量達(dá)到了使用需求，云端服務(wù)器能夠?qū)υO(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行多維度分析，直觀、可視化地展示電站各級(jí)設(shè)備狀態(tài)。XS-1000D分別用“綠黃橙紅”對(duì)應(yīng)“正常、注意、異常、嚴(yán)重”四種機(jī)組整體狀態(tài)，提供電壓、電流、溫度、壓力、振擺、軸心軌跡等從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的機(jī)組全狀態(tài)、多維度數(shù)據(jù)智能分析。發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常后，對(duì)故障精準(zhǔn)排查，完成“電站群—電站—機(jī)組—系統(tǒng)—部件—單一算法”的“貫穿式”數(shù)據(jù)鉆取分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備非正常狀態(tài)原因的“抽絲剝繭”。這樣能使技術(shù)人員關(guān)注的數(shù)據(jù)范圍快速?gòu)囊粋€(gè)宏觀的面，逐步下鉆聚焦到一個(gè)最基本的算法結(jié)果上，快速掌握設(shè)備各層級(jí)的數(shù)據(jù)信息，找到異常原因。
基于XS-1000D強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析功能，技術(shù)人員既能快速評(píng)估蓄能機(jī)組總體狀態(tài)，又能快速定位到風(fēng)險(xiǎn)薄弱的部件環(huán)節(jié)，即便剛參加工作不久的新員工也能輕松駕馭平臺(tái)。3月6日，南網(wǎng)儲(chǔ)能修試公司自動(dòng)化檢修部新員工王彬收到系統(tǒng)發(fā)送的信息“某蓄能電站機(jī)組設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)為‘注意’”，且被相關(guān)算法進(jìn)一步分析確定為“機(jī)械制動(dòng)時(shí)長(zhǎng)異常，已超出正常范圍30秒”。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)，設(shè)備因密封損壞、油霧外溢導(dǎo)致剎車效率降低，部件更換后即恢復(fù)正常，及時(shí)消除了事故隱患。
狀態(tài)智能診斷，數(shù)十頁(yè)“設(shè)備體檢報(bào)告”一鍵自動(dòng)生成
南網(wǎng)儲(chǔ)能修試公司電氣一次檢修部班長(zhǎng)鄭清隨機(jī)在XS-1000D中挑選到廣州抽水蓄能電站的4號(hào)機(jī)組，鼠標(biāo)一鍵點(diǎn)擊幾秒后，一份長(zhǎng)達(dá)44頁(yè)、1萬(wàn)2千余字的發(fā)電機(jī)組狀態(tài)“健康報(bào)告”便自動(dòng)生成。“我們?cè)俨挥脤?xiě)報(bào)告了”，鄭清輕松地說(shuō)到，“以前我們每個(gè)電站的每臺(tái)機(jī)組都要定期進(jìn)行狀態(tài)分析評(píng)價(jià)，每臺(tái)機(jī)組要到現(xiàn)場(chǎng)去觀察和抄錄上千條數(shù)據(jù)，管理的機(jī)組越多，報(bào)告撰寫(xiě)工作量越大，而且存在出錯(cuò)的自然概率?，F(xiàn)在XS-1000D自動(dòng)生成的報(bào)告會(huì)直接實(shí)時(shí)告訴我們有哪些異常”。這一切的實(shí)現(xiàn)正是依托于人工智能數(shù)據(jù)分析的核心——“算法”。
▲南網(wǎng)儲(chǔ)能公司員工通過(guò)平臺(tái)查閱設(shè)備狀態(tài)
XS-1000D建設(shè)過(guò)程中，南網(wǎng)儲(chǔ)能修試公司技術(shù)人員針對(duì)各類數(shù)據(jù)分析原理和設(shè)備運(yùn)維需求，自主研發(fā)了49種可自由組合的算法模塊。運(yùn)維人員組合算法模塊，形成應(yīng)對(duì)不同數(shù)據(jù)分析場(chǎng)景的算法，使計(jì)算機(jī)能夠模擬人工進(jìn)行海量數(shù)據(jù)分析，快速給出結(jié)論。“這套算法工具全部由我們公司的專業(yè)技術(shù)人員自主設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)完成，剛開(kāi)始建設(shè)的時(shí)候，運(yùn)維人員使用這套工具開(kāi)發(fā)的算法只有上百條，現(xiàn)在每周都會(huì)有新增的算法，也都是我們運(yùn)維人員自己設(shè)計(jì)、自己組態(tài)，形成并持續(xù)增強(qiáng)我們這套‘云端大腦’的分析能力，把我們的員工從重復(fù)、機(jī)械的勞動(dòng)中解放出來(lái)”，南網(wǎng)儲(chǔ)能修試公司黨委書(shū)記郭小濤介紹道。
在49個(gè)算法模塊的靈活組合下，運(yùn)維人員已在XS-1000D部署了近1000個(gè)智能分析算法。根據(jù)各電站系統(tǒng)的不同智能算法組合，XS-1000D提煉形成了越算越細(xì)、越算越準(zhǔn)的數(shù)據(jù)分析標(biāo)準(zhǔn)，形成一系列具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的抽水蓄能電站設(shè)備狀態(tài)智能分析方法，相當(dāng)于把技術(shù)專家的智慧和經(jīng)驗(yàn)搬上了“云端”。
數(shù)字技術(shù)賦能運(yùn)維模式變革，設(shè)備檢修策略優(yōu)化直接創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價(jià)值
本世紀(jì)初，南網(wǎng)儲(chǔ)能公司便在廣州抽水蓄能電站較早探索實(shí)施“以可靠性為中心的維修(RCM)”，并逐步擴(kuò)大推廣范圍。RCM核心理念是按照以最少的資源消耗保持設(shè)備固有可靠性和安全性的原則，確定預(yù)防性維修要求的過(guò)程及方法。但如何判斷設(shè)備是不是可靠，什么時(shí)候設(shè)備將會(huì)變的不可靠?這是一直困擾電力運(yùn)維人員的難題。人工智能技術(shù)恰能幫助解決這一困擾，推動(dòng)設(shè)備運(yùn)維模式變革。
▲南網(wǎng)儲(chǔ)能公司員工分析設(shè)備狀態(tài)異常原因
該平臺(tái)能夠基于海量多維數(shù)據(jù)產(chǎn)出準(zhǔn)確的設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)結(jié)論，提前預(yù)判設(shè)備缺陷隱患，將設(shè)備數(shù)據(jù)分析與檢修策略制定相結(jié)合，使得RCM分析更全面、更準(zhǔn)確，告知運(yùn)維人員“設(shè)備現(xiàn)在好不好，設(shè)備將來(lái)修不修”，助力實(shí)現(xiàn)經(jīng)驗(yàn)決策向數(shù)據(jù)決策的轉(zhuǎn)變。
平臺(tái)運(yùn)行的過(guò)程中，南網(wǎng)儲(chǔ)能修試公司依托系統(tǒng)云端快速掌握設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和性能指標(biāo)，參考機(jī)組發(fā)電機(jī)、水輪機(jī)、勵(lì)磁、調(diào)速器等重要系統(tǒng)的設(shè)備分析評(píng)價(jià)結(jié)論，靈活調(diào)整設(shè)備檢修策略。一年里，運(yùn)用XS-1000D替代了90%以上的人工巡檢，降本增效成效顯著：檢修周期優(yōu)化后節(jié)約成本約1200萬(wàn)元;節(jié)約巡檢成本約280萬(wàn)元;節(jié)約故障檢修維護(hù)費(fèi)用約120萬(wàn)元;減少停電檢修可發(fā)電增收約160萬(wàn)元……平臺(tái)一年便可創(chuàng)造約1760萬(wàn)元的經(jīng)濟(jì)效益。據(jù)統(tǒng)計(jì)，南網(wǎng)儲(chǔ)能抽水蓄能電站2022年累計(jì)發(fā)電93.3億度，同比增長(zhǎng)18%;2023年一季度抽水蓄能業(yè)務(wù)收入更是同比增長(zhǎng)了24%。
截至2022年底，我國(guó)抽水蓄能總裝機(jī)規(guī)模已達(dá)到4579萬(wàn)千瓦，占儲(chǔ)能總裝機(jī)的77.6%，穩(wěn)居世界第一;我國(guó)抽水蓄能中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃明確提出，到2025年，抽水蓄能投產(chǎn)總規(guī)模較“十三五”翻一番，達(dá)到6200萬(wàn)千瓦以上;到2030年，抽水蓄能投產(chǎn)總規(guī)模較“十四五”再翻一番，達(dá)到1.2億千瓦左右。人工智能技術(shù)在抽水蓄能行業(yè)的應(yīng)用前景光明、空間廣闊，將實(shí)現(xiàn)對(duì)我國(guó)規(guī)劃建設(shè)新型能源體系的技術(shù)賦能。
文丨黃昉 吳昊 供圖丨南網(wǎng)儲(chǔ)能修試公司
評(píng)論