我國首個大規(guī)模抽水蓄能人工智能數(shù)據(jù)分析平臺投用

　　4月26日，我國首個大規(guī)模抽水蓄能人工智能數(shù)據(jù)分析平臺——南方電網(wǎng)抽水蓄能人工智能數(shù)據(jù)分析平臺XS-1000D投入運行。該平臺的投運實現(xiàn)了裝機容量為1028萬千瓦的7座抽水蓄能電站、34臺機組設(shè)備的數(shù)據(jù)智能巡檢、狀態(tài)智能診斷和運維模式變革，標志著我國近1/4在運裝機容量的抽水蓄能設(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)濟效益約1760萬元。

▲南網(wǎng)儲能公司員工研討平臺功能優(yōu)化方案

　　抽水蓄能電站具有上、下兩個水庫，夜間用電低谷時，使用電能將山下水庫的水抽到山上，在白天用電高峰時，再放水發(fā)電，相當于把電存儲起來，實現(xiàn)隨時調(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)濟性最優(yōu)、最具大規(guī)模開發(fā)條件的電力系統(tǒng)綠色低碳清潔靈活調(diào)節(jié)電源。當前，我國正加快規(guī)劃建設(shè)新型能源體系，為滿足風能發(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發(fā)建設(shè)。

　　與此同時，抽水蓄能電站的工程規(guī)模大、機電設(shè)備多、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜。僅以1臺最廣泛使用的30萬千瓦機組為例，約有4大類、20臺套關(guān)鍵設(shè)備部件，年度日常檢修項目就多達400余個，約需850人日才能完成。2018年起，南方電網(wǎng)啟動了人工智能數(shù)據(jù)分析技術(shù)在抽水蓄能領(lǐng)域的研究應用工作，通過推進設(shè)備運維智能化不斷提高勞動生產(chǎn)率。

　　數(shù)據(jù)智能巡檢，31萬個測點數(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)場了，這套系統(tǒng)就好像一個云端的大腦在幫助我們進行思考和解決重復、機械的工作”，南網(wǎng)儲能修試公司機械檢修作業(yè)員鄒佳衡自豪地說到。然而，要讓“機器”代替“人”來巡檢絕非易事。在占地不到30平方米的抽水蓄能大數(shù)據(jù)中心主機柜里，接入的設(shè)備測點超過31萬個，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，我國電力設(shè)備在線監(jiān)測技術(shù)的探索應用已超過20年，但由于存在管理標準不統(tǒng)一、故障報警功能不完善、不同系統(tǒng)不兼容等問題，大范圍的綜合管理平臺始終難以建立。“平臺建設(shè)之初，我們就認識到，建立統(tǒng)一標準的數(shù)據(jù)體系才能有高質(zhì)量的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，才能結(jié)合實際開發(fā)出高質(zhì)量的數(shù)據(jù)分析功能。如果做不到這一點，大數(shù)據(jù)技術(shù)就只能成為人工的助手和參考，實現(xiàn)不了真正的人工智能替代”，南網(wǎng)儲能修試公司副總經(jīng)理鞏宇介紹說。

　　為此，平臺研發(fā)團隊足足用了38個月的時間，才將7個電站近60個設(shè)備系統(tǒng)的31萬個測點數(shù)據(jù)，通過統(tǒng)一標準的數(shù)據(jù)體系，接入到綜合處理單元進行數(shù)據(jù)采集，再由服務器“上云”。經(jīng)過艱巨嚴格的數(shù)據(jù)治理后，數(shù)據(jù)質(zhì)量達到了使用需求，云端服務器能夠?qū)υO(shè)備數(shù)據(jù)進行多維度分析，直觀、可視化地展示電站各級設(shè)備狀態(tài)。XS-1000D分別用“綠黃橙紅”對應“正常、注意、異常、嚴重”四種機組整體狀態(tài)，提供電壓、電流、溫度、壓力、振擺、軸心軌跡等從簡單到復雜的機組全狀態(tài)、多維度數(shù)據(jù)智能分析。發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常后，對故障精準排查，完成“電站群—電站—機組—系統(tǒng)—部件—單一算法”的“貫穿式”數(shù)據(jù)鉆取分析，實現(xiàn)對設(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)范圍快速從一個宏觀的面，逐步下鉆聚焦到一個最基本的算法結(jié)果上，快速掌握設(shè)備各層級的數(shù)據(jù)信息，找到異常原因。

　　基于XS-1000D強大的數(shù)據(jù)分析功能，技術(shù)人員既能快速評估蓄能機組總體狀態(tài)，又能快速定位到風險薄弱的部件環(huán)節(jié)，即便剛參加工作不久的新員工也能輕松駕馭平臺。3月6日，南網(wǎng)儲能修試公司自動化檢修部新員工王彬收到系統(tǒng)發(fā)送的信息“某蓄能電站機組設(shè)備狀態(tài)評價為‘注意’”，且被相關(guān)算法進一步分析確定為“機械制動時長異常，已超出正常范圍30秒”。經(jīng)現(xiàn)場確認，設(shè)備因密封損壞、油霧外溢導致剎車效率降低，部件更換后即恢復正常，及時消除了事故隱患。

　　狀態(tài)智能診斷，數(shù)十頁“設(shè)備體檢報告”一鍵自動生成

　　南網(wǎng)儲能修試公司電氣一次檢修部班長鄭清隨機在XS-1000D中挑選到廣州抽水蓄能電站的4號機組，鼠標一鍵點擊幾秒后，一份長達44頁、1萬2千余字的發(fā)電機組狀態(tài)“健康報告”便自動生成。“我們再不用寫報告了”，鄭清輕松地說到，“以前我們每個電站的每臺機組都要定期進行狀態(tài)分析評價，每臺機組要到現(xiàn)場去觀察和抄錄上千條數(shù)據(jù)，管理的機組越多，報告撰寫工作量越大，而且存在出錯的自然概率?，F(xiàn)在XS-1000D自動生成的報告會直接實時告訴我們有哪些異常”。這一切的實現(xiàn)正是依托于人工智能數(shù)據(jù)分析的核心——“算法”。

▲南網(wǎng)儲能公司員工通過平臺查閱設(shè)備狀態(tài)

　　XS-1000D建設(shè)過程中，南網(wǎng)儲能修試公司技術(shù)人員針對各類數(shù)據(jù)分析原理和設(shè)備運維需求，自主研發(fā)了49種可自由組合的算法模塊。運維人員組合算法模塊，形成應對不同數(shù)據(jù)分析場景的算法，使計算機能夠模擬人工進行海量數(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)計并開發(fā)完成，剛開始建設(shè)的時候，運維人員使用這套工具開發(fā)的算法只有上百條，現(xiàn)在每周都會有新增的算法，也都是我們運維人員自己設(shè)計、自己組態(tài)，形成并持續(xù)增強我們這套‘云端大腦’的分析能力，把我們的員工從重復、機械的勞動中解放出來”，南網(wǎng)儲能修試公司黨委書記郭小濤介紹道。

　　在49個算法模塊的靈活組合下，運維人員已在XS-1000D部署了近1000個智能分析算法。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、越算越準的數(shù)據(jù)分析標準，形成一系列具有自主知識產(chǎn)權(quán)的抽水蓄能電站設(shè)備狀態(tài)智能分析方法，相當于把技術(shù)專家的智慧和經(jīng)驗搬上了“云端”。

　　數(shù)字技術(shù)賦能運維模式變革，設(shè)備檢修策略優(yōu)化直接創(chuàng)造經(jīng)濟價值

　　本世紀初，南網(wǎng)儲能公司便在廣州抽水蓄能電站較早探索實施“以可靠性為中心的維修(RCM)”，并逐步擴大推廣范圍。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，確定預防性維修要求的過程及方法。但如何判斷設(shè)備是不是可靠，什么時候設(shè)備將會變的不可靠?這是一直困擾電力運維人員的難題。人工智能技術(shù)恰能幫助解決這一困擾，推動設(shè)備運維模式變革。

▲南網(wǎng)儲能公司員工分析設(shè)備狀態(tài)異常原因

　　該平臺能夠基于海量多維數(shù)據(jù)產(chǎn)出準確的設(shè)備狀態(tài)評價結(jié)論，提前預判設(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、更準確，告知運維人員“設(shè)備現(xiàn)在好不好，設(shè)備將來修不修”，助力實現(xiàn)經(jīng)驗決策向數(shù)據(jù)決策的轉(zhuǎn)變。

　　平臺運行的過程中，南網(wǎng)儲能修試公司依托系統(tǒng)云端快速掌握設(shè)備的運行狀態(tài)和性能指標，參考機組發(fā)電機、水輪機、勵磁、調(diào)速器等重要系統(tǒng)的設(shè)備分析評價結(jié)論，靈活調(diào)整設(shè)備檢修策略。一年里，運用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1200萬元;節(jié)約巡檢成本約280萬元;節(jié)約故障檢修維護費用約120萬元;減少停電檢修可發(fā)電增收約160萬元……平臺一年便可創(chuàng)造約1760萬元的經(jīng)濟效益。據(jù)統(tǒng)計，南網(wǎng)儲能抽水蓄能電站2022年累計發(fā)電93.3億度，同比增長18%;2023年一季度抽水蓄能業(yè)務收入更是同比增長了24%。

　　截至2022年底，我國抽水蓄能總裝機規(guī)模已達到4579萬千瓦，占儲能總裝機的77.6%，穩(wěn)居世界第一;我國抽水蓄能中長期發(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，達到6200萬千瓦以上;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)的應用前景光明、空間廣闊，將實現(xiàn)對我國規(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)儲能修試公司