数字孪生技术在光伏故障诊断系统中的应用_郑发松.pdf

54 电子技术 第 52 卷 第 6 期（总第 559 期）2023 年 6 月Computer Engineering计算机工程务、从虚拟业务向有形业务。通过对光伏系统中各类数据分析，将其分解为可分解、可模拟和可量化的数学关系，既可直观地显示出其运行状态，又可从多个角度、多层次优化计算，通过相互参照，逐渐达到虚拟和虚拟的交互作用，优化光伏电网系统的运行。该技术的关键在于对大量离线、多源数据进行深入整合，从数据中抽取对应的数据、关键数据、属性准则、数据预测、诊断模式等，实现对设备状态、故障诊断、行为预测等方面的综合优化。大数据平台对外提供大数据业务主要包括：历史数据查询、交互查询、计算服务、数据分析、以及第三方数据服务等。2 基于数字孪生技术的光伏电网智能监视与校验 日方式安全校核。日方式的静态安全检验是调度计划、运行方式和作业地点的基本工作，但由于方法多变、点多面广，常常只针对最大、最小、最典型的方式，导致运行不经济，调整方式空间狭小，等诸多不确定因素。将此平台应用于光伏电站96点潮流批次的检测，能够精确判定其超限时点和原因。利用“历史日”模型跟踪电网发展；对今后数日内供电模式进行逐日、逐点推求日前供电计划、停机计划合理性、运行备用、通道堵塞、新能作者简介：郑发松，国家电投集团贵州金元威宁能源股份有限公司，高级工程师；研究方向：光伏发电技术，新能源发展建设及管理。收稿日期：2022-08-30；修回日期：2023-06-12。摘要：阐述数字孪生的特点、体系结构、核心技术的应用，探讨数字孪生技术在光伏故障诊断系统中的应用，从而实现光伏系统的实时监测。关键词：计算机控制，数字孪生技术，光伏故障，诊断系统。中图分类号：TP399-CA文章编号：1000-0755(2023)06-0054-02文献引用格式：郑发松，陈忠勇，郑芳琪，黎莉.数字孪生技术在光伏故障诊断系统中的应用J.电子技术,2023,52(06):54-55.数字孪生技术在光伏故障诊断系统中的应用郑发松，陈忠勇，郑芳琪，黎莉（国家电投集团贵州金元威宁能源股份有限公司，贵州 553100）Abstract This paper describes the characteristics,architecture and application of core technology of digital twin,and discusses the application of digital twin technology in photovoltaic fault diagnosis system,so as to realize real-time monitoring of photovoltaic system.Index Terms computer control,digital twin technology,photovoltaic fault,diagnostic system.Application of Digital Twin Technology in Photovoltaic Fault Diagnosis SystemZHENG Fasong,CHEN Zhongyong,ZHENG Fangqi,LI Li(State Power Investment Group Guizhou Jinyuan Weining Energy Co.,Ltd.,Guizhou 553100,China.)0 引言随着计算机网络、信息通信、人工智能等新技术的发展，我国电力公司开始对光伏电站进行不断研究，将信息技术、通信技术、智能检测技术等应用到光伏电站日常管理中，不断提高生产管理的效率。数字孪生技术可为光伏电网运行中生成数据进行分类和故障分析，为实现光伏电站高效、安全、节能环保的目标奠定技术基础。1 研究背景光伏电网领域中的数字孪生技术。利用数字孪生技术，可以准确地对物理实体进行数值模拟、监测和诊断。随着人工智能技术的发展和与数字孪生技术的融合，将会形成建模、预测和执行的系统架构。在光伏电网领域中采用此技术，可以有效地提升运行的智能化程度，达到节约能源的目的。采用双数技术与虚拟监控相配合，可以在虚拟环境中对监控报警、诊断预测、人、机、环境等进行多维度的综合评价，达到最佳的控制目的。在具体实现方面，需要建立智能设备层、智能控制层、智能生产监管层和智能管理层组成的智能化运维管理系统。光伏电网要采用数字孪生技术需要从流程、要素、业务等方面进行数字化，从实体业务向虚拟业电子技术 第 52 卷 第 6 期（总第 559 期）2023 年 6 月 55Computer Engineering计算机工程源消纳等资料，为新能源消纳、光伏电网规划、建设和运维提供科学基础；依据未来几天的运行方式，可以采用日内计划、负荷超短期预测、现货结算、突发异常或故障等方法进行动力计算，辅助对降低风险措施、效果和现货、辅助服务资源的空间进行辅助，辅助电力市场的精确调度。断面控制限额优化配置。在光伏电网运行中，往往存在多个断面潮流联动控制，或者某一通道潮流按送、受端多种因素分档控制的情况，导致同一断面有两套甚至多套联动的安稳限额。如在某直流工程中，受入限额涉及6维、10级负荷水平、79级功率约束，共90余种方式限额。为了适时地解决电力供应受阻、负荷限制、开机台数不足、备容量不足等问题，需要优化优化断面限额及其联动控制约束。针对某一潮流方式，安稳系统电子化平台可以提供所有联动断面限额组合的安全检查结果，供决策参考。在此基础上嵌入目标指向寻优算法，可以灵活优化配电网安全边界，实现跨区电网安全域优化运行自动决策。光伏电网调度操作安全核验。电网调度作业是一项既有计划性又有机动性的业务，其首要准则就是作业安全。因此，调度员必须执行“先算后停”的预演操作票的执行过程，以检验作业中和作业后的安全风险。当多张操作票需要依次执行时，会涉及多种方式的变化、限额的变化，过渡过程可能存在安全越界且难以发现，安全校核压力巨大。每一步操作模拟执行后，自动匹配方式限额、判断越限情况，若存在越限，则人工调整操作时机、顺序或操作票执行项目，自动匹配方式限额、判断越限情况，若存在越限则人工调整操作时机、顺序或操作票执行项目，形成安全的调度操作方案。故障预案优化编制。作为调度与突发事件的核心工作，其工作任务繁重、占用的时长、分析与运算繁重，应用性很强。由于采用了静态仿真的方式，使电网的适应性、准确性和可行性都很难保证，而且其编制的时间也无法满足要求。该技术能够自动、批量、准确地编制出各种突发事件的应急预案，能够完成潮流敏感性关系、越限控制等辅助决策方法，但由于潮流安全指标匹配、越限判断等缺陷，其实用化过程缓慢。利用本研究开发的电力故障监测平台，可以有效解决上述问题。光伏电网实时运行辅助决策。目前，光伏电网系统正朝着省际交直流互联、新能源集群和高度城市化发展的趋势发展。该方法能够实现对目标的实时辨识、快速的匹配，从而实现对任务的即时排序和对决策的支持。利用无源控制技术，可以识别和检测电网的动态，并将其输出到辅助判定方式，从而达到闭环运行的节能效果。利用主动控制技术，能够识别和检验各类超短波段和多种将来状态的发展动向，生成秒级、小时级、小时级预控和紧急响应，对大量备用、闲置和有限调节的可调节资源进行动态调度，实现主动趋零控制、预防性优化、源网荷协同，保证电力系统的安全和经济性。3 数字孪生技术在光伏电网故障诊断中的应用光伏发电站智能运维管理平台。平台包括利用人工智能等智能化的原理和技术手段，能够解决包括模拟和虚拟建模在内的各种信息和问题，具有主动性、灵活性、自诊断、自适应和自适应等特点。平台按照功能划分为四大模块，包括健康度评估、预警分析、维检决策、预测中心。设备健康度评估对电站所有设备定期扫描汇总各项数据，通过计算评估各设备的健康状况，并对设备按照健康度进行划分，对设备的管理起到针对性以及目标性。预警分析通过对设备的电流、电压等信息分析出设备的运行趋势，筛选出可能存在的隐性故障或者低效设备，提前将设备的故障进行预测以提高发电量、设备效率等。维检决策对其他模块分析诊断出的可能或已经存在的故障设备信息进行整合，并可按照多个维度生成维修巡检工单，指导维护人员的消缺工作，并对历史巡检经验沉淀形成故障知识专家库，对后续的巡检维修工作起指导参考作用,以达到预警、告警、巡检、维修闭环。预测中心通过对设备的运行状态以及调度等情况动态分析，结合实际情况和专家库对电站的运行给出合适的指导建议。智能管理运维体系。智能管理运维是对光伏电站生产、运营和管理系统所产生的海量数据，将各种数据结合起来，为电量指标、能耗指标、设备运行水平指标、设备可靠性指标、业绩评价等提高数据决策信息，从而提升电力公司的精细化经营水平。智能决策系统的核心是生产管理的云计算和管理，运用数字孪生技术对各个生产、运维环节进行数字化控制，从管理层面将下属电站主要运行指标进行对比分析，与年度目标指标、去年同期指标、先进指标进行对标管理，找出差距，采取针对措施，提高企业绩效。光伏发电站操作系统。在实际运营中，以云计算、大数据、物联网等技术为支撑，构建以数字孪生为核心的运行与运营系统。在大数据平台上，对光伏电站实行智能化管理，实现光伏电站安全、高效、人机协同和智慧决策。4 结语数字孪生技术在光伏电网系统中，对设备生产、装配、运行、检修、记录等各方面的信息进行了全面的集成，建立了设备故障预警、自我评估与预防体系。参考文献1 杨磊.基于数字孪生的光伏跟踪支架控制系统研究D.黑龙江：东北农业大学,2021.