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技术丨智慧风电体系架构研究

2019-05-16 11:02:01 来源:经济网 作者:吴智泉

智慧风电的概念

智慧是一个哲学范畴,是由智力系统、知识系统、方法与技能系统、非智力系统等多个子系统构成的复杂体系所蕴含的能力,该能力表现为及时做出正确抉择,且具有较强的相对性。智慧风电是先进风力发电技术发展的产物,与数字化、信息化、智能化发展水平密切相关,具有更强的发现问题、分析问题、解决问题能力,具有更强的创新发展能力。

研究认为:未来的智慧风电以数字化、信息化、标准化为基础,以管控一体化、大数据、云平台、物联网为平台,以数字孪生技术为辅助,以计算资源的弹性配置为保障,以异构计算(包括计算能力、计算方法和计算层次)为核心任务,高效融合计算、存储和网络,通过“人机网物”跨界融合,形成边缘+云端结合的全层次开放架构,实现不同层级的智慧,追求不断提升风电智能化水平(包括智能感知、智能运维、智能控制、智能决策)目标,完成更加友好和安全、高效、可靠的能源供应。

智慧风电具有学习性、成长性、开放性、异构性、友好性等基本特征。智慧风电体系从感知层到决策层,在数据的全生命周期过程中,一方面不同层级的计算能力和侧重点不同,而每层随着系统的演化,持续自我学习,有所侧重地提升,具备自我成长性。下层对上层提供该层任务内容计算处理后的数据支撑,上层在此基础上完成更加综合的数据计算和处理,并对下层予以指导、指挥、协调、完善,构成一个不断自我成长完善的生态系统。智慧风电体系每层提供标准化、模型化的开放接口,避免了封闭、孤立,受特定标准的限制,通过“人机网物”跨界融合,实现架构的全层次开放。智慧风电需要构建融合不同计算架构的多元异构智慧风电体系架构,研究解决新能源大数据应用的技术瓶颈,实现多种智能技术在风电行业的集成应用。同时,智慧风电系统要实现与自然环境、生态环境、人文环境、电网环境的高度融合,必须是环境友好的,其内部的交互性也必然是友好的。

智慧风电的体系架构

在一定意义上,每一个风电场都相当于一个小型电网,是地理位置较广、具有一定规模的网络结构,且控制手段复杂多样。构建智慧风电,离不开对广域分布的“小型电网”的智能化及其与骨干电网智能交互的研究。智慧风电架构可从以下2个维度展开研究:

1、智慧风电的生产管理维度。分为:①风机级,也就是要有自我调节、自我保护,对重大故障直接反应等基本功能的智能风机;②场站级,也就是基于智能电网技术,能自主控制、自主优化,具有对环境(包括风资源、电网)的快速反应能力;③集控级,要求全面分析、全面统筹,对所属场站智能化管理,实现智能运维;④集团化管控级的任务是实现智慧发展,要求持续学习、持续优化,分类指导风电智慧化发展。

2、智慧风电的信息系统维度,分为基础设施级(硬件基础)、支撑平台级(软件基础架构)、应用平台级(建设目标的各类应用)3个部分。

智慧风电体系架构高效融合计算、存储和网络,以多元异构计算为基础来构建,形成边缘+云端结合的智能架构,不同层级的计算能力和侧重点不同,整个体系结构的不同层次引入不同计算能力使之更加高效、实时地处理数据,使风电系统达到不同层级的智慧。

智慧风电体系结构的最高层在集团或更高级别云平台,所有数据处理结果汇聚到集团云平台,辅助决策分析。边缘计算近设备端,云计算构建在云平台之上,因此各风电机组数据在风场端融合汇聚后,到集团云平台之前,各风场数据仍需在区域级汇聚利用雾计算融合处理,减少网络传输的压力。

智慧风电体系架构应具备计算资源弹性配置的能力,以满足不同需求。体系架构从场站侧的边缘计算到集团云端的云计算,由于建设对象的不均衡发展,存在着计算能力提升的速度不同、计算力发展不均衡的状况,因此需要对智慧风电体系架构的异构计算资源实行弹性配置来满足不同场景的需求。另一方面,由于技术发展的不均衡,区域集控的软硬件基础设施条件差别较大,智慧风电体系结构需要根据这种不均衡现状灵活配置计算资源,对于基础设施差的风场或集控,可将计算部署于集团云平台,对于软硬件设施先进的单位,可直接将计算过程部署在本地,条件好的风场还可部署边缘人工智能(artificial intelligence, AI)运算。

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