吳智泉

風(fēng)力發(fā)電是可再生能源的重要力量，持續(xù)引領(lǐng)著能源革命深入推進(jìn)。隨著人工智能等相關(guān)技術(shù)的迅猛發(fā)展，國(guó)內(nèi)外各相關(guān)機(jī)構(gòu)都在推進(jìn)智慧風(fēng)電工程。

針對(duì)風(fēng)電的基本特征與智能化水平現(xiàn)狀，筆者以異構(gòu)計(jì)算為基礎(chǔ)，采用彈性資源配置策略，從風(fēng)電生產(chǎn)管理和信息系統(tǒng)兩個(gè)維度對(duì)智慧風(fēng)電的體系架構(gòu)進(jìn)行了探索和研究。

智慧能源的先行者

由于風(fēng)電的單機(jī)系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單，自動(dòng)化、信息化程度高，場(chǎng)群分散，智能遠(yuǎn)控需求強(qiáng)等特點(diǎn)，風(fēng)電成為智慧能源的先行者。

智慧不是智能的簡(jiǎn)單升級(jí)，而是充分展現(xiàn)“類(lèi)人”的思維模式、價(jià)值判斷和相機(jī)決策。智慧風(fēng)電的概念需要進(jìn)一步明晰，其體系架構(gòu)要能滿(mǎn)足功能的實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，研究智慧風(fēng)電的實(shí)現(xiàn)不能脫離當(dāng)前信息化發(fā)展水平的現(xiàn)狀，數(shù)據(jù)的獲取、存儲(chǔ)、通信和安全是必須充分考慮的因素。

目前，基于數(shù)字化轉(zhuǎn)型的智慧風(fēng)電研究已引起國(guó)內(nèi)外廣泛關(guān)注，如美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室的SMART戰(zhàn)略，GE公司的數(shù)字化風(fēng)電場(chǎng)，遠(yuǎn)景的能源互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)EnOS，上海電氣的“風(fēng)云集控”系統(tǒng)。他們都在探索大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)和人工智能技術(shù)如何為風(fēng)電場(chǎng)賦能，挖掘風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)行規(guī)律和最佳運(yùn)營(yíng)模式，實(shí)現(xiàn)降本增效。

當(dāng)前，智慧風(fēng)電的建設(shè)大多側(cè)重于智能算法、智能運(yùn)維等局部功能智能化，距離智慧風(fēng)電還有一定的距離，充分利用人的智慧進(jìn)行創(chuàng)新的智慧風(fēng)電體系架構(gòu)研究迫在眉睫。

關(guān)于智慧電廠(chǎng)的體系架構(gòu)，各方也展開(kāi)了不少研究。但這些研究多是針對(duì)煤電、燃機(jī)和水電，而由于風(fēng)電的高度分散特性，這些智慧電廠(chǎng)的架構(gòu)不完全適用。就我國(guó)電力行業(yè)現(xiàn)狀而言，智慧風(fēng)電發(fā)展任重道遠(yuǎn)，需要對(duì)智慧風(fēng)電的概念、體系架構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)繼續(xù)進(jìn)行探索和研究，讓未來(lái)的風(fēng)電場(chǎng)更好地自我學(xué)習(xí)、適應(yīng)和運(yùn)行。

新技術(shù)賦能智慧風(fēng)電

智慧是一個(gè)哲學(xué)范疇，由智力系統(tǒng)、知識(shí)系統(tǒng)、方法與技能系統(tǒng)、非智力系統(tǒng)等多個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成的復(fù)雜體系所蘊(yùn)含的能力，這種能力表現(xiàn)為及時(shí)做出正確抉擇，且具有較強(qiáng)的相對(duì)性。

智慧風(fēng)電是先進(jìn)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，與數(shù)字化、信息化、智能化發(fā)展水平密切相關(guān)，具有更強(qiáng)的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題能力，具有更強(qiáng)的創(chuàng)新發(fā)展能力。

研究認(rèn)為，未來(lái)的智慧風(fēng)電以數(shù)字化、信息化、標(biāo)準(zhǔn)化為基礎(chǔ)，以管控一體化、大數(shù)據(jù)、云平臺(tái)、物聯(lián)網(wǎng)為平臺(tái)，以數(shù)字孿生技術(shù)為輔助，以異構(gòu)計(jì)算（包括計(jì)算能力、計(jì)算方法和計(jì)算層次）為核心任務(wù)，高效融合計(jì)算、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)“人—機(jī)—網(wǎng)—物”跨界融合，形成“邊緣+云端”結(jié)合的全層次開(kāi)放架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)不同層級(jí)的智慧，追求不斷提升風(fēng)電智能化水平（包括智能感知、智能運(yùn)維、智能控制、智能決策）的目標(biāo)，完成更加友好、安全、經(jīng)濟(jì)、可靠的能源供應(yīng)。

智慧風(fēng)電具有學(xué)習(xí)性、成長(zhǎng)性、開(kāi)放性、異構(gòu)性、友好性等基本特征。智慧風(fēng)電系統(tǒng)從感知到?jīng)Q策，在數(shù)據(jù)的全生命周期過(guò)程中，不同層級(jí)的計(jì)算能力和側(cè)重點(diǎn)不同。隨著系統(tǒng)的演化，每個(gè)層級(jí)持續(xù)自我學(xué)習(xí)，有所側(cè)重地提升，具備自我成長(zhǎng)性。下層提供計(jì)算處理后的數(shù)據(jù)支撐，上層完成更加綜合的數(shù)據(jù)計(jì)算和處理，并對(duì)下層予以指導(dǎo)、協(xié)調(diào)和完善，構(gòu)成一個(gè)不斷自我完善的生態(tài)系統(tǒng)。

智慧風(fēng)電體系每層提供標(biāo)準(zhǔn)化、模型化的開(kāi)放接口，通過(guò)“人—機(jī)—網(wǎng)—物”跨界融合，實(shí)現(xiàn)架構(gòu)的全層次開(kāi)放。智慧風(fēng)電需要構(gòu)建融合不同層次的多元異構(gòu)的計(jì)算架構(gòu)體系，實(shí)現(xiàn)多種智能技術(shù)在風(fēng)電行業(yè)的集成應(yīng)用。智慧風(fēng)電更要實(shí)現(xiàn)與自然環(huán)境、生態(tài)環(huán)境、人文環(huán)境、電網(wǎng)環(huán)境的高度融合，其內(nèi)部的交互性也必然是友好的。

智慧風(fēng)電的體系架構(gòu)

在一定意義上，每一個(gè)風(fēng)電場(chǎng)都相當(dāng)于一個(gè)小型電網(wǎng)，是地理位置較廣，具有一定規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，且控制手段復(fù)雜多樣。構(gòu)建智慧風(fēng)電，離不開(kāi)對(duì)廣域分布的“小型電網(wǎng)”的智能化及其與骨干電網(wǎng)智能交互的研究。智慧風(fēng)電架構(gòu)可以從以下兩個(gè)維度展開(kāi)：

一是智慧風(fēng)電的生產(chǎn)管理維度，分為：1.風(fēng)機(jī)級(jí)，也就是要能自我調(diào)節(jié)、自我保護(hù)，對(duì)重大故障直接反應(yīng)等基本功能的智能風(fēng)機(jī);2.場(chǎng)站級(jí)，也就是基于智能電網(wǎng)技術(shù)，能自主控制、自主優(yōu)化，對(duì)環(huán)境（包括風(fēng)資源、電網(wǎng)）的快速反應(yīng)能力;3.集控級(jí)，要求全面分析、全面統(tǒng)籌，對(duì)所屬場(chǎng)站的智能化管理，實(shí)現(xiàn)智能運(yùn)維;4.集團(tuán)化管控級(jí)的任務(wù)是實(shí)現(xiàn)智慧發(fā)展，要求持續(xù)學(xué)習(xí)、持續(xù)優(yōu)化，分類(lèi)、分階段指導(dǎo)風(fēng)電智慧化發(fā)展。

二是智慧風(fēng)電的信息系統(tǒng)維度，分為：基礎(chǔ)設(shè)施級(jí)（硬件基礎(chǔ)）、支撐平臺(tái)級(jí)（軟件基礎(chǔ)架構(gòu)）、應(yīng)用平臺(tái)級(jí)（建設(shè)目標(biāo)的各類(lèi)應(yīng)用）等三個(gè)部分。

對(duì)上述兩個(gè)維度的有機(jī)融合是智慧風(fēng)電建設(shè)的基本要求。

智慧風(fēng)電體系架構(gòu)高效融合計(jì)算、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)，以多元異構(gòu)可信計(jì)算為基礎(chǔ)來(lái)構(gòu)建，具備計(jì)算資源彈性配置能力以滿(mǎn)足不同需求，整個(gè)體系結(jié)構(gòu)的不同層次引入不同計(jì)算能力使之更加高效、實(shí)時(shí)地處理數(shù)據(jù)，使風(fēng)電系統(tǒng)達(dá)到精準(zhǔn)感知、快速應(yīng)對(duì)、系統(tǒng)思維和全面開(kāi)放不同層級(jí)的智慧。

全生命周期的技術(shù)支撐

風(fēng)機(jī)、場(chǎng)站、集控、集團(tuán)各層級(jí)涉及的關(guān)鍵技術(shù)是智慧風(fēng)電生產(chǎn)管理體系架構(gòu)的技術(shù)支撐。

智能風(fēng)機(jī)具備深度感知、自我認(rèn)知和控制、協(xié)同決策的特征，智能風(fēng)機(jī)技術(shù)的研究可提升機(jī)組在惡劣工況下的穩(wěn)定性和適應(yīng)能力。

風(fēng)資源評(píng)估及微氣象預(yù)測(cè)技術(shù)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)行效益有重要的影響，緩解電力系統(tǒng)調(diào)峰、調(diào)頻壓力，提高風(fēng)電接納能力的有效手段，為風(fēng)電場(chǎng)AGC有功自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)提供技術(shù)支撐。

風(fēng)電場(chǎng)精細(xì)化網(wǎng)絡(luò)建模及全狀態(tài)感知為后期的智能分析提供初始的運(yùn)行狀態(tài)。智能優(yōu)化控制技術(shù)可增強(qiáng)風(fēng)電對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定支撐能力，是系統(tǒng)穩(wěn)定靈活運(yùn)行的保障。適合風(fēng)電場(chǎng)分散性的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)是風(fēng)電場(chǎng)監(jiān)控通信系統(tǒng)可靠性和安全性的保障。

風(fēng)電數(shù)據(jù)從感知、采集、傳輸、存儲(chǔ)、處理到應(yīng)用的整個(gè)生命周期過(guò)程中，各個(gè)階段的關(guān)鍵技術(shù)構(gòu)成了智慧風(fēng)電的信息系統(tǒng)體系架構(gòu)的技術(shù)支撐。

智能傳感器技術(shù)是實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)感知的基本硬件保證;風(fēng)機(jī)數(shù)據(jù)精準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)化采集和知識(shí)圖譜技術(shù)是評(píng)估性能及運(yùn)行狀況，評(píng)估風(fēng)機(jī)健康狀態(tài)的保證和手段;快速有效的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)策略是智慧風(fēng)電數(shù)據(jù)高效傳輸和快速挖掘的可靠保障;多維異構(gòu)、時(shí)空關(guān)聯(lián)等特性的風(fēng)電數(shù)據(jù)融合策略研究，是智慧風(fēng)電精準(zhǔn)系統(tǒng)地決策分析的數(shù)據(jù)質(zhì)量保證。

而異構(gòu)資源的彈性配置技術(shù)，是智慧風(fēng)電體系架構(gòu)的核心特征，也是智慧風(fēng)電適應(yīng)不同外部環(huán)境，實(shí)現(xiàn)智慧風(fēng)電系統(tǒng)思維，構(gòu)建良好風(fēng)電生態(tài)的有力保證。

同時(shí)，利用數(shù)字孿生技術(shù)在虛擬空間中構(gòu)建實(shí)體風(fēng)機(jī)映射，通過(guò)大數(shù)據(jù)分析技術(shù)分析風(fēng)機(jī)/風(fēng)場(chǎng)實(shí)時(shí)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)機(jī)組優(yōu)化控制;借助大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等信息技術(shù)，通過(guò)技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)指定范圍內(nèi)可查、可控、可信，是不可或缺的一部分。

智慧風(fēng)電是發(fā)電過(guò)程中的數(shù)字化、信息化和標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展的必然產(chǎn)物，是物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等多種技術(shù)的深度融合，具有開(kāi)放性、學(xué)習(xí)性、成長(zhǎng)性、異構(gòu)性和交互性的特點(diǎn)。

智慧風(fēng)電對(duì)推進(jìn)風(fēng)電行業(yè)發(fā)展，打造我國(guó)風(fēng)電的核心競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，建設(shè)綠色低碳、安全高效的現(xiàn)代智慧新能源體系，推動(dòng)能源革命縱深發(fā)展具有重要意義。

（作者系中國(guó)大唐集團(tuán)新能源科學(xué)技術(shù)研究院院長(zhǎng)）