風(fēng)電機(jī)組自主主控與整場(chǎng)群控技術(shù)目錄TOC\o"1-3"\h\u26423風(fēng)電機(jī)組自主主控與整場(chǎng)群控 132341一、項(xiàng)目概述 329917（一）企業(yè)簡(jiǎn)介 35321（二）項(xiàng)目背景 417642（三）項(xiàng)目建設(shè)情況 530091二、應(yīng)用場(chǎng)景及建設(shè)方案 73727（一）場(chǎng)景描述 714587（二）技術(shù)架構(gòu) 9140153.群控系統(tǒng)搭建 1128176（三）建設(shè)方案 13325641.風(fēng)電自主電控系統(tǒng)研發(fā)與應(yīng)用 1329912.風(fēng)場(chǎng)批量改造 14140673.群控系統(tǒng)搭建 15209254．風(fēng)電機(jī)組載荷孿生系統(tǒng) 15162735．機(jī)控與群控測(cè)試 1616300三、項(xiàng)目效果 165641（一）項(xiàng)目效益 16134631.直接效益 16171302.間接效益 17115673.安全效益 1729971（二）鑒定評(píng)價(jià)（如有） 1830206（三）推廣前景 1825450四、下一步計(jì)劃 19一、項(xiàng)目概述（一）企業(yè)簡(jiǎn)介XXX可再生能源試驗(yàn)研究院有限公司主要提供新能源發(fā)展規(guī)劃和政策研究、工程設(shè)計(jì)咨詢(xún)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)服務(wù)、可研立項(xiàng)與價(jià)值分析、投資評(píng)估、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行與提質(zhì)增效等服務(wù)，同時(shí)開(kāi)展前瞻性技術(shù)攻關(guān)和儲(chǔ)備，承擔(dān)XX集團(tuán)系統(tǒng)新能源企業(yè)技術(shù)監(jiān)督、技術(shù)咨詢(xún)、技術(shù)支持等技術(shù)服務(wù)工作。具備新能源技術(shù)的科研能力，技術(shù)水平領(lǐng)先，團(tuán)隊(duì)作風(fēng)嚴(yán)實(shí)，試驗(yàn)設(shè)施和實(shí)驗(yàn)設(shè)備先進(jìn)齊全。專(zhuān)業(yè)設(shè)置合理齊全，現(xiàn)設(shè)有資源研究中心、發(fā)展研究中心、新能源大數(shù)據(jù)中心、技術(shù)支持中心、風(fēng)電優(yōu)化研究中心共5個(gè)專(zhuān)業(yè)技術(shù)中心?，F(xiàn)已開(kāi)發(fā)建設(shè)風(fēng)光資源管理系統(tǒng)，構(gòu)建了全國(guó)中尺度數(shù)據(jù)、氣象站數(shù)據(jù)、實(shí)測(cè)風(fēng)光數(shù)據(jù)等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，具備資源評(píng)估、微觀(guān)選址、可研編制及優(yōu)化等前期項(xiàng)目全過(guò)程咨詢(xún)服務(wù)能力；承接并運(yùn)行XX集團(tuán)新能源大數(shù)據(jù)中心，通過(guò)“功能區(qū)”與“監(jiān)控區(qū)”建設(shè)，具備新能源項(xiàng)目數(shù)據(jù)接入與治理、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)分析與評(píng)價(jià)、故障預(yù)警模型開(kāi)發(fā)與應(yīng)用等數(shù)據(jù)開(kāi)發(fā)應(yīng)用能力;已建立嚴(yán)密的技術(shù)服務(wù)與研發(fā)體系，可開(kāi)展技術(shù)監(jiān)督、節(jié)點(diǎn)驗(yàn)收、機(jī)組載荷計(jì)算與測(cè)試、大部件強(qiáng)度校核與分析及重大隱惠排查等工作，具備設(shè)備檢測(cè)與評(píng)估，重大技改方案編制與實(shí)施能力。（二）項(xiàng)目背景說(shuō)明當(dāng)前企業(yè)內(nèi)外部所處形勢(shì)、面臨的業(yè)務(wù)痛點(diǎn)難點(diǎn)、數(shù)字化轉(zhuǎn)型訴求等，闡述項(xiàng)目必要性和可行性等。在“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)下，為推進(jìn)以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)構(gòu)筑和能源數(shù)字化，掌握電力控制領(lǐng)域的核心技術(shù)和自主控制能力，響應(yīng)國(guó)家自立自強(qiáng)和數(shù)字化轉(zhuǎn)型要求，電力企業(yè)紛紛加大風(fēng)電自主電控系統(tǒng)研發(fā)力度，力圖實(shí)現(xiàn)從單設(shè)備PLC核心芯片到實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，到新能源場(chǎng)站群控、區(qū)域集控中心和大數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器核心芯片到服務(wù)器操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)等關(guān)鍵軟、硬件全部國(guó)產(chǎn)化，以適應(yīng)能源革命和數(shù)字革命相融并進(jìn)大趨勢(shì)。通過(guò)風(fēng)電自主電控與整場(chǎng)群控技術(shù)的研究，可推出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的風(fēng)電解決方案，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)關(guān)鍵部件性能和機(jī)組載荷的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，建立新型的新能源群控系統(tǒng)架構(gòu)，為打造面向新能源發(fā)電行業(yè)的集群控制系統(tǒng)，打通新能源設(shè)備和監(jiān)控設(shè)備的通信壁壘，推動(dòng)工控技術(shù)和信息技術(shù)融合升級(jí)提供技術(shù)支持。能夠科學(xué)高效提升場(chǎng)級(jí)發(fā)電站的管理水平，實(shí)現(xiàn)新能源場(chǎng)站少人（無(wú)人）化管理，用更少的勞動(dòng)成本驅(qū)動(dòng)更大規(guī)模場(chǎng)站的運(yùn)營(yíng)，能夠有效保障場(chǎng)級(jí)發(fā)電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行，為創(chuàng)建無(wú)故障風(fēng)場(chǎng)提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支撐，有效提升發(fā)電能力和電能質(zhì)量，有力支撐電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)集團(tuán)公司打破風(fēng)電控制核心技術(shù)受制于人的局面，建設(shè)數(shù)字化、智慧化風(fēng)電產(chǎn)業(yè)具有決定性作用，是集團(tuán)公司二次創(chuàng)業(yè)的關(guān)鍵支撐。（三）項(xiàng)目建設(shè)情況簡(jiǎn)述項(xiàng)目（包含已建、在建和擬建項(xiàng)目）實(shí)施時(shí)間、建設(shè)周期、預(yù)期目標(biāo)、投資額、承建單位、當(dāng)前進(jìn)展等。為解決風(fēng)電主控系統(tǒng)卡脖子問(wèn)題，可再生院聯(lián)合寧夏分公司開(kāi)展“風(fēng)電機(jī)組主控制器國(guó)產(chǎn)化研制”項(xiàng)目研發(fā)，按照集團(tuán)公司《關(guān)于寧夏公司在同心風(fēng)場(chǎng)開(kāi)展風(fēng)電機(jī)組控制器國(guó)產(chǎn)化應(yīng)用試驗(yàn)的批復(fù)》（XX集團(tuán)生[2021]481號(hào)）要求，開(kāi)展自主主控系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)樣機(jī)試驗(yàn)。首臺(tái)60號(hào)樣機(jī)組，于2021年10月18日在寧夏同心風(fēng)電場(chǎng)成功并網(wǎng)投運(yùn)，12月26日順利通過(guò)240考核，改造后的樣機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)。2021年10月，集團(tuán)科信部指導(dǎo)可再生院?jiǎn)?dòng)了“基于自主可控體系架構(gòu)風(fēng)電智能技術(shù)研究與示范”重大項(xiàng)目，任務(wù)是以實(shí)時(shí)貫通新能源設(shè)備、新能源場(chǎng)站、區(qū)域集控中心、集團(tuán)大數(shù)據(jù)中心（“機(jī)-群-域-云”）全棧核心軟硬件技術(shù)為目標(biāo)，研發(fā)面向新型能源系統(tǒng)的新能源新型“機(jī)-群-域-云”架構(gòu)的工控關(guān)鍵核心技術(shù)。同時(shí)，安排寧夏分公司作為業(yè)主單位，與可再生試驗(yàn)研究院聯(lián)合開(kāi)展了共同承擔(dān)子項(xiàng)目“風(fēng)電自主電控與整場(chǎng)群控關(guān)鍵技術(shù)及示范項(xiàng)目”，承擔(dān)“機(jī)控”和“群控”兩個(gè)層級(jí)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和風(fēng)電場(chǎng)批量改造示范任務(wù)，計(jì)劃用兩年時(shí)間，到2023年底前完成寧夏同心風(fēng)電場(chǎng)100臺(tái)華創(chuàng)風(fēng)電機(jī)組的主控系統(tǒng)和變槳系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化替代升級(jí)，以及整場(chǎng)群控系統(tǒng)研發(fā)應(yīng)用和相關(guān)型式認(rèn)證與涉網(wǎng)測(cè)試等工作任務(wù)。2022年初，集團(tuán)科信部安排可再生院參與中國(guó)電子牽頭的“中央企業(yè)CPU芯片和操作系統(tǒng)創(chuàng)新聯(lián)合體”（下簡(jiǎn)稱(chēng)“創(chuàng)新聯(lián)合體”），開(kāi)展“風(fēng)電電控與整場(chǎng)群控關(guān)鍵技術(shù)研究”。經(jīng)過(guò)緊張的研發(fā)，5月27日，采用飛騰信息ARMv8架構(gòu)FT2000/4CPU的樣機(jī)順利并網(wǎng)投運(yùn)，9月25日，采用飛騰信息ARMv8架構(gòu)E2000騰瓏CPU的樣機(jī)順利并網(wǎng)投運(yùn)，也完成中國(guó)電子首款專(zhuān)用工控芯片騰瓏CPU在首個(gè)工程項(xiàng)目上的成功落地。2023年1月，基于龍芯中科自主LoongArch架構(gòu)首款工控CPU2K1500CPU風(fēng)電主控系統(tǒng)也成功并網(wǎng)落地。至此，可再生院完成了三個(gè)體系架構(gòu)三個(gè)廠(chǎng)家五種型號(hào)CPU的風(fēng)電自主主控研發(fā)和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試任務(wù)，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)電主控系統(tǒng)關(guān)鍵軟、硬件全部國(guó)產(chǎn)化，掌握了基于多種指令架構(gòu)國(guó)產(chǎn)CPU的工業(yè)控制系統(tǒng)全棧技術(shù)開(kāi)發(fā)能力，初步構(gòu)建起自主可控新能源新型工控系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)鏈，為批量示范改造做好了技術(shù)準(zhǔn)備。二、應(yīng)用場(chǎng)景及建設(shè)方案（一）場(chǎng)景描述說(shuō)明業(yè)務(wù)實(shí)際需求，介紹項(xiàng)目建成后解決了關(guān)鍵業(yè)務(wù)領(lǐng)域哪些問(wèn)題、創(chuàng)造哪些新價(jià)值。目前國(guó)內(nèi)風(fēng)電整機(jī)廠(chǎng)商利用國(guó)外公司的控制器產(chǎn)品自己做集成以提供控制解決方案，但作為風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)中最核心的控制器仍是國(guó)內(nèi)風(fēng)電設(shè)備制造業(yè)最薄弱的環(huán)節(jié)之一。由于美國(guó)、德國(guó)、丹麥等國(guó)家在風(fēng)電領(lǐng)域起步較早，其工控領(lǐng)域的先天技術(shù)沉淀成為發(fā)展風(fēng)電控制的重要技術(shù)優(yōu)勢(shì)，目前在全球風(fēng)電控制器領(lǐng)域知名的品牌，如倍福、巴赫曼、西門(mén)子、米塔、丹控等，均為國(guó)外產(chǎn)品，且經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間技術(shù)積累，其產(chǎn)品性能已相當(dāng)穩(wěn)定成熟。在風(fēng)機(jī)控制平臺(tái)方面，目前風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)采用舊版本W(wǎng)indows操作系統(tǒng)的比例高達(dá)50%（西門(mén)子+倍福），基于Linux操作系統(tǒng)的比例高達(dá)20%。目前主流工控硬件的硬件安全性和系統(tǒng)安全性普遍較差，存在較多嚴(yán)重系統(tǒng)漏洞；同時(shí)，主要操作系統(tǒng)和芯片均來(lái)自于美國(guó)，一旦中美之間發(fā)生技術(shù)脫鉤，則基于該類(lèi)系統(tǒng)的風(fēng)電機(jī)組在安全性和穩(wěn)定性方面存在極大的風(fēng)險(xiǎn)。受制于國(guó)外產(chǎn)品的技術(shù)封鎖，其風(fēng)機(jī)控制的核心算法、控制邏輯等均以技術(shù)手段對(duì)國(guó)內(nèi)用戶(hù)進(jìn)行封鎖，中國(guó)作為風(fēng)電總裝機(jī)容量和風(fēng)電增速遙遙領(lǐng)先的風(fēng)電大國(guó)，在風(fēng)電核心技術(shù)方面一直處于受制于人的局面，導(dǎo)致風(fēng)電作為未來(lái)能源轉(zhuǎn)型的重要能源結(jié)構(gòu)的地位存在諸多挑戰(zhàn)。為打破風(fēng)電核心技術(shù)受制于人的局面，將能源“飯碗”牢牢端在自己手中，國(guó)內(nèi)各能源企業(yè)基于自身需要開(kāi)始著手打造風(fēng)、光、水、火等領(lǐng)域自主可控的軟硬件平臺(tái)，如國(guó)家能源集團(tuán)成功研發(fā)28納米物聯(lián)網(wǎng)智能芯片和新能源通用控制器；華電集中全力研發(fā)覆蓋火、水、風(fēng)、網(wǎng)的電力自主可控工控產(chǎn)品系列；華能聯(lián)合研發(fā)了面向火電、水電和風(fēng)電通用PLC控制器；國(guó)電投研發(fā)了面向第三代核電技術(shù)和火電的NuCON自主化分散儀控系統(tǒng)。2022年1月，國(guó)家能源集團(tuán)聯(lián)合動(dòng)力發(fā)布“風(fēng)鴻”集控系統(tǒng)。2020年，華電集團(tuán)研發(fā)的“睿風(fēng)”系列PLC控制器在寧東風(fēng)場(chǎng)1.5MW機(jī)組上投運(yùn)；“睿智”電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置和監(jiān)控系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)各電壓等級(jí)繼電保護(hù)裝置也陸續(xù)在國(guó)網(wǎng)和南網(wǎng)1000kV及其他電壓等級(jí)變電站陸續(xù)掛網(wǎng)試運(yùn)行。華能集團(tuán)研發(fā)PLC控制器也與2020年12月22日在陜西定邊沈口子風(fēng)電場(chǎng)2MW機(jī)組上成功并網(wǎng)。2021年，華電集團(tuán)繼續(xù)加大力度，“睿風(fēng)”系列PLC控制器5月29日在福清海壇海峽海上風(fēng)電場(chǎng)6.2MW機(jī)組，2021年6月10日在甘肅玉門(mén)黑崖子風(fēng)電場(chǎng)3MW機(jī)組先后投運(yùn)。2021年10月16日，XX集團(tuán)搭載自主風(fēng)電控制系統(tǒng)2MW測(cè)試樣機(jī)在寧夏同心風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)。2021年11月15日，由國(guó)電南自、華電甘肅公司、華電電科院與飛騰公司聯(lián)合研制的“華電睿風(fēng)”自主可控3MW級(jí)陸上風(fēng)電主控系統(tǒng)在甘肅玉門(mén)黑崖子風(fēng)電場(chǎng)成功投運(yùn)。通過(guò)實(shí)踐證明，華電、華能和國(guó)家能源集團(tuán)已經(jīng)完成的基于MIPS架構(gòu)（傲拓科技的龍芯2K2000方案）的國(guó)產(chǎn)化風(fēng)電主控存在明顯短板。其一，產(chǎn)品性?xún)r(jià)比差，從硬件PLC來(lái)說(shuō)，該品牌一套PLC硬件售價(jià)在7.5萬(wàn)元左右，對(duì)標(biāo)性能指標(biāo)相近的基于ARM架構(gòu)的同類(lèi)產(chǎn)品，其售價(jià)要高出近50%。其二，硬件PLC存在啟機(jī)時(shí)間長(zhǎng)、散熱差的短板。其三，配套開(kāi)發(fā)軟件為傲拓科技開(kāi)發(fā)，對(duì)標(biāo)同類(lèi)開(kāi)源軟件CODESYS存在較多壁壘，缺乏靈活性。（二）技術(shù)架構(gòu)介紹項(xiàng)目業(yè)務(wù)藍(lán)圖規(guī)劃、技術(shù)架構(gòu)設(shè)計(jì)、主要建設(shè)內(nèi)容和項(xiàng)目主要功能。XX集團(tuán)積極響應(yīng)能源數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型要求，提出了“機(jī)-群-域-云”新型數(shù)字化能源架構(gòu)，將寧夏同心風(fēng)電場(chǎng)列為試點(diǎn)，開(kāi)展“風(fēng)電自主電控與整場(chǎng)群控關(guān)鍵技術(shù)及示范”項(xiàng)目，力求打通“機(jī)-群-域-云”中“機(jī)控”和“群控”兩個(gè)關(guān)鍵層級(jí)。其中，“機(jī)控”系統(tǒng)秉承“高速泛在”理念，構(gòu)建實(shí)時(shí)、廣域新能源控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，為新能源的“群控”系統(tǒng)起到關(guān)鍵支撐作用；“群控”系統(tǒng)秉承“云網(wǎng)融合”理念，構(gòu)建風(fēng)電、光伏、儲(chǔ)能等新能源綜合控制體系，搶占新能源發(fā)電領(lǐng)域戰(zhàn)略制高點(diǎn)，引領(lǐng)新一輪新能源科技革命和產(chǎn)業(yè)革命。圖1“機(jī)-群-域-云”新型數(shù)字化能源架構(gòu)1.自主通用工控系統(tǒng)關(guān)鍵軟硬件技術(shù)，支持各種國(guó)產(chǎn)CPU架構(gòu)（ARM、MIPS、alpha），支持61131編譯體系，支持Profinet或者EtherCAT實(shí)時(shí)以太網(wǎng)通訊功能。開(kāi)發(fā)環(huán)境支持C/C++、IEC61131-3編程語(yǔ)言。此架構(gòu)可支持原有國(guó)外品牌控制器運(yùn)行程序，減少用戶(hù)移植代碼的工作量及縮短移植時(shí)間。支持兼容國(guó)際開(kāi)放式標(biāo)準(zhǔn)的PLCOpen功能塊及子函數(shù)塊。開(kāi)發(fā)系統(tǒng)由編輯器、編譯器、工程配置模塊、通信接口組成。編輯器采用ST編程語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)代碼。編譯器將結(jié)構(gòu)化文本ST源文件編譯成目標(biāo)文件。實(shí)時(shí)運(yùn)行內(nèi)核（RunTime）支持兩段式編譯，基于編譯后的代碼進(jìn)行解析，對(duì)接系統(tǒng)數(shù)據(jù)及內(nèi)存管理，實(shí)現(xiàn)PLC的任務(wù)周期調(diào)度，PLC的監(jiān)控及I/O映射。2.新型架構(gòu)風(fēng)電主控系統(tǒng)和先進(jìn)算法，軟件架構(gòu)分為兩個(gè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)系統(tǒng)（核心控制）和通用系統(tǒng)（智能控制）兩部分，兩個(gè)系統(tǒng)基于虛擬層對(duì)硬件進(jìn)行調(diào)度。其中實(shí)時(shí)系統(tǒng)中包含PLC系統(tǒng)內(nèi)核，用于運(yùn)行工控PLC程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，而通用操作系統(tǒng)用于文件系統(tǒng)操作，網(wǎng)絡(luò)通訊，遠(yuǎn)程訪(fǎng)問(wèn)，高級(jí)語(yǔ)言編程，支持容器技術(shù)，基于風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)，獲知機(jī)組整體和機(jī)組主要部件的運(yùn)行狀況，自動(dòng)診斷各臺(tái)風(fēng)機(jī)的健康狀況；在分析比對(duì)的基礎(chǔ)上，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和識(shí)別關(guān)鍵部件的缺陷和隱患，并對(duì)故障的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)，對(duì)可能發(fā)生的故障及時(shí)預(yù)警，為設(shè)備的合理維護(hù)和檢修計(jì)劃制定提供依據(jù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)風(fēng)電設(shè)備健康管理與可靠性維護(hù)，延長(zhǎng)部件的使用壽命。圖2風(fēng)電機(jī)組機(jī)控側(cè)架構(gòu)3.群控系統(tǒng)搭建“群控”系統(tǒng)接受上級(jí)省級(jí)域控系統(tǒng)調(diào)度，向下監(jiān)視控制風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行。系統(tǒng)由實(shí)時(shí)PLC和服務(wù)器集群組成：實(shí)時(shí)PLC硬件配置與“機(jī)控”P(pán)LC相同，采用IEC61131標(biāo)準(zhǔn)編程，介于服務(wù)器集群和風(fēng)電機(jī)組“機(jī)控”系統(tǒng)之間，與“機(jī)控”側(cè)構(gòu)成分布式控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，負(fù)責(zé)對(duì)全體“機(jī)控”系統(tǒng)的實(shí)時(shí)信息交互和實(shí)時(shí)控制，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和風(fēng)電機(jī)組的實(shí)時(shí)控制；服務(wù)器集群采用具有高擴(kuò)展性能的熱插拔式刀片服務(wù)器，單臺(tái)刀片服務(wù)器CPU采用飛騰S2500，ARMv8架構(gòu)，64核心，采用集群控制技術(shù)進(jìn)行硬件層面綜合調(diào)度，并通過(guò)Docker容器技術(shù)創(chuàng)建獨(dú)立的服務(wù)/應(yīng)用分區(qū)，以充分釋放服務(wù)器計(jì)算性能。服務(wù)/應(yīng)用包括能量管理系統(tǒng)、尾流計(jì)算優(yōu)化系統(tǒng)、載荷計(jì)算仿真系統(tǒng)、設(shè)備診斷系統(tǒng)、智能SCADA系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫(kù)采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)MySQL，負(fù)責(zé)機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與調(diào)用。圖3群控系統(tǒng)架構(gòu)4.風(fēng)電機(jī)組載荷孿生系統(tǒng)，基于先進(jìn)氣動(dòng)算法、多體動(dòng)力學(xué)算法、海洋水動(dòng)力學(xué)算法和控制系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)算法、自主開(kāi)發(fā)風(fēng)電機(jī)組載荷計(jì)算軟件，一方面通過(guò)模型重構(gòu)技術(shù)形成數(shù)字孿生（DigitalTwin）風(fēng)機(jī)，在實(shí)時(shí)監(jiān)控風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況的同時(shí)，建立風(fēng)機(jī)疲勞損傷和壽命估計(jì)模型，配合自適應(yīng)控制模式，實(shí)現(xiàn)全生命周期的優(yōu)化控制，實(shí)現(xiàn)和超越設(shè)計(jì)發(fā)電量；另一方面，基于風(fēng)機(jī)實(shí)時(shí)疲勞損傷和壽命估計(jì)模型，科學(xué)合理評(píng)估疲勞壽命，延長(zhǎng)風(fēng)機(jī)使用壽命，通過(guò)增值進(jìn)而降低風(fēng)電度電成本。（三）建設(shè)方案介紹項(xiàng)目建設(shè)目標(biāo)、重點(diǎn)工作任務(wù)、關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用、業(yè)務(wù)優(yōu)化路徑、領(lǐng)先點(diǎn)、創(chuàng)新點(diǎn)等。2023年，以“XX寧夏同心風(fēng)電自主電控與整場(chǎng)群控關(guān)鍵技術(shù)研究與示范”項(xiàng)目為依托，對(duì)同心風(fēng)電場(chǎng)100臺(tái)華創(chuàng)風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行主控系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化替換升級(jí)和變槳系統(tǒng)替換升級(jí)。2024年至2026年，計(jì)劃用三年時(shí)間，完成集團(tuán)公司范圍內(nèi)約2600臺(tái)孤兒風(fēng)機(jī)的主控系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化替換升級(jí)和變槳系統(tǒng)替換升級(jí)。1.風(fēng)電自主電控系統(tǒng)研發(fā)與應(yīng)用“機(jī)控”系統(tǒng)為“機(jī)群域云”架構(gòu)的基礎(chǔ)，對(duì)風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行直接控制，同時(shí)負(fù)責(zé)指令的接收與數(shù)據(jù)的上傳。XX可再生能源試驗(yàn)研究院有限公司先后完成3個(gè)廠(chǎng)家3個(gè)體系架構(gòu)5種型號(hào)國(guó)產(chǎn)CPU的風(fēng)電主控系統(tǒng)研發(fā)和樣機(jī)并網(wǎng)測(cè)試，實(shí)現(xiàn)了全棧核心軟硬件技術(shù)自主化和供應(yīng)鏈國(guó)產(chǎn)化，解決了風(fēng)電主控系統(tǒng)卡脖子和產(chǎn)業(yè)鏈安全問(wèn)題。先后研發(fā)實(shí)現(xiàn)了中國(guó)電子ARMv8架構(gòu)首款工控CPU騰瓏E2000Q和龍芯中科自主LoongArch架構(gòu)首款工控CPU2K1500在全球范圍內(nèi)首個(gè)系統(tǒng)應(yīng)用；率先研發(fā)并驗(yàn)證了基于龍芯中科MIPS架構(gòu)2K1000和中國(guó)電子ARMv8架構(gòu)FT2000/4的跨CPU體系架構(gòu)異構(gòu)冗余技術(shù)；開(kāi)發(fā)了行業(yè)首套基于ARMv7架構(gòu)珠海全志A40iCPU風(fēng)電主控系統(tǒng)；裝有自主主控系統(tǒng)的風(fēng)電樣機(jī)MTBF超過(guò)4500小時(shí)，取得行業(yè)首張風(fēng)電自主主控系統(tǒng)DTWindOS(E2000Q)的型式認(rèn)證證書(shū)。經(jīng)院士領(lǐng)銜的專(zhuān)家委員會(huì)評(píng)估總體處于國(guó)際先進(jìn)水平、兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)國(guó)際領(lǐng)先，標(biāo)志著XX集團(tuán)已完全掌握了基于多種指令架構(gòu)國(guó)產(chǎn)CPU的工業(yè)控制系統(tǒng)全棧技術(shù)開(kāi)發(fā)能力，初步構(gòu)建起自主可控新能源新型工控系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)鏈。其中，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)采用KylinOS麒麟實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，通用操作系統(tǒng)采用Kylin嵌入式操作系統(tǒng)，負(fù)責(zé)對(duì)性能要求較高的應(yīng)用，包括對(duì)文件系統(tǒng)操作，高級(jí)語(yǔ)言編程，人機(jī)交互界面，優(yōu)化算法等，能夠支持自動(dòng)診斷各臺(tái)風(fēng)機(jī)的健康狀況；在分析比對(duì)的基礎(chǔ)上，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和識(shí)別關(guān)鍵部件的缺陷和隱患，并對(duì)故障的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)，對(duì)可能發(fā)生的故障及時(shí)預(yù)警，為設(shè)備的合理維護(hù)和檢修計(jì)劃制定提供依據(jù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)風(fēng)電設(shè)備健康管理與可靠性維護(hù)，延長(zhǎng)部件的使用壽命。本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)負(fù)責(zé)對(duì)機(jī)組的秒級(jí)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存。2.風(fēng)場(chǎng)批量改造近期將對(duì)同心風(fēng)電場(chǎng)三期100臺(tái)華創(chuàng)機(jī)組進(jìn)行主控系統(tǒng)和變槳系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化替換升級(jí)批量改造。制定改造技術(shù)方案，由可再生院組建主控技改團(tuán)隊(duì)，并行對(duì)機(jī)組改造。遠(yuǎn)期將對(duì)集團(tuán)公司約2600臺(tái)孤兒機(jī)組陸續(xù)進(jìn)行批量升級(jí)改造。3.群控系統(tǒng)搭建“群控”系統(tǒng)接受上級(jí)省級(jí)域控系統(tǒng)調(diào)度，向下監(jiān)視控制風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行。系統(tǒng)由實(shí)時(shí)PLC和服務(wù)器集群組成：實(shí)時(shí)PLC硬件配置與“機(jī)控”P(pán)LC相同，采用IEC61131標(biāo)準(zhǔn)編程，介于服務(wù)器集群和風(fēng)電機(jī)組“機(jī)控”系統(tǒng)之間，與“機(jī)控”側(cè)構(gòu)成分布式控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，負(fù)責(zé)對(duì)全體“機(jī)控”系統(tǒng)的實(shí)時(shí)信息交互和實(shí)時(shí)控制，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和風(fēng)電機(jī)組的實(shí)時(shí)控制；服務(wù)器集群采用具有高擴(kuò)展性能的熱插拔式刀片服務(wù)器，單臺(tái)刀片服務(wù)器CPU采用飛騰S2500，ARMv8架構(gòu)，64核心，采用集群控制技術(shù)進(jìn)行硬件層面綜合調(diào)度，并通過(guò)Docker容器技術(shù)創(chuàng)建獨(dú)立的服務(wù)/應(yīng)用分區(qū)，以充分釋放服務(wù)器計(jì)算性能。服務(wù)/應(yīng)用包括能量管理系統(tǒng)、尾流計(jì)算系統(tǒng)、載荷計(jì)算仿真系統(tǒng)、設(shè)備診斷系統(tǒng)、智能SCADA系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫(kù)采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)MySQL，負(fù)責(zé)機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與調(diào)用。4．風(fēng)電機(jī)組載荷孿生系統(tǒng)風(fēng)電機(jī)組載荷孿生系統(tǒng)是基于先進(jìn)氣動(dòng)算法、多體動(dòng)力學(xué)算法、海洋水動(dòng)力學(xué)算法和控制系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)算法、自主開(kāi)發(fā)風(fēng)電機(jī)組載荷計(jì)算軟件，能夠?qū)︼L(fēng)電機(jī)組的載荷實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，也采用載荷數(shù)字孿生技術(shù)。載荷監(jiān)測(cè)是通過(guò)應(yīng)力片或布拉格光柵的形變直接檢測(cè)，或通過(guò)激光或超聲波的反射間接測(cè)量槳葉、主軸、塔筒等載荷強(qiáng)度較高的部位的應(yīng)力數(shù)值，通過(guò)疲勞損傷模型和壽命估計(jì)模型進(jìn)行載荷的監(jiān)測(cè)、預(yù)警和評(píng)估。載荷孿生技術(shù)通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)機(jī)組數(shù)字建模，一方面在實(shí)時(shí)監(jiān)控風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況的同時(shí)，建立風(fēng)機(jī)疲勞損傷和壽命估計(jì)模型，配合自適應(yīng)控制模式，實(shí)現(xiàn)全生命周期的優(yōu)化控制，實(shí)現(xiàn)和超越設(shè)計(jì)發(fā)電量；另一方面，基于風(fēng)機(jī)實(shí)時(shí)疲勞損傷和壽命估計(jì)模型，科學(xué)合理評(píng)估疲勞壽命，延長(zhǎng)風(fēng)機(jī)使用壽命，通過(guò)增值進(jìn)而降低風(fēng)電度電成本。5．機(jī)控與群控測(cè)試分階段對(duì)完成改造機(jī)組進(jìn)行穩(wěn)定性測(cè)試，通過(guò)240驗(yàn)證，確保改造一臺(tái)，測(cè)試一臺(tái)，驗(yàn)收一臺(tái)；對(duì)群控系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性能測(cè)試、延時(shí)測(cè)試、數(shù)據(jù)擁堵測(cè)試、最大并發(fā)測(cè)試、機(jī)組載荷測(cè)試、硬件在環(huán)測(cè)試，整場(chǎng)機(jī)組調(diào)度算法測(cè)試。對(duì)自主主控及整場(chǎng)群控系統(tǒng)進(jìn)行型式認(rèn)證、一次調(diào)頻、高低穿涉網(wǎng)測(cè)試等。三、項(xiàng)目效果（一）項(xiàng)目效益項(xiàng)目在提高生產(chǎn)效率、保障安全生產(chǎn)、提升管理水平等方面取得成效。1.直接效益該示范項(xiàng)目的應(yīng)用，可以徹底解決同心風(fēng)電場(chǎng)原風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)故障率高、控制策略無(wú)法調(diào)整、無(wú)廠(chǎng)家維護(hù)、數(shù)據(jù)采集不滿(mǎn)足要求等疑難問(wèn)題，降低備件采購(gòu)周期及成本。通過(guò)應(yīng)用基于自主硬件的電控系統(tǒng)及其先進(jìn)控制算法，減少風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部件故障停機(jī)時(shí)間和次數(shù)，提高發(fā)電效益。首臺(tái)完成改造的60號(hào)風(fēng)電機(jī)組通過(guò)240考核后，運(yùn)行平穩(wěn)，并經(jīng)過(guò)低溫（零下17℃）、大風(fēng)（超過(guò)33m/s）、大雪、冰凍等復(fù)雜天氣考驗(yàn)。改造前后性能對(duì)比如下：①2022年1?8月平均風(fēng)速5.49m/s，在平均風(fēng)速低于2021年2.8%條件下，同期累計(jì)發(fā)電量2654363kWh，高于2021年同期累計(jì)發(fā)電量9.42%，增利14.5萬(wàn)元；②在低于全場(chǎng)平均風(fēng)速6.9%情況下，比全場(chǎng)平均發(fā)電量高出186910kWh，高于平均水平7.58%，排名第6；③期間故障停機(jī)時(shí)長(zhǎng)由244小時(shí)降低到99小時(shí)，降低59.4%，故障損失電量123785.5kWh降低到32684kWh，降低73.6%，可靠性明顯提升。2.間接效益該示范項(xiàng)目的應(yīng)用，為集團(tuán)的發(fā)展提供新能源數(shù)字智能轉(zhuǎn)型完整解決方案，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電業(yè)務(wù)數(shù)字化、智能化的發(fā)展產(chǎn)。形成集團(tuán)公司數(shù)字智能核心電控系統(tǒng)品牌，參與市場(chǎng)化競(jìng)爭(zhēng)的同時(shí)，積極參與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的建立，促進(jìn)風(fēng)電行業(yè)完全自主可控的發(fā)展。3.安全效益通過(guò)引入基于自主硬件的電控系統(tǒng)及其先進(jìn)控制算法，可以更準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)，提前預(yù)防和發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)的故障問(wèn)題，防止設(shè)備缺陷的擴(kuò)大，減少在極端情況下風(fēng)機(jī)發(fā)生倒塔、飛車(chē)等重大事故的風(fēng)險(xiǎn)，有效解決了大風(fēng)工況下機(jī)艙震動(dòng)超限報(bào)故障停機(jī)缺陷，為風(fēng)場(chǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供技術(shù)保障，為風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行維護(hù)提供科學(xué)的決策支持。（二）鑒定評(píng)價(jià)（如有）項(xiàng)目通過(guò)專(zhuān)家評(píng)審、第三方鑒定，確認(rèn)項(xiàng)目的應(yīng)用效果、創(chuàng)新實(shí)踐等的評(píng)價(jià)。2022年10月17日，完成國(guó)家權(quán)威第三方機(jī)構(gòu)中國(guó)質(zhì)量認(rèn)證中心的風(fēng)電主控系統(tǒng)型式認(rèn)證，取得風(fēng)力風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)DTWindOS(E2000Q)中國(guó)質(zhì)量認(rèn)證中心頒發(fā)的型式