新能源多场景智慧运营下的设备健康状态预警与诊断关键技术应用

在我国碳达峰、碳中和战略目标以及“新基建”的推动下，在发电侧新能源成为新型电力系统的重要组成部分，未来将成为能源供给侧的主力；在用能侧新能源电动汽车和充电设施的快速发展，助力碳减排成为常态。一方面，规模化新能源接入新型电力系统后，由于设备运行工况复杂、故障特征参量与故障演化过程耦合关联，多场景下的源-荷协同需求不确定等特点，面临运营效率低、数据资产利用率低、设备健康状态预警难、诊断难等问题；另一方面，电动汽车充电火灾事故越来越多，随着车桩使用寿命的衰退，安全预警边界难以准确预测，面临着充电安全实时精准检测难、车桩协同预警难、诊断难和主动安全防护难等问题。

在国家自然科学基金、国网天津市电力公司、国能思达科技有限公司等产学研用科技项目联合攻关下，本项目开展了风电、光伏、储能、车桩等构成的新能源网络控制系统研究，通过对复杂网络系统运行稳定性理论分析，从“系统理论-关键技术-示范应用”三个维度开展产学研用联合攻关。历时8年，发展并完善了新能源网络切换控制系统，提出了新能源多场景下设备机理模型与多源数据驱动相结合的建模方法，开发了适用于多场景下的系统与设备数字孪生模型，研制了基于云平台的新能源运行优化与故障预警诊断系统、充电安全智能化监控诊断装备及大数据安全防护平台，解决了充电故障实时监控及智能预警难、诊断难的问题，形成了整套数字化解决方案，提升运维效率，并获推广应用。主要创新点如下：

（1）提出了含风电、光伏、储能、车桩等节点的新能源网络切换控制系统，阐述了网络切换控制系统的事件触发控制机理，基于安全保护需求设计了零障碍函数，分析了网络切换系统多Lyapunov理论框架下系统的稳定性。

（2）提出了多场景下设备机理模型与多源数据驱动相结合的建模方法，建立了多场景下设备数字孪生系统模型，增强了模型态势感知能力，提升了新能源设备的模型精度，通过不同速率加速实现了设备的全周期运行预演。

（3）构建了面向风电、光伏、车桩等多场景的设备全生命周期健康评估预警及诊断体系，提出了改进粒子群算法优化深度置信网络的新能源设备全周期健康评估及诊断方法，精准刻画了设备的本征信息与故障演化机理，提升了设备健康评估预警及诊断体系的实用性。

（4）提出了改进RNN神经网络的充电桩故障监测和诊断技术，形成了自更新能力的智能预警库；构建了改进灰色关联度模糊评价的车-桩一体化安全状态评价模型，形成了云边协同主动安全防护体系。

项目获授权发明专利18件，实用新型专利15件，软件著作权23件；发表论文88篇，其中SCI检索论文43篇，EI/中文核心文章35篇；培养博士10人、硕士45人。

项目产生直接经济效益约30亿元，新增利润约5亿元。新能源发电侧，项目成果在全国21个省区、9个发电集团的120余座风电场、20余座光伏电站推广应用；配用电侧，项目成果从天津示范应用，并推广至山东、河北等全国21个省级行政区的150余座大型充电站。项目成果近三年累计提升发电量2.9亿千瓦时，减少碳排放约25.02万吨，节约标准煤约9.27万吨。项目促进新能源产业和“新基建”持续发展，为国家“碳达峰、碳中和”战略目标提供了支撑。