科创中国

规模化风电并网运行要求高、难度大。引进数字孪生超感知技术，改进风电运行控制性能，提升区域 风电运维水平，是解决上述问题的必要手段。项目通过产学研联合攻关，突破了一体化监测和多源异构数据批次化治理、数字孪生体建模及迁移应 用、数据线程交互及多领域融合映射等关键技术，自主设计并率先研发成功基于数字孪生的风力发电智能化超感知系统，应用于风电运行性能在线寻优和区域风电的协同联动优化运维。项目成果适用于海上/陆上风电智能化运行控制及区域协同运维。成果在中国华能集团山东、吉林、浙江等分公司50余个风电场投运，实现了风电运行态势智能超感知、场-机协同调控和区域风电协同优化运维，显著提升了风力发电效能和可靠性。近三年，成果应用新增销售额85822.69万元、新增利润13684.18万元。 经赵沁平院士、李德仁院士为主任委员的鉴定委员会认定，相关成果为国内外首创，总体技术水平和主要技术经济指标达到了国际领先水平。

项目团队在刘吉臻院士带领下，依托新能源电力系统国家重点实验室、电 力工业全过程国家级虚拟仿真实验教学中心、中国华能-华北电力大学海上风电联合实验室，在国家 973 计划项目、自然基金重点项目、中国工程院重大咨询项目和中国华能集团总部科技项目等支持下，通过产学研联合攻关，突破若干核心技术，自主设计并率先研发成功基于数字孪生的风力发电智能化超感知系统，应用于区域风电运行性能优化和维护水平提升。创新点如下： 1）研发了风力发电一体化监测和多源异构数据治理技术，发明了融合高维 混合聚类、联合概率空间异常识别寻优和时域异常值分布区间建模的多维数据异常值联合识别方法，提出了基于相似工况分段扫描、时序动态双向建模和缺失数据多重填补的连续缺失数据恢复方法，建立了数据治理智能深度学习模型，实现了百万点秒级风电数据的质量评估和批次化治理。 2）提出了“低频动态机理建模+高频动态数据补偿”和“机器学习特征挖掘+非线性运行区域识别+时序动态数据建模”的风力发电数字孪生建模方法

项目成果填补了国内外风力发电智能化超感知技术空白，适用于海上/陆上 风电单机、场群智能管控及智慧运维，可满足风电机组全生命周期运行需求。近三年，华北电力大学受电力企业委托开展风电数字孪生核心技术研发，累计新增科研到款 3390.00 万元；成果依托华能清洁能源技术研究院在风电行业内推广应用，近两年累计新增销售合同额 6552.37 万元。在新型电力系统建设背景下，本成果的推广应用，将大幅推动风电智能化技术进步，促进规模化风电的高效开发利用，社会经济效益显著，应用前景广阔。

2020 年 10 月华北电力大学与中国华能集团成立“海上风电与智慧能源系统 联合实验室”，共同合作开展“海上风电与智慧能源系统科技专项（一期）[***20-H88]”项目研究，以华能集团技术创新中心有限公司为承办单位，与集团下属的华能集团清洁能源技术研究院、西安热工院、北京华能新锐控制技术有限公司等开展广泛“产学研”协同研究。 项目负责人房方教授牵头承担了“海上风电与智慧能源系统科技专项（一期） [No. HNKJ20-H88]”项目中“智能海上风电场关键技术[No. HNKJ20-H88-03]”课题的研究工作，重点与中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司、北京华能新锐控制技术有限公司开展密切“产学研”合作，就风力发电数字孪生系统，及其智能感知、控制和运维等应用研究。

自主研发的基于数字孪生的风力发电智能超感知关键技术在中国华能集团 山东、吉林和浙江等分公司应用，实现了风力发电场的智能化管控和运维，大幅提高了运行监测和维护水平，经济效益显著。该成果于 2019 年 1 月起，陆续在上述华能分公司 50 余个风电场 3000 余台风电机组投运，应用风力发电数字孪生超感知智能平台进行安全高效的风电运行监测感知、场-机协同调控和区域风电协同联动优化运维，提升风力发电效能和经济性。2019 年 1 月起在华能山东分公司 700 余台风电机组投运，应用场-机多目标协同控制算法和自主可控新型主控系统，风电机组分量载荷最大降低超过 12%。2019 年 1 月起在华能吉林分公司 1100 余台风电机组投运，应用场-机协同多目标优化控制算法和新型主控系统，风电多任务功率跟踪精度平均提升 5%。2020 年 3 月起风电机组数字孪生超感知与运维系统在华能浙江分公司 13 个新能源场站应用，实现了新能源场站的集中智能管控，大幅提高了运维水平。2020 年 12 月起风电机组数字孪生超感知与运行控制系统陆续在华能定边、江苏和吉林分公司的 2.0MW 与 5.0MW 型号机组完成了示范应用。

项目自主研发的基于数字孪生的风力发电智能化超感知、运行控制及优化 运维等关键技术在中国华能集团吉林、山东和浙江分公司应用，实现了风力发电场的智能化管控，大幅提高了运行监测和控制水平，经济效益显著。该成果于 2019 年 1 月起，陆续在上述华能分公司 50 余个风电场 3000 余台风电机组投运，应用风电数字孪生智能化超感知平台进行安全高效的风电运行监测感知、场-机协同调控和区域风电协同联动优化运维，提升风力发电效能和经济性。 按照年化计算，采用基于数字孪生的智能化超感知运行控制与优化运维技 术可提高运行控制效率，上述应用累计减少现场人员 36 人，节约人力成本 718.65万元，降低检修时间，减少经济损失 948.65 万元；智能状态感知及时发现设备异常，年均减少停机时长 252.6 小时，减少损失 1620.93 万元；故障诊断和预警避免大部件损坏，降低机组故障率 10%，减少经济损失 1221.56 万元；减少低效风机 82%，带来经济效益 621.46 万元。