“数字孪生＋超算中心”新能源智慧场站建设及应用

国家电投集团云南国际电力投资有限公司坚持“智改数转保安全提效能”的工作理念，依据目前新能源行业发展需求，构建包含智能生产、智能管理、智能决策三个层面的智慧场站总体框架，围绕单位千瓦利润、度电成本、人均劳动生产率等关键指标提升，制定智慧场站建设目标及原则，建成云南省第一个环境友好型智慧风电场富源西“数字孪生＋超算中心”风电场，是新能源行业首次与超算结合构建的数字孪生场站。

项目通过建立风机、升压站、设备、场区地形等全维度数字孪生模型，实现发电设备的智能监盘、智能预警、状态评估、故障诊断、智能控制、运行优化、辅助维护等功能，将“云大物移智链边”等新一代信息通信和数智化技术与场站生产运行业务融合，构建以生产运营中心为生产调度指挥中心的新能源生产管控新模式。数字孪生管理系统还涵盖了项目选址、项目建设交付、风电日常运维、风电检修直至报废的全流程数据及文档管理功能，实现风电设备的全生命周期管控，为场站的数据及文档管理提供了数智化便利条件。该系统打破了场站原有不同系统间的数据壁垒，可在数字孪生管理系统内调用场站各系统数据，为机组后续实时寿命计算打下了基础。

通过超算中心及数字孪生技术，建立了从风电场站、单台风机、单个设备到设备内零部件的全尺度几何模型，实现了从宏观大场景到微观零部件的数字孪生。借助物联网、大数据、机器学习、人工智能、VR&AR等技术，在孪生体内部集成数据，展现场站风资源分布、潮流分布、螺栓载荷分布、振动频谱图等软测量数据。在此基础上，通过机理算法及大数据模型，实现场站的故障诊断及故障预警，并向运维人员提相应的处理意见，降低运维人员工作量，提升运维效率及效果。

富源西环境友好型智慧风电场凭借其面向高原地形的风资源精准评估软件，不仅实现了对复杂地理环境下风能资源的精确测量与评估，还通过引入大容量风电机组核心装备，显著提升了风电场的发电效率与稳定性，带动和提升了我国风电装备制造业自主创新能力和新能源相关技术国际竞争力。

随着智能传感、人工智能等技术的不断发展和应用，智慧风电场站将会迎来更加广阔的发展空间和前景。通过产业的深度研究及跨界技术引进和融合，智慧场站将在多层智能控制、集群控制、基于大数据的应用、机器替人和无人值守、两个“一体化”上将取得更多的创新和突破。

云南国际：数智班果  逐光高原

设备运行状况难以精细掌握、人工运维效率不高、山火隐患多……在高原和山地地形面积占比达94%的云南省，国家电投集团云南国际电力投资有限公司（以下简称“云南国际”）新能源场站建设运维面临多重难题。自国家电投集团智慧场站建设工作深入实施以来，云南国际以2018年投运的班果光伏电站作为示范试点，力争打造高原山地光伏智慧场站标杆。

智能运转，提高工作质效。通过轨道机器人、多类型智能摄像机、拟人态传感器等设备技术，实现日常智能巡检和智能诊断，减少人工作业，现场运维人员从6人降至当前的3人，最终将实现无人巡检。

智能安防，提升本质安全。通过构建场区路网模型、360度火情扫描监测等，做到火情预警、陌生人闯入预警、电子围栏等，统筹一次设备防误、二次设备防误、辅助设备防误、接地线操作防误等多重安全防护建设，保障人员安全，实现场站巡检智慧化、设备操作远程化、检修工作系统化。

建立模型，实现状态分析。通过建立数字环境模型，利用人工智能进行光伏组串故障诊断，构建火情与气象灾害融合分析，预测设备运行故障隐患，实现精细化运维作业导航。在智能分析和组件健康诊断下，减少故障停机时间，每年可至少降低1%的电量损失。

数据融合，实现价值共享。打通监控系统与大数据平台、监控系统与报表系统、大数据平台与ERP系统、ERP系统与报表系统数据接口，实现多系统数据融合，构建价值共享。

柔性直流微电网直流接入技术

柔性直流微电网直流接入技术利用铝厂园区屋顶或空地建设分布式光伏，光伏组件发电后经过传输电缆连接到低压直流电能路由器的输入侧，低压直流电能路由器的输出连接到电解铝母线保护柜，最终汇集到电解槽系列母线，实现光伏对电解系列母线绿色直接供电。技术简化了传统分布式光伏“直—交—直”的变换过程，实现光伏板到铝电解直流母线“直—直”的直接接入，使系统效率提升6%～8%，电能得到充分利用。

柔性直流微电网直流接入技术采用直流高效隔离变换技术、直流微电网独立构网技术、小功率高速电力电子变换装置与大功率整流装置并联运行与自动系列电压跟随技术、光伏侧最大功率追踪与电解系列侧自动追踪控制技术、接入大容量直流系统设备的短路保护技术、复杂系统直流电力电子系统联合仿真技术等关键技术，减少了变换环节，提高了变换效率，避免了光伏系统对交流电网和安全生产的不利影响，属于应用于电解系统的节能降耗减碳先进技术。

柔性直流微电网系统中的关键成套设备直流电能路由器为隔离型DC-DC变换装置，采用模块化设计及先进数字化控制技术，确保直流电源输出的高精度、低纹波、电压电流动态响应速度快，效率高达98%以上；与传统电源相比较，高频开关式直流电源具备体积小，重量轻，纹波小，功率因数高、稳定性好等优点。

技术围绕“绿色、低碳、安全、降本”的理念，形成了DC-DC直流电能路由器集成应用、光伏直流可靠接入电解铝母线和整流协调控制等一揽子技术方案，解决新能源接入电解铝交流侧容量限制问题，降低用电成本，提升电解铝绿电占比，实现清洁能源就地消纳，推动电解铝降本增效和绿色转型。在低压柔性直流微电网技术的成功规模化应用基础上，研制出适用于光伏电解铝远距离输送电的稳固型柔性中压直流微电网系统，有效解决了分布式光伏直流远距离输送电的电力损耗问题，同时实现了远距离大规模绿色直流电力直接接入电解铝的调度策略，为电解系列消纳更多的光伏绿电提供了有力的技术支撑。

国家电投云南国际本着科技创新催生新产业、新模式、新动能的特色本质，继续做好技术创新，推动新质生产力加快发展。柔性直流微电网直流接入技术的规模化应用，意味着光伏发电直流接入电解铝生产用电取得重大突破，将为国内绿电转化和新型电力系统建设提供经验和示范。目前项目已应用于云南、内蒙古、青海和宁夏等省市自治区，涵盖云铝股份、大唐呼铝电公司、黄河鑫业有限公司、宁夏能源铝业等国内一流电解铝企业。