1月8-10日，2019年（第四屆）風(fēng)電場(chǎng)智能化專(zhuān)題交流研討會(huì)在成都召開(kāi)。本次會(huì)議由中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)科技開(kāi)發(fā)服務(wù)中心和全國(guó)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)協(xié)作網(wǎng)主辦，300多位行業(yè)專(zhuān)家和領(lǐng)導(dǎo)與會(huì)交流。北京天澤智云科技有限公司解決方案經(jīng)理姜?jiǎng)P出席會(huì)議，并針對(duì)目前智能化應(yīng)用面臨的模型預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性問(wèn)題，發(fā)表《以模型全生命周期管理為核心的風(fēng)電智能化實(shí)踐》主題演講，以下為主要內(nèi)容。

天澤智云解決方案經(jīng)理 姜?jiǎng)P

1、風(fēng)電智能化建設(shè)痛點(diǎn)——模型預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性不穩(wěn)定

隨著智能化技術(shù)的發(fā)展，市場(chǎng)上涌現(xiàn)出非常多以模型為核心的智能運(yùn)維應(yīng)用，包括針對(duì)風(fēng)機(jī)端、風(fēng)場(chǎng)端等，很大程度上解決了風(fēng)電行業(yè)限電嚴(yán)重、度電成本高、運(yùn)維難度大、人員流失等痛點(diǎn)問(wèn)題。

與業(yè)務(wù)創(chuàng)新結(jié)合的智能運(yùn)維應(yīng)用

但在應(yīng)用中我們發(fā)現(xiàn)模型預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性成為了風(fēng)電行業(yè)智能化建設(shè)的典型問(wèn)題，很多模型在測(cè)試開(kāi)發(fā)及應(yīng)用初期準(zhǔn)確性很高，但隨著時(shí)間的推移逐漸出現(xiàn)誤報(bào)、漏報(bào)等預(yù)測(cè)不準(zhǔn)確的問(wèn)題。

究其根源，主要是因?yàn)楣收蠑?shù)據(jù)的缺失和不足。風(fēng)場(chǎng)的智能化建設(shè)相對(duì)還處在比較初期的階段，能夠積累大量故障數(shù)據(jù)并進(jìn)行統(tǒng)一化管理的業(yè)主并不是很多。而不論是機(jī)器學(xué)習(xí)還是故障預(yù)測(cè)，都需要有足夠多的故障數(shù)據(jù)才能更好地完成對(duì)模型的分析和預(yù)測(cè)。

在這樣的背景下要保證模型預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，首先需要完善數(shù)字化積累，建立平臺(tái)管理數(shù)據(jù)，同時(shí)通過(guò)一套完整的體系進(jìn)行模型全生命周期管理，提高預(yù)測(cè)的精確度。

2、模型全生命周期管理建設(shè)——全面提升預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性

基于天澤智云工業(yè)智能實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，我們將模型全生命周期管理建設(shè)過(guò)程總結(jié)為以下幾個(gè)階段：

首先，模型設(shè)計(jì)與建立。

與行業(yè)專(zhuān)家、運(yùn)維工程師基于已有風(fēng)機(jī)故障探討，結(jié)合業(yè)務(wù)知識(shí)，明確是否需要建立相應(yīng)的模型，并通過(guò)專(zhuān)業(yè)的方法和工具，形成體系化的建模理論。

其次，模型訓(xùn)練及優(yōu)化。

完成建模之后，融合不同維度的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，完成自動(dòng)化數(shù)據(jù)標(biāo)注和模型數(shù)據(jù)對(duì)接，協(xié)助模型的訓(xùn)練和優(yōu)化。

再次，模型升級(jí)及管理。

完成訓(xùn)練之后，對(duì)不同場(chǎng)景下的模型進(jìn)行版本管理、升級(jí)和調(diào)用。同一問(wèn)題在不同業(yè)務(wù)場(chǎng)景中有不同表現(xiàn)，如齒輪箱故障預(yù)測(cè)在冬季和夏季可能對(duì)有不同的結(jié)果。所以可以將模型類(lèi)比成一套軟件，需要不停的關(guān)注、迭代和優(yōu)化。

最后，模型應(yīng)用支持。

完成上述流程后，對(duì)接到不同的業(yè)務(wù)系統(tǒng)（如風(fēng)功率預(yù)測(cè)、故障預(yù)測(cè)等），接入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，完成模型與業(yè)務(wù)應(yīng)用環(huán)境對(duì)接，支撐業(yè)務(wù)應(yīng)用落地。最終形成整個(gè)閉環(huán)。

3、以模型全生命周期管理為核心的風(fēng)電智能運(yùn)維應(yīng)用設(shè)計(jì)

天澤智云結(jié)合以上理念，打造出一套基于DT/AT/PT/OT的相對(duì)完善的風(fēng)電智能運(yùn)維應(yīng)用體系，幫助客戶(hù)快速解決風(fēng)電運(yùn)維中的多種問(wèn)題。

概括而言可以分為兩部分，建模分析和邊緣物聯(lián)。首先通過(guò)風(fēng)場(chǎng)智能物聯(lián)網(wǎng)與邊緣計(jì)算平臺(tái)收集SCADA、CMS或其他系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，之后通過(guò)數(shù)據(jù)預(yù)處理、降噪、降維等方法建立特征庫(kù)，再結(jié)合機(jī)理分析和特征工程，及模型訓(xùn)練、模型驗(yàn)證得到數(shù)據(jù)進(jìn)行部署和監(jiān)控，最后實(shí)現(xiàn)風(fēng)電的微服務(wù)、可視化等不同的應(yīng)用服務(wù)，形成風(fēng)電智能運(yùn)維應(yīng)用的閉環(huán)。

模型設(shè)計(jì)及訓(xùn)練——GenPro^TM 端到端的風(fēng)電智能建模支撐

GenPro^TM是天澤智云自由研發(fā)的模型的開(kāi)發(fā)工具，模型設(shè)計(jì)及訓(xùn)練環(huán)境支撐完整的工業(yè)數(shù)據(jù)分析和PHM建模過(guò)程，內(nèi)置各類(lèi)算子，實(shí)現(xiàn)與PHM知識(shí)體系相結(jié)合，協(xié)助風(fēng)電算法工程師快速完成模型搭建。

模型設(shè)計(jì)及訓(xùn)練環(huán)境具有風(fēng)電應(yīng)用模型模板，便于算法工程師快速學(xué)習(xí)風(fēng)電模型的搭建和設(shè)計(jì)，完成新模型的研發(fā)。

AI算法模型管理庫(kù)——CyberRepository^TM 模型存儲(chǔ)和版本管理

我們也開(kāi)發(fā)了專(zhuān)用的模型管理庫(kù)—CyberRepository^TM行業(yè)算法組件庫(kù)，包括齒輪箱、軸承、發(fā)動(dòng)機(jī)故障預(yù)測(cè)等不同的算法模板庫(kù)，及訓(xùn)練流程庫(kù)，能夠讓大家更方便地完成對(duì)不同模型的版本管理，同時(shí)能夠迅速地參考庫(kù)中模型完成模型的自主開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。

開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)、運(yùn)行管理之后，到了應(yīng)用。對(duì)于模型的應(yīng)用，風(fēng)電領(lǐng)域，風(fēng)機(jī)部件很多，每個(gè)部件都可以形成一個(gè)模型，模型有這么多應(yīng)用，是否每個(gè)都要對(duì)應(yīng)更改應(yīng)用系統(tǒng)。如何解決這個(gè)問(wèn)題。

模型運(yùn)行管理——CyberSphere^TM

我們知道風(fēng)機(jī)有非常多的零部件，如果對(duì)每個(gè)進(jìn)行建模系統(tǒng)將會(huì)形成一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)。在此，我們開(kāi)發(fā)了模型運(yùn)行管理工具CyberSphere^TM，通過(guò)可視化管理調(diào)度模型的運(yùn)行周期、次數(shù)及頻率。在運(yùn)行過(guò)程中如果模型需要更改，則可直接通過(guò)CyberSphere^TM將算子計(jì)算的結(jié)果輸入到數(shù)據(jù)庫(kù)，迅速對(duì)模型更新迭代且不影響其他應(yīng)用的使用，從而快速構(gòu)建智能平臺(tái)。

4、風(fēng)電模型全生命周期管理應(yīng)用實(shí)踐

>> 故障預(yù)警系統(tǒng)

基于SCADA數(shù)據(jù)進(jìn)行早期故障預(yù)警/風(fēng)功率預(yù)測(cè)，其背后支撐的是不斷更新迭代的模型全生命周期管理體系，以便于在客戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)完成不同版本、不同模式的模型升級(jí)和管理。

>> 精準(zhǔn)故障分析系統(tǒng)

精準(zhǔn)故障分析系統(tǒng)是將CMS的振動(dòng)信號(hào)與預(yù)警系統(tǒng)的分析結(jié)果相結(jié)合，以大量的機(jī)理和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的模型為支撐的一套分析體系。即當(dāng)預(yù)警系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)早期故障后，針對(duì)性的對(duì)這些故障做精準(zhǔn)分析，同時(shí)對(duì)接CMS系統(tǒng)，對(duì)關(guān)鍵的振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行精準(zhǔn)評(píng)估分析，并自動(dòng)將分析結(jié)果推送給運(yùn)維團(tuán)隊(duì)。

>> 生產(chǎn)管理系統(tǒng)

生產(chǎn)管理系統(tǒng)通過(guò)各種分析方法完善對(duì)風(fēng)場(chǎng)發(fā)電量等應(yīng)用生產(chǎn)能效的分析。以系統(tǒng)對(duì)標(biāo)為例，在整個(gè)風(fēng)場(chǎng)中選出性能最佳的風(fēng)機(jī)作為標(biāo)桿風(fēng)機(jī)，將其他風(fēng)機(jī)與之對(duì)比從而指導(dǎo)風(fēng)場(chǎng)運(yùn)維，相對(duì)標(biāo)記最差/排名最低的風(fēng)機(jī)即為未來(lái)運(yùn)維的主要關(guān)注對(duì)象。

>> 智能運(yùn)維排程系統(tǒng)

智能運(yùn)維排程系統(tǒng)是另一個(gè)非常典型的風(fēng)場(chǎng)應(yīng)用，尤其對(duì)于海上風(fēng)場(chǎng)。眾所周知，船舶、配件及人員等資源調(diào)度是海上風(fēng)電運(yùn)維面臨的一個(gè)重大挑戰(zhàn)。當(dāng)一個(gè)海上風(fēng)場(chǎng)有多臺(tái)風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，目前采用的方法大部分是根據(jù)故障發(fā)生的先后順序來(lái)進(jìn)行維修，而該系統(tǒng)則是從數(shù)學(xué)的視角出發(fā)，思考以什么樣的方式能夠最快、且成本最優(yōu)的完成運(yùn)維，綜合評(píng)估出一套最優(yōu)路徑。

>> 風(fēng)場(chǎng)移動(dòng)運(yùn)維管理系統(tǒng)

為了更好地讓分析決策落地執(zhí)行，風(fēng)場(chǎng)移動(dòng)運(yùn)維管理系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。通過(guò)該系統(tǒng)一方面可以向現(xiàn)場(chǎng)工程師通過(guò)可視化的界面不斷更新風(fēng)場(chǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)維數(shù)據(jù)及信息，另一方面也可以讓運(yùn)維工程師將一線的一些故障數(shù)據(jù)及時(shí)反饋，推送到系統(tǒng)后針對(duì)該標(biāo)簽做針對(duì)性的訓(xùn)練，從而模型迭代優(yōu)化，更好地完善模型，完成閉環(huán)。

>> 應(yīng)用案例：某能源集團(tuán)旗下風(fēng)電機(jī)組智能預(yù)警服務(wù)

天澤智云為其能源集團(tuán)旗下5個(gè)風(fēng)場(chǎng)的140多臺(tái)風(fēng)機(jī)部署風(fēng)電智能預(yù)警系統(tǒng)，幫助其從故障后維修躍遷到主動(dòng)預(yù)防性維護(hù)，降低運(yùn)維復(fù)雜度，大幅度減少風(fēng)機(jī)停機(jī)時(shí)間和發(fā)電量損失，降低風(fēng)場(chǎng)故障率，減少備件消耗，降低運(yùn)營(yíng)成本。通過(guò)實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)了以下功能：

模型的快速部署

• 模型總數(shù)量 305個(gè)

• 支持同一風(fēng)場(chǎng)不同風(fēng)機(jī)的部署以及在不同風(fēng)場(chǎng)的部署

• 第一個(gè)風(fēng)場(chǎng)部署時(shí)間1周，剩余四個(gè)部署總時(shí)間1周

系統(tǒng)的高魯棒性和安全性

• 自去年8月上線以來(lái)，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，零宕機(jī)

• 數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，防止數(shù)據(jù)被竊取

• 模型校驗(yàn)，模型代碼混淆和加密，防止惡意篡改和非法破解

模型具備高可調(diào)試性

• 對(duì)模型運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控，給算法團(tuán)隊(duì)提供了模型運(yùn)行精度的衰退情況，便于模型的訓(xùn)練、快速優(yōu)化和更新

作者簡(jiǎn)介

姜 凱

天澤智云解決方案經(jīng)理

上海交通大學(xué)儀器科學(xué)與工程系碩士研究生。合作參與風(fēng)電、軌道交通、化工、制造等多個(gè)工業(yè)領(lǐng)域的設(shè)備健康管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)及搭建項(xiàng)目，擁有數(shù)據(jù)采集、光電監(jiān)測(cè)、圖像處理、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)、工業(yè)設(shè)備信號(hào)處理、邊緣計(jì)算、機(jī)器學(xué)習(xí)、故障預(yù)測(cè)與健康管理相關(guān)領(lǐng)域研究經(jīng)驗(yàn)。