中国储能网讯：《中共中央关于进一步全面深化改革 推进中国式现代化的决定》明确，要面向世界科技前沿、经济主战场、国家重大需求以及人民生命健康，优化科技创新的组织机制。
电力行业的科技力量是国家科技进步和能源安全的重要组成部分。南瑞集团有限公司（以下简称“南瑞集团”）的发展历程，正是中国电力行业创新精神的生动写照。自1973年水利电力部南京自动化研究所起步以来，南瑞集团已成长为能源电力及工业控制领域的领军者，见证并参与了中国电力事业的迅猛发展。在此过程中，南瑞集团不仅荣获86项国家级科技奖项，更将产品和服务推广至全球130多个国家和地区。
近年来，新能源的大规模接入使电力系统面临间歇性和不稳定的问题，同时，气候变化也导致极端天气事件频繁发生。南瑞集团通过技术创新，在电力系统的多个关键环节加设“保险”：变电站智能巡检系统通过机器人、无人机等尖端设备，极大提升了电网设备的巡检效率和准确性；智慧新能源场站的建设，集成了云平台、大数据等先进技术，优化了能源管理，增强了电网的运行能力；构网型储能项目通过模拟同步发电机提供惯量支撑，有效应对新能源发电的间歇性问题，保障了电力系统的安全稳定运行。
数字监测，为场站运行保驾护航
在不久前举行的2024新型电力系统发展（崇礼）论坛上，中国电力企业联合会发布的数据显示，截至8月底，我国新能源发电装机容量（包括风力发电、太阳能发电、生物质发电）达到了12.7亿千瓦，占总发电装机容量的比重超过40%。
新能源发电装机容量的快速增长，对设备运维提出了更高的要求。在电力市场化和平价上网的背景下，运维成本控制也成为新的挑战。新能源运维市场迫切需要实现数字化转型，以智能化和数据化手段，实现对电站的高效精细的管理。
近年来，南瑞集团南京南瑞工业控制技术有限公司（以下简称“南瑞工控”）专注于数字化智能型新能源场站管理系统的研发。该公司工程师张滔介绍，早期风电场监视管理采用的是变电站的思路，并配置风机监控，数字化智能型新能源场站系统则实现了进一步升级。这个系统运用了现代信息技术与先进通信技术，打破了监控和运维之间的壁垒，实现对风电场前期建设管理、后期监控及运维决策全环节覆盖。
“过去，监控是监控，运维是运维，但现在，新能源行业的发展已经使两者紧密相连。将来，预测性维护会变得非常重要，即基于设备的在线监测来实现对变电主设备及风电机组故障的预警。”张滔说。
在这套系统中，数字孪生模型发挥了重要的作用，它将设备数字孪生模型与实时运行数据绑定，并通过先进的算法进行分析演化，以预测可能出现的问题和维护需求。这不仅提高了风电场的运行效率，还大大降低了维护成本和潜在的故障风险，确保了风电场的稳定供电能力。
目前，数字化智能型新能源场站管理系统已经被运用于部分发电集团的省级新能源远程监控中心。借助该系统，上述中心实现了对分散在不同地区的风电场的集中智能调控。例如在江苏华能新能源集控中心和江苏国电投新能源集控中心等省级集控中心，系统已经实现了对部分分散式风电场的实时监控和优化管理。
近年来，新能源场站受到极端天气影响较大，尤其是海上风电场。今年夏秋季节的几次超强台风，不仅影响了风机安全，也给设备运维和电力传输带来挑战。而要解决这个问题，主要在于实现对极端天气的辨识和关联风险的预警。
“我们发现，气象台的台风预报一般是大范围大尺度，更多是定性的而非定量的预报。”张滔说。因此，他所在的团队将极端天气辨识和并网风险预警作为攻关重点，首先开展台风、强对流等典型极端天气类型辨识方法研究，进一步提取、挖掘与表征极端天气海上风电并网运行风险关键要素，最终建立并网运行风险评估多层级指标体系，并研究应对极端天气海上风电并网运行风险的预防性调度辅助策略。这样就能在极端天气来临前为发电企业和电网企业制定预案，并提供技术支撑。
张滔认为，尽管人工智能技术在提高故障预警上仍有潜力可挖，但这离不开充分的故障样本。为了提高精度和减少人工判断，一方面需要不断地积累各类故障样本，另一方面需要主动开展样本生成技术的研究，这将是未来推动人工智能在新能源故障诊断及预警领域充分发挥作用的基础。
智能巡检，为变电设施“望闻问切”
在甘肃一家市级供电公司的监控大厅，运维人员正专注地观察着前方的大屏幕，屏幕上显示的是十几千米外一处变电站的运行情况。借助可见光、红外摄像头、机器人等设备，变电站的环境、主设备外观、设备温度等情况，均被记录并传输至监控人员的眼前。
这套区域型变电站智能巡检系统由南瑞集团南京变电技术分公司（以下简称“变电公司”）研发，变电公司自主研发了区域型、单站型和集控型三类变电站智能巡检系统，其中区域智能巡检系统适用于大面积的电网监控；单站型系统可以针对单个变电站进行精细化管理；集控型系统则将多个变电站的数据集中处理，以实现资源的优化配置和管理效率的提升。产品技术水平经权威机构认证，通过了国家电网公司的专项集中检测，并经中国电机工程学会技术成果鉴定，整体达到国际领先技术水平。
变电公司业务专家陈西海介绍，传统运维巡检方法存在效率低和设备感知能力不足的问题。在处理海量的运维数据时，数据归集和价值挖掘的能力有所欠缺。智能巡检系统则集成了高清视频监控、机器人技术、无人机巡检、声纹识别装置、人工智能等多种先进技术，实现了自动并行立体巡检作业，有效替代人工巡检，可适应各种复杂的环境条件，显著提高了检测的精度和巡检的安全性。
西北某变电站负责人表示：“我们变电站所在地风沙大，摄像头易松动、镜头易被沙尘覆盖，导致采集的图像质量不佳。人工处理这些问题，工作极其繁重，运维成本也大大增加了。”变电公司研发人员借助人工智能技术，利用深度学习算法、大数据分析、大模型等技术来提升系统的实用化水平，开发了预置点位自动纠偏、图像质量诊断、精准对焦等子系统，有效解决了客户的实际问题，减少了运维工作量，降低了运维的成本，显著提高了巡检的效率。
陈西海认为，人工智能对变电站智能巡检中起到了非常重要的作用。当前，他们正在利用人工智能分析算法对设备进行外观检查，自动识别包括裂痕、锈蚀在内的缺陷。对于设备内部，可以利用声纹监测装置，通过声音趋势特征分析来判断是否存在内部故障。
变电公司结合用户的需求，研发出一系列面向设备、人员、环境，适用于多业态的电力场景算法，并建设省公司级算法管理平台。平台具备多项功能，包括自动标注缺陷样本，自动上传样本并支持算法的迭代升级，进一步提高算法迭代的效率以及算法模型的准确率。通过建立变电主设备的详细画像并结合多维数据分析，预测设备特征量的趋势，并全面评估设备的健康状态，实现对设备的“望闻问切”，提升设备状态的感知能力。
“未来，更多变电设备将通过这套系统实现‘治未病’，即提前发现设备的潜在异常和故障，从而及时决策并维护，确保电网的安全稳定运行。”陈西海说。
构网技术，为电网末梢增加韧性
构网型储能技术是近年来行业关注的重点技术。高比例新能源接入配电网，带来了反向重载、电压双向越限、谐波含量高等一系列问题，限制了分布式光伏等新能源发展。构网型储能技术可优化配电网潮流以及电能质量水平，并提升供电可靠水平，是提升分布式新能源消纳水平的一种重要手段。
今年8月，位于江苏镇江扬中市的扬中10千伏光储一体构网项目正式投运，该项目是江苏首个构网型储能项目。
据南瑞集团电气控制分公司（以下简称“电控公司／南瑞新能源”）光储微技术部项目经理鲁卿的介绍，该项目位于环太渔乐园内的养殖鱼塘旁边，现场配备了渔光互补的光伏发电系统以及两台储能电池集装箱、一台构网型储能升压一体舱和辅助能量管理装置。构网型储能系统通过与光伏系统相互配合，大幅提升配电网末端内的光伏就地消纳率，有效减少新能源发电接入对电网安全运行造成的影响。
鲁卿介绍，江苏扬中项目展示了构网型储能在提升配电网稳定性和优化新能源利用方面的潜力。根据国家能源局的统计数据，截至今年9月底，我国分布式光伏发电装机容量为3.4亿千瓦，已占光伏发电装机总量的44%。分布式光伏的大量接入改变了配电网的潮流分布，对电压水平、谐波含量、波动程度等均造成了影响。
鲁卿认为，在配电侧加装构网型储能系统是非常重要的尝试，因为配电网加装构网型储能设备，具备潮流优化、电压稳定主动支撑、谐波主动治理等能力，同时具备孤岛独立运行能力，可提升配电网分布式光伏接入能力、配电网电能质量水平与供电可靠水平，对拓宽储能应用场景、推动分布式电源发展、丰富电力保供手段具有重要意义。
储能系统电池安全问题是行业发展的痛点。当前，南瑞集团电控公司／南瑞新能源正致力于对高安全性多类新型储能技术开展关键技术攻关和成套设备的开发。据悉，基于钠离子电池和锌溴液流电池等新型电池类型的储能系统都已经被纳入研发的范围，其中，钠离子电池以其出色的安全性和成本效益脱颖而出，而液流电池则因其本质的安全性，也成为研发的重点方向。
鲁卿说，为了进一步提升储能系统的性能，他们正围绕新能源场站和区域电网的友好协同运作，他们正推广电网友好型新能源并网解决方案，提高高比例新能源及弱电网场景的短路比和稳定性，从总体上实现大规模新能源友好接入电网。
随着这些创新技术不断落地，构网型储能系统将在提升电网安全方面发挥重要作用，不仅能在电网面临突发事件时迅速响应，还能通过智能调度和优化，提高电网的运行效率，降低能源损耗，在构建新型电力系统中发挥更大的作用。
