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2021年10月17日-20日，2021北京國(guó)際風(fēng)能大會(huì)暨展覽會(huì)（CWP 2021）在北京新國(guó)展隆重召開。作為全球風(fēng)電行業(yè)年度大的盛會(huì)之一，這場(chǎng)由百余名演講嘉賓和數(shù)千名國(guó)內(nèi)外參會(huì)代表共同參與的風(fēng)能盛會(huì)，再次登陸北京。

本屆大會(huì)以“碳中和——風(fēng)電發(fā)展的新機(jī)遇”為主題，歷時(shí)四天，包括開幕式、主旨發(fā)言、高峰對(duì)話、創(chuàng)新劇場(chǎng)以及關(guān)于“國(guó)際成熟風(fēng)電市場(chǎng)發(fā)展動(dòng)態(tài)及投資機(jī)會(huì)”“國(guó)際新興風(fēng)電市場(chǎng)發(fā)展動(dòng)態(tài)及投資機(jī)會(huì)”“風(fēng)電設(shè)備智能運(yùn)維論壇”“碳達(dá)峰碳中和加速能源轉(zhuǎn)型”等不同主題的15個(gè)分論壇。能見App全程直播本次大會(huì)。

在19日上午召開的風(fēng)電機(jī)組技術(shù)創(chuàng)新論壇上，上海電氣風(fēng)電集團(tuán)股份有限公司數(shù)字化建模仿真技術(shù)總監(jiān)顧爽發(fā)表了《智慧雙大腦-邊緣計(jì)算與風(fēng)機(jī)先進(jìn)控制技術(shù)》的主題發(fā)言。

以下為發(fā)言全文：

顧爽：各位領(lǐng)導(dǎo)大家好，我是顧爽，來(lái)自于上海電氣，目前負(fù)責(zé)的是數(shù)字化建模和大數(shù)據(jù)的團(tuán)隊(duì)，同時(shí)也在開發(fā)載荷相關(guān)的控制算法。今天我演講的題目是智能雙大腦-邊緣計(jì)算與風(fēng)機(jī)先進(jìn)智能控制技術(shù)。

昨天上海電氣的展臺(tái)發(fā)布了一系列數(shù)字化的產(chǎn)品，覆蓋了從風(fēng)機(jī)端到原端所有的應(yīng)用場(chǎng)景，在風(fēng)機(jī)端這兩款產(chǎn)品是WT-AGERT和EDGE-AGENT，今天的演講內(nèi)容主要是包括做這兩個(gè)產(chǎn)品背后的邏輯，為什么要做這兩款產(chǎn)品，需求是怎么來(lái)的，怎么做這兩個(gè)產(chǎn)品，以及現(xiàn)在上海電氣圍繞這兩個(gè)產(chǎn)品打造的數(shù)字模型在這個(gè)范圍之內(nèi)是怎么應(yīng)用的。

首先要看為什么做這個(gè)產(chǎn)品。其實(shí)做載荷控制的人知道，現(xiàn)在風(fēng)機(jī)控制越來(lái)越難，主要原因是我們對(duì)于載荷控制的需求越來(lái)越多了，放眼看幾年以前載荷控制轉(zhuǎn)速調(diào)平，功率調(diào)穩(wěn)，大差不差都可以，但現(xiàn)在我們對(duì)于載荷，成本有了更高的要求，必須要降載，除了降載的控制以外，還有壽命的控制，上海電氣也在做延壽控制，在延壽控制基礎(chǔ)之上還有場(chǎng)級(jí)協(xié)調(diào)的控制，后面這兩個(gè)需求其實(shí)和前面這些控制不在一個(gè)維度上，做實(shí)時(shí)控制都知道，我們需要的是控制器能夠?qū)崟r(shí)的響應(yīng)，風(fēng)機(jī)的動(dòng)態(tài)能夠?qū)崟r(shí)去控制它，但是壽命和場(chǎng)級(jí)協(xié)調(diào)控制，其實(shí)需要數(shù)據(jù)積累和分析的功能。

如果僅僅把這些功能放到控制器里去做，會(huì)發(fā)現(xiàn)力不從心，控制里包括PRC做實(shí)質(zhì)性的控制。有沒(méi)有更好的架構(gòu)能夠來(lái)滿足現(xiàn)在風(fēng)機(jī)開發(fā)控制上面的需求，我們進(jìn)行了一年多的探索，也正式的推出了雙大腦的架構(gòu)，采用兩部分來(lái)做這件事情，快的系統(tǒng)和慢的系統(tǒng)，快的系統(tǒng)對(duì)應(yīng)著之前的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，慢的系統(tǒng)就是智能終端，目標(biāo)是做邊緣側(cè)的分析，所以會(huì)把傳統(tǒng)上面的載荷控制、功率控制，轉(zhuǎn)速控制，以及一系列快速響應(yīng)安全保護(hù)的邏輯，仍然放PRC或者工業(yè)控制的控制器中。

我們從中抽出了需要數(shù)據(jù)積累、需要數(shù)據(jù)分析，需要邊緣計(jì)算這一部分的內(nèi)容放到了智能終端做，發(fā)現(xiàn)這個(gè)框架非常清晰，快速的響應(yīng)有快速的響應(yīng)，慢速有慢速的響應(yīng)，我們做了非常重要的技術(shù)突破是在于確保了快系統(tǒng)和慢系統(tǒng)之間能夠有一條高速穩(wěn)定的通訊數(shù)據(jù)通道，數(shù)據(jù)終端占用很小CPO負(fù)荷的情況下，能夠滿足數(shù)據(jù)這個(gè)功能。所以有了這個(gè)架構(gòu)之后發(fā)現(xiàn)，從硬件的層次上面可以做的事情有很多，現(xiàn)在逐步就開始打磨數(shù)字孿生技術(shù)，在做數(shù)據(jù)孿生基礎(chǔ)上，還做哪些工作呢？

今天主要講三個(gè)部分，一是WT-AGENT控制器，另外是EDGE-AGENT智能終端，還有是基于模型的控制。再講完了這三個(gè)基礎(chǔ)之上，我們?cè)贂?huì)講上海電氣想要做的數(shù)據(jù)孿生技術(shù)的架構(gòu)和實(shí)現(xiàn)的方法。

首先來(lái)看智能主控WT-AGENT，花了大概一年多的時(shí)間，很多的資源，再重新打磨的控制算法，為什么要這么做？主要是要滿足現(xiàn)在的需求，打鐵還得自身硬。從需求端開始，從客戶的需求、運(yùn)行的需求、載荷控制的需求、風(fēng)機(jī)的需求一條一條做了非常詳細(xì)的梳理，每一條需求落地之后會(huì)采用V字型的邏輯，將來(lái)PRC采用這個(gè)方法。我們也是采用相同開發(fā)方法，采用V字型在不同的階段用了模型在環(huán)、硬件在環(huán)、傳感用的方法，對(duì)于每個(gè)開發(fā)周期當(dāng)中的所有需求，都進(jìn)行了充分的驗(yàn)證，這個(gè)驗(yàn)證給我們帶來(lái)好處就是在開發(fā)的階段，就可以保證代碼是可靠性非常高的代碼，到現(xiàn)場(chǎng)部署時(shí)就會(huì)非常方便的連接到現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際，然后控制系統(tǒng)可以開始工作了。

在WT-AGENT里面類是必須要強(qiáng)調(diào)的，就是現(xiàn)在框架采用了這個(gè)方法，有了這個(gè)控制器之后，有兩個(gè)點(diǎn)非常重要的功能，是數(shù)據(jù)終端，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，然后匯總、存儲(chǔ)功能。這個(gè)產(chǎn)品非常小，拿在手上會(huì)發(fā)現(xiàn)這么小的盒子，能夠處理大量毫秒級(jí)的數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)非�？煽�，存儲(chǔ)我們做了大量的壓力測(cè)試，在測(cè)試情況下，會(huì)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)終端不會(huì)丟任何的數(shù)據(jù)，所有的在運(yùn)行的關(guān)鍵性數(shù)據(jù)都會(huì)非�？煽康谋４嫦聛�(lái)，這際上提供了后面各種各樣的分析。有了數(shù)據(jù)之上，這個(gè)終端另外一個(gè)定位就是邊緣計(jì)算的平臺(tái)，再拿到數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)之上做些分析型的動(dòng)作，比如說(shuō)數(shù)字孿生技術(shù)，塔架和葉片也都針對(duì)了相應(yīng)的算法去計(jì)算相關(guān)的壽命，數(shù)字孿生是非常好的平臺(tái)，在上面可以無(wú)時(shí)無(wú)刻體現(xiàn)情況，所以智能終端這兩個(gè)定位，我認(rèn)為是解決數(shù)字孿生技術(shù)非常兩個(gè)重要的基礎(chǔ)。

第三方面我想講一下，數(shù)字孿生技術(shù)另外一個(gè)技術(shù)就是基于模型的控制策略，現(xiàn)在很多風(fēng)電界的朋友也都推出了基于模型的控制，其實(shí)大家背后的想法也是比較相近的，傳統(tǒng)控制上面越來(lái)越多的局限性，為什么這么說(shuō)？風(fēng)能直徑增大，葉片要減重，塔桶要減重，我們漂浮式，海上風(fēng)機(jī)，還有載荷的問(wèn)題，這些問(wèn)題從控制學(xué)上來(lái)講它都是一個(gè)分線性的問(wèn)題，而且分線特性越來(lái)越強(qiáng)，對(duì)于控制器來(lái)說(shuō)，實(shí)際上穩(wěn)定的預(yù)度就會(huì)越來(lái)越小，導(dǎo)致了非常頭疼的事情，就是如果要去采用傳統(tǒng)方法去調(diào)控制器，要做大量的工作去優(yōu)化，到底是轉(zhuǎn)速波動(dòng)的呢？還是要去看塔桶的載荷，這兩個(gè)之間怎么去平衡？

我們調(diào)參的工作用傳統(tǒng)的框架是越來(lái)越難，基于模型的控制速度算法不一樣，他的控制性參數(shù)并不是KP、KI、KD的這些值，不是PID之值，基于模型控制參數(shù)實(shí)際上就是參數(shù)目標(biāo)，我希望轉(zhuǎn)速上面響應(yīng)帶寬是多少，葉片載荷控制到什么上面，有了模型的東西之后，這些參數(shù)是不會(huì)變的，或者說(shuō)很容易做平衡，剩下的事情是誰(shuí)在做？是模型本身在做，整個(gè)機(jī)組設(shè)計(jì)出來(lái)，葉片的長(zhǎng)度、重量、彈性變化之后，我們的輪部的重量變化之后，根據(jù)設(shè)定的控制目標(biāo)，所有控制器的參數(shù)是完全自定義的，這是我們非常重要的優(yōu)勢(shì)。有了這個(gè)框架之后，不用再花大量的時(shí)間去開發(fā)控制器的這種參數(shù)，可以把工程師放到更為重要的一個(gè)場(chǎng)景去解決問(wèn)題。

模型控制方法有非常好的效果就是模塊化，因?yàn)槿魏尾考�之間，可以通過(guò)模型的方法把它結(jié)合起來(lái)，通過(guò)氣動(dòng)可以把葉片和結(jié)構(gòu)結(jié)合起來(lái)，通過(guò)各種模型的表達(dá)，可以把傳統(tǒng)鏈和塔桶結(jié)合起來(lái)，所以在這個(gè)方向如何導(dǎo)入新的算法。比如說(shuō)我們想用新的傳感器，其實(shí)并不是說(shuō)要把所有的傳感器裝到這個(gè)風(fēng)機(jī)上，那就是好的控制策略，并不是這樣的，因?yàn)橥ㄟ^(guò)模型這樣的算法之后，可以做優(yōu)傳感器的策略。

在很多程度上來(lái)講，風(fēng)機(jī)的傳感器很多情況下是有的，比如說(shuō)如果裝了IPC傳感器，不管是裝在葉片上也好，還是裝在什么地方也好，裝了IPC傳感器，是不是還需要?jiǎng)e的傳感器，塔底的傳感器，還需要凈控的傳感器呢？基于模型算法可以回答出這個(gè)問(wèn)題，從模型傳播的角度，把這事情推斷出來(lái)，可以根據(jù)客戶風(fēng)場(chǎng)實(shí)際的風(fēng)況，然后來(lái)判斷風(fēng)機(jī)需要用什么配置，需要什么傳感器導(dǎo)入，什么樣的技術(shù)，所以通過(guò)這個(gè)模型的方法，會(huì)把所有在載荷控制上面的需求和技術(shù)完全是在一起的。

另外一個(gè)好處就是優(yōu)控制策略，因?yàn)樗�非常直觀，可以去控制載荷，參數(shù)設(shè)置，可以去調(diào)響應(yīng)速度，參數(shù)就是響應(yīng)速度量，你會(huì)發(fā)現(xiàn)很容易在這兩個(gè)之間做一個(gè)平衡，而且整定這些各種各樣不同的控制目標(biāo)也可以通過(guò)參數(shù)做一個(gè)直觀折中，而不是說(shuō)要設(shè)PID，調(diào)大了多少，調(diào)小了多少，可以顯示把控制目標(biāo)做折中。所以說(shuō)模型的控制主要就是提供了優(yōu)傳感器的策略，是我們優(yōu)控制的策略，可以在我們的開發(fā)效率，在機(jī)組運(yùn)行性能，在載荷控制方面都給我們帶來(lái)非常多的好處。到這里我們?cè)谏虾ｋ姎猬F(xiàn)在做的就是數(shù)字孿生技術(shù)非�；�本工作，一個(gè)是WT-AGENT，基于MBD的開發(fā)，另一個(gè)是EDGE-AGENT，數(shù)據(jù)終端存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)提供邊緣計(jì)算的能力。MBC的算法，另外一個(gè)模型的概念，基于模型去做控制。

在此之上，現(xiàn)在究竟是怎么做數(shù)字孿生，可能很多同事也會(huì)聽到，在行業(yè)里面有各種各樣的數(shù)字孿生，在機(jī)械設(shè)計(jì)的時(shí)候，有數(shù)字孿生的技術(shù)，在控制上面有數(shù)字孿生的技術(shù)，上海電氣在控制方面的數(shù)字孿生的想法，首先我覺得可能提出一個(gè)概念也可以和大家一起探討，究竟數(shù)字孿生和模型到底有什么區(qū)別？我們會(huì)經(jīng)常覺得又是模型、又是數(shù)字孿生，做控制很多年之前，都是在做模型，現(xiàn)在為什么都來(lái)做數(shù)字孿生？背后之間有什么聯(lián)系？從我們的解讀來(lái)看，數(shù)字孿生一定是對(duì)應(yīng)了物理的實(shí)體，我們上海電氣現(xiàn)在所講的數(shù)字孿生，它是對(duì)應(yīng)著風(fēng)場(chǎng)上面一個(gè)具體風(fēng)機(jī)的塔桶和具體的葉片，模型它其實(shí)是一種技術(shù)手段，是我們獲得相關(guān)信息建模數(shù)據(jù)方法，所以在我們的理解上面他們其實(shí)是不同的東西，數(shù)字孿生一定是對(duì)應(yīng)了一個(gè)本體。

數(shù)字孿生的技術(shù)從數(shù)據(jù)輸入這邊開始，有傳感器，有觀測(cè)型的數(shù)據(jù)，像剛才我也講高感知這些概念，有了傳感器輸入之后，首先有我們MBC的方法，獲得了其他的一些數(shù)據(jù)，在這基礎(chǔ)之上，上面這層是我們MBC的框架，就是基于模型的控制，下面這塊就是關(guān)鍵的非常重要的數(shù)字孿生，數(shù)字孿生現(xiàn)在目標(biāo)關(guān)注的是狀態(tài)、載荷、性能、壽命這幾個(gè)維度，通過(guò)我們打造出來(lái)的葉片孿生、塔架、變流器、驅(qū)動(dòng)鏈這些孿生它都是圍繞著四個(gè)維度去，也就是說(shuō)我的孿生放在終端里面向外體現(xiàn)出來(lái)的數(shù)據(jù)，是按照這四個(gè)維度來(lái)出現(xiàn)的。

這四個(gè)維度其實(shí)是到我的上面MBC高層運(yùn)行工況調(diào)度上來(lái)，通過(guò)壽命這些情況來(lái)切換具體的運(yùn)行成本，要么是降功率，都是基于數(shù)字孿生的結(jié)果進(jìn)行控制的，我們終端其實(shí)也是一個(gè)開放的平臺(tái)，希望各個(gè)有志同道合，想在里邊做一些模型，這些分析技術(shù)的一些同事和廠商，我們一起能夠把這個(gè)生態(tài)環(huán)境做起來(lái)的。非常謝謝。

（根據(jù)演講速記整理，未經(jīng)演講人審核）