风电机组数字化感知与运行状态评估方案 目 录 1 背景 2 数字化感知 3 运行状态评估 4 研究展望 背景 海上风电气候条件更为恶劣 ， 运行维护成本高 ， 占到海上风电总投资 40% 以上 可采集 多 源 传 感 与 监 测 云技术 6 设备数字孪生 对风电机组进行状态监测实现故障预警 ，是提升机组运行可靠性 的有效手段之一。 • 目前 ，塔筒、 叶根、机舱、传动链等状 态 监测为重点， 尚无法覆盖叶片整体 • 现有监测技术： 发 中 心 7 风电机组监测方案示例 机组关键部件 疲劳监测 机组基础冲刷 机组位移监测 机组振动监测 数字化感知与运行状态评估

面向新型电力系统的 数字孪生技术 电机工程与应用电子技术系 Department of Electrical Engineering Digital Twin Technology for a New Type of Power Systems 沈 沉 1 02 传统电力系统仿真与数字孪生 03 构建电力系统数字孪生的关键技术 01 目录 CONTENTS 04 04 电力系统数字孪生技术实践 电机工程与应用电子技术系 Department of Electrical Engineering 对数字孪生概念的解读 2 01 对数字孪生概念的进一步解读 3 • 数字孪生到底是什么 —— 模型、仿真、系统工程？ • 数字孪生最关键的特征是什么？ • 提出数字孪生概念的目的是什么？ 对数字孪生概念的进一步解读 Department of of Electrical Engineering 电机工程与应用电子技术系 4 • 数字孪生概念的起源 • 数字孪生（ Digital Twin ） DT 一词，业界一般认为，最早是密西根大学 Michael Grieves 教 授于 2002 年针对产品全生命周期管理（ PLM ）提出的一个概念，当初并不叫 Digital Twin ， 而是叫 镜像空间模型（ Mirrored

地理位置和容量位置 ) 和作用，本期 工程和远景与电力系统连接方式以及各级电压中 性点接地方式等。 主变压器和发电机中性点接地方式是一个综合性 问题。它与电压等级、单相接地短路电流、过电 压水平、保护配置等有关，直接影响电网的绝缘 水平、系统供电的可靠性和连续性、主变压器和 发电机的运行安全以及对通信线路的干扰等。 18 一、对原始资料分析 (2) 电力系统情况，包括电力系统近期及远景发展 及以下电压电力系统采用中性 点非直接接地系统 ( 中性点不接地或经消弧线圈 接地 ) ，又称小电流接地系统；对 110kV 及以上 高压电力系统，皆采用中性点直接接地系统，又 称大电流接地系统。发电机中性点都采用非直接 接地方式，目前，广泛采用的是经消弧线圈接地 方式或经中性点接地变压器接地。 19 一、对原始资料分析 (3) 负荷情况，包括负荷的性质及其地理位置、输 电电压等级、出线回路数及输送容量等。 负荷情况，包括负荷的性质及其地理位置、输 电电压等级、出线回路数及输送容量等。 发电厂承担的负荷应尽可能地使全部机组安全满 发，并按系统提出的运行方式，在机组间经济合 理地分配负荷，减少母线上电流流动，使发电机 运转稳定和满足电能质量要求。 21 一、对原始资料分析 (4) 环境条件，包括当地的气温、湿度、覆冰、污 秽、风向、水文、地质、海拔高度及地震等因素， 对主接线中电气设备的选择和配电装置的实施均

概念，与国际相关学术组织、科研机构交流愈加密切，业界亟需统一 思想，规范电力系统相关名词解释的使用，确保学术用词的规范性和 严谨性，推动新型电力系统背景下相关科研工作高质量开展。 2023 年 12 月，中国电机工程学会电力系统专业委员会（下简称 “专委会”）名誉主任委员周孝信院士在专委会换届会议上提到，针对 当前电力系统领域容易混淆使用的名词、定义含混不明确的名词，有 必要开展名词释义工作，对前者要正本清源给出倡议、对后者要梳理 免存在疏漏与不足，恳请各位专家和同仁批评指正。未来，我们将持 续推进该项工作，针对此前征集的其他名词以及新的热点名词，深入 开展释义编写和完善工作，不断提升内容的科学性与准确性，力求为 行业提供更具参考价值的成果。 中国电机工程学会电力系统专业委员会 2024 年 12 月 28 日 顾问组 组 长：周孝信 郭剑波 副组长：冯 凯 孙华东 刘映尚 吴 云 郭 强 鞠 平 成 员：丁 磊 马士聪 王成山 王 斌 技术的现状与发展趋势》一文中指出，构网型变流器采用与同步发电 机类似的功率同步控制策略，不需要借助锁相环即可实现并网同步。 在 2022 年，中国电力科学研究院秦世耀团队在《电压源型构网 风电机组研究现状及展望》一文中指出：类似于同步发电机，电压源 型构网控制多具备功率同步或惯性同步的特性，不仅可以自发地与电 网同步，无需额外的锁相环节，还可以主动地表现出对电网频率、电 压的响应和支撑。此外，顾名思义，电压源型构网控制通常也具备建

模型规模和精细程度难以提升  建模本身耗时过长  大量约束导致求解耗时过长 某典型省级电网规模 全年8760h规划模型 1600+ 节点 3000+ 300+ 250+ 30000+ 新能源 线路 发电机组 决策变量 2122 万个 不等式约束 2088 万个 约束条件 943 万个 主变 （二）时序生产模拟计算迫切需要解决的问题 11 超大规模混合整数规划问题，往往求解耗时极长甚至无解，难以满足运行分析 13 TEAP1.X 版本 TEAP2.X 版本 2025年1月，新型电力系统融合推演引擎第三代产 品TEAP3由华中科技大学与南京图德科技有限公司 联合推出。 大电网 储热罐 汽轮发电机 集热镜面 MAX SOC 热能 MAX ~ P 0 发电热能 ~ PMAX 0 热损失 电加热 ~ PMAX 0 汽轮机 汽轮机 MAX MIN P P ~ MIN SOC ~ N-1、短路、稳定批量扫描 新型电力系统融合推演引擎TEAP介绍 系统目标函数 可变发电成本 规划投资成本 弃风、弃光惩罚 碳排放 分析因素 功率平衡 旋转备用 事故备用 发电机组上/下爬坡能力 发电机组最小启停时间 发电机组调峰深度 网架约束 断面约束 需求侧响应 输电网损 典型分析专题 新能源消纳及碳排放分析 电力系统运行成本及碳排放评估 新能源消纳瓶颈量化分析 储能规划及影响分析 新能源、储能协同规划

20250011 自然通风直接空 冷系统设计规范 工程 建设 2027 年 电力规划设计总院 能源行业发电设计 标准化技术委员会 中国电力工程顾问集团西北电力设计院有限公司 适用范围：本标准适用于新建火电机组自然通风直接空冷系统设计。 主要技术内容：总则、术语、基本规定、空气侧系统、蒸汽侧系统、汽轮机排 汽系统、凝结水回收系统、抽真空系统、清洗系统、电气和控制系统等。 / 12 能源 20250012 中国神华能源股份有限公司、烟台龙源电力技术股份有限公司、国能粤电台山 发电有限公司、神华工程技术有限公司、天津大学、西安交通大学、清华大学、 华北电力大学、安徽省电力设计院 适用范围：本标准适用于新建、改建、扩建燃煤发电机组掺氨燃烧项目。 主要技术内容：总则、术语、多型式氨燃烧器（等离子体氨煤混燃燃烧器、氨 煤混燃低氮燃烧器、纯氨燃烧器）性能、系统设计与布置方式及氨供应系统总 平面布置、工艺、检测、控制、电气、建筑结构、采暖通风机空气调节设计原 水电水利规划设计 总院 能源行业水电水力 机械标准化技术委 员会 中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司等 适用范围：适用于水轮发电机组、主变压器、发电机出口断路器等设备的声纹 状态在线监测系统的设计、安装和运行管理。 主要技术内容：水电工程水轮发电机组、主变压器、发电机出口断路器等机械、 电气设备声纹在线监测的技术要求。 / — 18 — 序 号 项目编号 标准项目名称 标准 类别 完成

满足特定且高强度的需求。 以下案例展示了该工具如何识别低效率、减少能量损耗并优化负荷分配，以提高整体性能。 | 案例研究1: 减少制造工厂的能量损耗 背景: 一家制造工厂的内部电网由柴油发电机和现场光伏电站供电。 工厂发现能源成本上升且配电系统能量损耗高的问题。 | 案例研究2: 预防工业园区的过载 背景: 一个由多家企业共享的工业园区电网由热电厂供电。 引入新的高耗能机器设备后，由于过载导致频繁故障。 损坏。 14 2 电网运行中断 电压骤降: 短路电流导致受影响区域的电压快速显著下降，可能导致服务中断。 电网不稳定: 多源电网（包括智能电网）尤其脆弱，电流波动可能干扰发电机和控制系统。 3 对用户安全的威胁 火灾风险: 过高的电流产生热量，增加电气系统的火灾风险。 人身风险: 在直接或间接接触时，短路电流可能导致严重伤害或死亡。 | 主要短路类型: 专业软件在短路电流计算中的作用 1 复杂场景的精确仿真 新一代软件基于对称分量法，使用先进算法模拟各种规模网络（包括多源网络）的 短路电流。它们考虑到： • 特定网络配置（相位、节点、线路） • 发电机类型（电流源和电压源） • 设备特性（阻抗、电抗） 2 短路场景分析 这些工具可以模拟不同类型的短路（单相、两相、三相）并评估其对网络的影响。 示例: 计算电压和电流变化，识别风险设备并提出抑制损坏的解决方案。

电力用户 源随荷动 调峰调频电厂 转 变 需求侧上报 电网中的节点 输电线路与断面 线路：连接两个母线的物理线路 断面：两个节点之间所有线路连接的集合 母线与节点 母线：发电机组输出通过主变升压连接母线，物理概念 ※ 节点：市场概念，代表一组母线 ( 忽略这些母线之间的堵 塞 ) 母 线 ~ 电源 负荷 母线 ~ 电源 负荷 节点 母线 浙江 广东 山东 山西 甘肃 现货市场交易和结算的时间要素 反映机组物理运行特性的相关参数。 具体包括：发电机组日内允许的最大启停次数、发电机组厂用电率、发电机组启动提 前通知时间、典型开停机曲线、供热机组最大供热量等 发电机组额定有功功率、发电机组最小稳定技术出力、发电机组有功 功率调节速率 电能量缺省报价：机组运行在不同出力区间时单位电能量的缺省价格 机组启动费用上下限 ( 根据机组冷温热态开机 计算其应补偿的费用 发电启动成本补偿 R 空 载 =2_ (C 空 运 行 ， i 浙江：给与固定补偿； 山东：根据机组运行时间计算其应补偿的空载费用，当发电机 组日运行电量电费收入高于其核定成本时，不予以结算，低于 核定成本时予以结算。计算结果折算到当日电价最高的四个时 段。 发电空载成本补偿 LMP 指示机组运 行在最大出力 调频机会成本：是指在电能价格所隐含

零碳园区研究综述及展望 陈艳波 1，张宁 1*，李嘉祺 1，方哲 1，吴适存 1，梅生伟 2，陈来军 3 (1．华北电力大学电气与电子工程学院，北京市 昌平区 102206； 2．清华大学电机工程与应用电子技术系，北京市 海淀区 100084； 3. 新能源电力系统智慧运行教育部重点实验室(青海大学能源与电气工程学院)，青海省 西宁市 810016) Review and Prospect 作系统，它由物理层、信息层、平台层与应用层组 成，下文详细介绍各部分构成和功能。 物理层由生产环节、交通环节、消费环节、能 源环节以及信息环节的实体设备构成，包含车间、 设备、电动/燃气汽车、充电桩、用户终端、智能楼 宇、发电机、输能管道、输电线路、能量耦合设备、 路由器和数据中心等。物理层接收上层调控命令后 对各实体设备的运行状态进行调整，并为上层网络 提供实时运行状态数据。 信息层由传感器与通信网络构成，通过 人工智能 物联网 有线网络 信息传输 通信技术 无线传输 零碳专题库 信息处理 智能数据使能引擎 时空碳排曲线 ... 物理层 车间 生产网 能源网 能量耦合设备 设备 发电机 电动/燃氢汽车 交通网 充电桩 消费终端 消费网 智能楼宇 数据中心 信息网 路由器 输电线路 输能管道 交易命令 结果反馈 下达命令 传达数据 传达命令 采集、监控 结果传达