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综合能源系统智慧运维技术综述及展望

摘要：随着我国能源结构转型持续演进，能源革命持续深化，综合能源服务成为实现能效提升和绿色发展的有效途径，而智慧运维服务则是落实综合能源服务理念，达到安全、智慧、高效用能的重要实现手段。分析综合能源系统智慧运维(Intelligentoperationandmaintenanceofintegratedenergysystem，IES-IOM)的特点，从人工运维、自动化运维和智慧运维三个阶段阐述了其发展历程；基于IES-IOM的数据情况，提出智慧运维关键核心技术；构建IES-IOM服务业务体系，包括运维知识库建立、设备状态评估、设备状态预测、设备故障诊断和运维策略推荐；围绕商业楼宇、工业园区两大典型综合能源系统应用场景，分析智慧运维服务业务的应用效果。最后，提出IES-IOM面临的挑战，并展望未来发展方向，以期对深入理解和推动IES-IOM的发展提供理论支撑。

关键词：综合能源系统/智慧运维/设备状态/故障诊断/运维策略

引言

“碳达峰、碳中和”战略的实施正深刻改变着我国传统能源的消费与生产模式，势必极大推动低碳经济、绿色产业快速发展。综合能源服务作为推动能源转型升级、践行能源革命的重要路径之一，符合国家能源发展路线。综合能源系统(Integratedenergysystem，IES)科学、有效的运维管理是实现系统高效、可靠、经济运行的重要保障，是开展综合能源服务的关键要素。然而，由于能源系统的复杂性和多样性，其运维管理面临着诸多挑战。传统的人工操作已经不能满足现代化需求，亟需引入智慧运维(Intelligentoperationandmaintenance，IOM)概念及其相应技术，提高能源系统运维水平和效率。近年来，人工智能(Artificialintelligence，AI)、大数据等新技术的广泛应用为IOM提供了重要技术支撑，也一定程度改善了运维服务存在的不协调、不平衡以及对用户需求把握不深入等问题。IOM打破了传统运维的束缚，先后在制造业、交通运输、城市基建、医疗卫生等不同领域中得到应用。例如，在制造业领域，IOM服务可以通过实时监测生产线设备状态，预测故障概率，优化维护计划，提高生产效率；在交通运输领域，IOM技术通过对车辆和基础设施的实时监控和预测性维护，减少故障和事故发生，提高运输效率；在城市基建领域，IOM在基础设施管理中也发挥着重要作用，如智慧路灯管理、桥梁和隧道的结构健康监测、市政排水系统的维护等，通过实时监测和数据分析，提高城市管理的效率。当前，IOM在能源领域的应用较为广泛，这将为IES的健康良性发展提供重要实践。文献[8]提出基于低成本和低功耗数据采集技术与基于机器学习算法的改进维护策略，分析范式转变对设备维护前景的影响及智能监测技术在预测维护策略中的应用。文献[9]提出基于客户需求导向、流程增值原则和系统优化的IES智能运维业务流程优化方法，通过业务流程优化提升智能运维服务管理水平。在设备状态监测方面，传统的电力监控系统在数据传输方面有待提高，利用无线网络技术对供电站设备的状态进行检测和分析，实现实时监控和远程控制，提高设备运行和管理效率。在设备状态评估方面，通过使用无监督聚类技术分析实时数据，结合历史状态数据，基于云模型和云转换技术训练健康评估模型，评估设备的健康状况。在设备故障诊断方面，通过采用不同的概率密度函数来模拟可再生能源发电参数和负载需求的间歇性以及故障信息的不确定性，从记录的信号中提取有用特征，采用神经网络诊断并定位故障。目前，国内外对综合能源系统智慧运维(Intelligentoperationandmaintenanceofintegratedenergysystem，IES-IOM)的研究聚焦于利用大数据和AI技术对能源系统的运行状态进行实时监控、故障预测及能效优化，主要分为技术方法的研究和应用案例分析，尚未形成系统的理论框架和方法体系。本文立足于已经开展的IES-IOM研究工作，全面系统地阐述其研究现状、关键问题和挑战，为相关领域的研究和实践提供参考和借鉴。首先，介绍IES-IOM的基本概念、特点和发展历程；然后，分析IES-IOM中的数据情况和关键技术，归纳IES-IOM的主要业务内容，包括运维知识库建立、设备状态评估、设备状态预测、设备故障诊断和运维策略推荐；最后，以商业楼宇、工业园区作为典型场景案例，分析IES-IOM的应用情况，并提出未来研究的建议和展望。

1、IES-IOM特点及发展

1.1IES-IOM特点

随着信息技术的飞速发展，电力设备和系统智能化程度极大提高，用户对于供电可靠性和电能质量的要求不断增强。基于云计算、大数据、AI等新型信息技术的IOM系统应运而生。图1为IES-IOM框