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电力:仿真要仿到什么境界?数字孪生要栾到什么程度?

玩石头的老常 石头那些事儿 2021-10-15

这篇文章的真正意义或许是,给大家汇报一下,一个不懂电力仿真的老鸟是如何考虑仿真问题的,这具有一般性的借鉴意义,因为我们每一个人,受经历学历专业兴趣等因素的约束,不可能掌握很多专业的knowhow,对自己不太懂的专业,是不是就不能讨论了呢?这就要看我们站在什么角度、基于什么动机、用什么方法、讨论什么话题了。


我不懂电力仿真业务,但今天要交代的这三个背景,让我对仿真和现在很时髦的数字孪生,有了一点点的感悟和想法。这个想法在我脑壳里,已经有两年多了,以前跟老东家的专家聊过,被打了闷棍,所以一直憋在心里,最近一年数字孪生系统很热闹,也促进了我的进一步思考,今天,把话题抛出来,请仿真系统的专家拍砖和指导。


一、先交代三个背景

  1.  毕业实习给我留下的悲伤故事

    1983年5月,我们终于看到了毕业的希望,踏上了前往北京的列车,开始毕业实习了,我们仪器系两个班的同学被分配到四个地方做毕业实习,上海地质仪器厂、重庆地质仪器厂、北京地质仪器厂和位于北京学院路的地矿部航空遥感物探大队,老师在动员会上特别强调:重庆仪器厂的女工很多,要求去重庆实习的同学,尤其是男同学们,一定要努力实习、好好工作啊。其实辅导员老师语重心长的潜台词我们是听得懂的,于是台下立刻出现了一些骚动。


    不要担心,我的实习地点不在重庆,在地矿部航空物探遥感大队,这个单位是地矿部唯一从事航空物探和遥感研究与生产的直属单位。我的任务是设计一块放大器电路板,噩梦般的trouble就在这里开幕了,虽然我们上学时,老师经常讲高频线路的分布参数对电气性能的影响,我在设计板子电路、焊接时也特别的小心,但是连续几次试验,都是一接电,一股青烟升起之后便是一股焦糊味道,再一看,三极管的漆皮皱吧了,烧坏了。原因就是电路板上那看不见的分布参数引发高频振荡所致。


    辅导我毕业实习的师傅,是物探大队顶级的系统设计专家,眼看我这个小小鸟要把毕业实习搞砸了,灵机一动,把俺发配到学院路南边的邮电学院,换了一个实习题目。说,邮电学院的女老师对我很不错,把实验室的钥匙都给了我,一天一不小心,把钥匙拉在实验室,大家都进不去了,我灵机一动,跑到楼上的实验室看看,四楼的这间实验室竟然鬼使神差的有一个拔河的粗绳子,我立刻把绳子绑在四楼窗户上,找几个邮电学院的学生帮我看着,俺就顺着绳子下到三楼,把我们实验室的门打开了,在我爬墙的时候,捎带手往地面看了几眼,楼下已经聚集了好多的学生和老师,大家不知道发生了什么?也搞不清我这小小鸟到底要干什么?只听得他们在惊慌的议论着。


    人生第一次被电路板上面分布参数的高频振荡搞得灰头土脸的,从此断送了做电路设计的职业前途,教训是极其深刻的,对分布参数是刻骨铭心的仇恨。


  2. 数字地震仪的道间串音监测

    毕业的第三年,我已经从野外队调回了机关,从事计算机软件开发、负责两台设备的验收,一是DUAL68000UNIX系统;二是美国EG&G Geomatrics 公司的ES2420 数字地震仪。ES2420这东西,那时候是很先进的,有24个通道,用于煤田地质勘查,石油系统用的地震仪,其排列至少是48道的。地震仪每个月要做一次电气性能的监测(我们称之为月检,类似于电力系统定期巡检),其中一项指标是道间串音,也就是道间干扰,道间干扰这件事儿,主要是从传感器、电缆一直到仪器电路板全链路上的道与道之间的低频信号的相互干扰。月检是要拿着磁带,到北京地矿部计算中心做处理的,为了给单位省钱,我一激动就自己做了一套月检的程序,用C写的,由此开启了我们在DUAL68000UNIX系统上,大规模开发地震资料处理系统的序幕,这都是后话。这是第二次遇到分布参数的影响。


  3. 用户侧配电系统的谐波干扰

    前几年做了好一阵子的电力EPC工程,我以前不懂EPC、对强电也不感兴趣,但是做了一段时间之后,发现还是很有嚼头的,里头的故事蛮多的。例如:第一,我最近干了一票颇为得意的事情,根据某企业提供的四月、五月两个月的电费单,我就可以梳理出该企业生产用电、照明用电、生活用电的规律,并提供了6条节能的建议措施。第二,EPC是用户电力工程资产全寿命管理的上半身,下半身就是运维,基于过去很多年做设备检修EAM的体会,我们在做EPC工程的同时,team leader莫莫同学经常带我们讨论运维的问题,我们传统的认识,电力运维应该基于设备管理和EAM,但是发生了一件事,改变了我们的想法。


    说,某省某市某国家级开发区,有一家化工企业,因为谐波干扰超标,被当地供电局出具了限期整改的通知书。我们召集了电能质量的专家到现场进行会诊,最后得出的结论是:该企业自建的一条8公里的10kV外线,为了节省投资,没有考虑满负荷状态,线径有点细,企业订单增加、用电负荷加大,导致这条外线压降扩大,进线电压低使有些非线性设备不能工作在合规的电压区间从而产生了较大的谐波干扰。


    这条外线,还有一个麻烦,就是在夏季的雷雨季节,经常的掉电,平均每周至少一次,严重的影响了企业的生产,我请教了有关专家,专家的意思是说,这种线路掉电与雷雨有关,也跟高压线与地面存在的相互作用有关,瞧,又是分布参数问题。


二、用户侧电力运维要从哪里做起?

这是两年前画的一张图片,说的是AI和大数据与资产全寿命周期管理,尤其是设备运维环节巡检、状态监测和预测性维修之间的关系。结合前面所讲的经历,这张图实际上还应该修改一下,设备管理和运维应该建立在EAM之上,但是EAM的下面还要有一个仿真系统(数字孪生),这个仿真系统应该包括电力系统真实场景,例如外线系统馈入、高低压配电室、高低压电缆、生产设备负荷,尤其是还要包括我们看不见的那些分布的电力参数(电磁、分布的电容、电感、生产设备的阻抗特性等),要兼顾到电力的稳态和暂态。


搞电力系统数字孪生或者仿真解决方案的企业,是不是可以研究一下、思考一下,把你们的解决方案做的更加落地一些,能给企业带来更多解决实际问题的价值,如果仅仅是满足于好看、很酷、很炫的形象工程,如果我是企业的decision maker,我投资的兴趣是很小的。


三、不堪回首的人生忏悔

说回我毕业那年的实习,如果能有一个仿真系统,能让我看到整个放大器电路板包括分布式参数在内的真实运行场景,如果能告诉我分布参数引发高频震荡的频率是多少、震荡是如何发生的、以及如何重新调整和增加电路板上避免高频振荡的电感和电容,准确的抑制和吸收振荡,也许我也不会被发配到邮电学院了、也许我今天还在电路设计的道路上努力工作呢。


万万没想到,我的人生竟然被看不见的参数给毁了。哈哈。


四、谈电力太枯燥,说点好玩的

买的几块战国红原石到货了,除了和田玉籽料、翡翠赌石、我还喜欢战国红石头,尤其是没有缠丝的战国红,其鲜艳的红色和黄色,非常适合雕刻,透明度虽不及南红,但雕刻更显立体感。

尤其是这块战国红,内胆还长出了烟紫的水晶晶体,太棒了,但要雕刻什么,还需要耐心的思考和顶层设计。说,无论是云南、四川还是马达加斯加的南红;无论是辽宁朝阳北票、还是河北宣化的战国红,都是玛瑙类。


玛瑙这东西是远古时代火山喷发时岩浆快速冷却形成的空洞,又经过近亿年大自然的鬼斧神工,火山岩内部空腔生长出来的二氧化硅矿物。


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