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【电力新视界】AI技术如何改变发电厂维护
2025-04-142


人工智能(AI)正在深刻改变能源行业,助力发电厂运营商优化效率、减少排放并预防代价高昂的设备故障。通过分析海量实时数据,AI模型能够识别设备行为的异常,优化燃料消耗,提升发电厂的整体性能。据业内估计,AI驱动的分析技术可将维护成本降低高达30%,并将设备可用性提高多达20%,显著改善发电厂的经济效益和可靠性。
传统的预测性维护是一种前瞻性的设备管理方法,旨在及早发现磨损和故障的迹象。此前,发电厂通常依赖定期检查或在故障发生后的被动修复。随着传感器数据的普及,设备运行的自动监控成为可能,关键传感器值与预设阈值进行比较以监测设备健康状况。然而,这种传统方法往往给控制室操作员带来过多干扰,因为它频繁捕捉到传感器问题和故障,导致不必要的警报过多。
AI驱动的预测性维护通过构建异常检测模型来解决这一问题。这些模型基于设备的历史稳定运行数据进行训练,能够利用传感器数据识别异常行为。通过实施AI赋能的预测性维护,发电厂可以延长资产寿命,最大限度减少计划外停机时间,提高安全性,同时优化运营成本。此外,它还能有效减少不必要的警报,确保控制室操作员能够专注于关键问题。
在预测性维护中,AI模型主要分为三类,每一类都比传统的基于阈值的异常检测方法更具优势。
  • 多变量异常检测模型(Multi-Variate Anomaly Detection Models Using Longitudinal Data),这种方法使用机器学习模型,如隔离森林(Isolation Forest)或基于神经网络的模型(如LSTM和RNN),类似于为设备构建数字孪生体。这些模型通常针对每种故障模式或设备故障类型进行构建,用于自动检测异常。它们能够检测到与正常行为的细微偏差,并结合SHAP (SHapley Additive exPlanations)等可解释性模块,帮助识别导致异常的关键驱动因素或根本原因。
  • 故障概率与聚合异常信号模型(Probability of Failure and Aggregate Anomaly Signal Models),也被称为“模型之模型”方法(the model-of-models approach)。它为设备的每个关键变量或参数构建一个预测模型,并将设备的其他变量作为输入。训练完所有模型后,构建一个聚合模型,计算每个模型在任意时间点的预测误差,并利用这些误差生成一个聚合误差信号。如果聚合误差信号出现峰值,则表明存在异常。这一方法的理论基础是,设备的所有参数在稳定运行时应高度相关,如果不相关,则可能预示着异常。
  • 联合学习与迁移学习模型(Federated and Transfer Learning Models),针对新安装或极少发生故障的设备缺乏足够故障数据的难题,联合学习和迁移学习通过在不同机组或发电厂的类似设备上训练AI模型来解决问题。联合学习能够在不传输敏感运营数据的情况下,实现多个发电厂之间的知识共享。通过在其他发电厂的类似设备上训练预测模型,可以利用学到的偏差和权重来识别数据不足设备的异常。这种方法确保了历史故障数据有限的发电厂也能从AI模型的先进预测能力中受益。
AI驱动的预测性维护正在重塑发电厂的运营模式,使得发电厂能够及早发现设备故障,减少停机时间,提高整体效率。例如,美国南部的一家大型公用事业公司开发并部署了AI模型,将其应用于多种场景,从将热效率提高1%至3%,到在67个发电机组(包括燃煤和燃气)中部署400多个AI模型以减少非计划停机。这项工作每年节省约6000万美元,并减少了约160万吨的碳排放,相当于减少了30万辆汽车的排放量。这一成果凸显了AI在预测性维护和优化发电厂运营方面的巨大潜力。
随着AI技术的不断发展,其在确保电网可靠性、降低成本以及支持向更可持续能源未来转型方面的作用将更加凸显。AI不仅是技术进步的象征,更是实现能源行业高效、环保和可靠运营的关键工具。这不仅是一个技术话题,更关乎能源未来的全局视野……
原文链接:https://www.powermag.com/ai-driven-predictive-maintenance-the-future-of-reliability-in-power-plants/
作者:Nimit Patel
本文已进行编译。


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