基于工業(yè)大數(shù)據(jù)的新能源風(fēng)電場(chǎng)遠(yuǎn)程集中管控解決探究

畢明

摘 要：本文基于對(duì)新能源電場(chǎng)集中管控需求的介紹，分析了依托網(wǎng)絡(luò)通訊與大數(shù)據(jù)分析、云計(jì)算等先進(jìn)技術(shù)，構(gòu)建新能源電場(chǎng)遠(yuǎn)程集中管控系統(tǒng)的可行性，并且具體探究了系統(tǒng)基本架構(gòu)和各個(gè)系統(tǒng)層級(jí)的數(shù)據(jù)采集、分析與處理模式，對(duì)新能源電場(chǎng)在運(yùn)維與管理過(guò)程中產(chǎn)生的各類數(shù)據(jù)信息的挖掘與應(yīng)用目標(biāo)進(jìn)行了深入分析，以期通過(guò)遠(yuǎn)程集中管控系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)管理、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)以及電力調(diào)配與設(shè)備運(yùn)維檢修數(shù)據(jù)信息的大數(shù)據(jù)分析和挖掘，實(shí)現(xiàn)新能源發(fā)電設(shè)備、設(shè)施的檢修、生產(chǎn)管理以及電力調(diào)配等的智能化集中管控，讓設(shè)備運(yùn)行效率以及生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)的經(jīng)濟(jì)效益得到實(shí)時(shí)優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：集中管控;大數(shù)據(jù);新能源風(fēng)電場(chǎng);解決方案

雖然新能源技術(shù)理論上對(duì)保護(hù)環(huán)境和維護(hù)經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展有諸多益處，但是在新能源電場(chǎng)的建設(shè)和運(yùn)維過(guò)程中，由于其發(fā)電機(jī)組與設(shè)施的地理位置相對(duì)分散、各種設(shè)備運(yùn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息的標(biāo)準(zhǔn)不一致以及在線監(jiān)控管理系統(tǒng)之間缺乏實(shí)時(shí)的協(xié)調(diào)能力，導(dǎo)致新能源電場(chǎng)的運(yùn)維與管理成本較高，制約了其發(fā)展和應(yīng)用。

一、新能源的遠(yuǎn)程集中管控需求分析

雖然新能源的開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)近年來(lái)有了顯著進(jìn)步，相關(guān)電場(chǎng)的設(shè)計(jì)和建設(shè)規(guī)模正在極速增加，但是在風(fēng)電場(chǎng)和光伏發(fā)電設(shè)施的運(yùn)行維護(hù)、生產(chǎn)管理以及系統(tǒng)接入?yún)^(qū)域輸配電網(wǎng)絡(luò)等方面，還存在不少技術(shù)性難題有待破解。而這些也是導(dǎo)致新能源系統(tǒng)運(yùn)維成本居高不下和難以短時(shí)間內(nèi)大范圍推廣的首要原因，據(jù)統(tǒng)計(jì)在目前我國(guó)的發(fā)電量當(dāng)中，火電所占比例依然高于70%，而光伏發(fā)電僅占約1%，風(fēng)電則大約有4.3%，可見在新能源的利用方面依然有很大進(jìn)步空間。而提高其運(yùn)維效率、降低成本和解決并網(wǎng)問(wèn)題，是其中最亟需攻克的技術(shù)難點(diǎn)，業(yè)內(nèi)人士在這幾個(gè)領(lǐng)域都進(jìn)行了大量研究，探尋解決問(wèn)題的新思路和新途徑，其中通過(guò)優(yōu)化管控系統(tǒng)來(lái)解決運(yùn)維管理問(wèn)題是比較常見的課題。

（一）實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集中管控可以有效提高新能源企業(yè)效益

目前新能源系統(tǒng)的信息化管控系統(tǒng)存在數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不一致、數(shù)據(jù)和相關(guān)信息沒(méi)有進(jìn)行有效利用的問(wèn)題。這是由于新能源系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)組設(shè)備、變電設(shè)施以及相應(yīng)的監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)由不同供應(yīng)商生產(chǎn)，因此其信息化管理數(shù)據(jù)使用的標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)備的數(shù)據(jù)接口存在差異。而這使得各個(gè)監(jiān)控模塊和子系統(tǒng)之間無(wú)法建立順暢的通訊聯(lián)系，導(dǎo)致現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)所采集的數(shù)據(jù)以及分析結(jié)果得不到進(jìn)一步處理，無(wú)從利用這些信息之間的關(guān)聯(lián)性實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的精確實(shí)時(shí)調(diào)整。因此一方面由于新能源系統(tǒng)設(shè)備和設(shè)施的分散導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行管理占用過(guò)多資源，拉高了運(yùn)營(yíng)成本^[1]。另一方面又因?yàn)楝F(xiàn)有系統(tǒng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)信息價(jià)值沒(méi)有被充分挖掘，使得新能源系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)效率不夠理想。所以亟需找到對(duì)其進(jìn)行集中管控的解決方案，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)信息的集中處理和深度挖掘，簡(jiǎn)化系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)和生產(chǎn)管理工作，以便有效降低新能源系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)成本。

（二）實(shí)現(xiàn)新能源系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)調(diào)控和遠(yuǎn)程智能化運(yùn)維

由于電力生產(chǎn)和營(yíng)銷方式的特殊性，需要根據(jù)用電需求調(diào)節(jié)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。因此對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)控以保證其在最優(yōu)模式下運(yùn)行非常重要，決定了設(shè)備的使用效率和電力企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益能否最大化。而基于大數(shù)據(jù)分析的遠(yuǎn)程集中管控系統(tǒng)，可以基于對(duì)系統(tǒng)所有運(yùn)行參數(shù)、生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)以及設(shè)備運(yùn)維歷史數(shù)據(jù)等的實(shí)時(shí)分析，精確預(yù)測(cè)和實(shí)時(shí)調(diào)整系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，使其持續(xù)保持效率最優(yōu)化的狀態(tài)，這對(duì)降低系統(tǒng)運(yùn)行管理成本而言無(wú)疑會(huì)起到明顯作用。此外在大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的應(yīng)用下，通過(guò)系統(tǒng)智能化硬件設(shè)備和管理軟件的運(yùn)行，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)故障的預(yù)警和自診自愈，讓系統(tǒng)運(yùn)行更加可靠和安全，這對(duì)處于高度分散狀態(tài)的新能源系統(tǒng)設(shè)備和設(shè)施的運(yùn)維管理工作而言，具有及其重要的意義。

二、基于大數(shù)據(jù)分析實(shí)現(xiàn)新能源遠(yuǎn)程集中管控的可行性

（一）新能源基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息的采集環(huán)節(jié)已經(jīng)具備良好的基礎(chǔ)

在新能源系統(tǒng)目前的管控模式下，信息化管理系統(tǒng)已經(jīng)覆蓋了從設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控、日常生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)以及設(shè)備和設(shè)施運(yùn)行維護(hù)等環(huán)節(jié)，因此在數(shù)據(jù)信息的采集環(huán)節(jié)已經(jīng)具備良好的基礎(chǔ)。目前主要的問(wèn)題存在于在數(shù)據(jù)信息的處理和應(yīng)用方面，首先由于既有監(jiān)控體系以多個(gè)相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng)存在，不利于實(shí)現(xiàn)新能源系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的宏觀遠(yuǎn)程智能化管控。其次數(shù)據(jù)信息的標(biāo)準(zhǔn)不一致，價(jià)值加之信息量級(jí)超出了現(xiàn)有管控系統(tǒng)的運(yùn)行處理能力，因此導(dǎo)致信息的應(yīng)用價(jià)值被浪費(fèi)^[2]。而目前云計(jì)算等技術(shù)的成熟，給實(shí)現(xiàn)新能源系統(tǒng)的遠(yuǎn)程集中管控提供了新的途徑。

（二）云計(jì)算與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)日臻成熟

新能源系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息處理需要解決信息異構(gòu)化、海量信息過(guò)濾處理以及分布式存儲(chǔ)等問(wèn)題，而云計(jì)算技術(shù)和云平臺(tái)的廣泛應(yīng)用恰好能夠滿足這一要求。云計(jì)算技術(shù)讓企業(yè)無(wú)需進(jìn)行大規(guī)模硬件升級(jí)，就可以使用基于云平臺(tái)的分布式服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程信息管控^[3]。這對(duì)于擁有良好信息化和自動(dòng)化管理基礎(chǔ)的新能源企業(yè)而言，是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)遠(yuǎn)程集中管控的契機(jī)。此外此前由于新能源電場(chǎng)地理位置相對(duì)偏僻且設(shè)備和設(shè)施分散，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)備之間的實(shí)時(shí)通訊并建立遠(yuǎn)程集中管控系統(tǒng)成本很高，而目前因?yàn)闊o(wú)線通訊和光纖通訊網(wǎng)絡(luò)基本實(shí)現(xiàn)了全覆蓋，加之即將實(shí)現(xiàn)商用的5G移動(dòng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，這一問(wèn)題已經(jīng)迎刃而解。

（三）大數(shù)據(jù)分析技術(shù)能夠完成對(duì)新能源所有數(shù)據(jù)信息的集中處理

大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的根本優(yōu)勢(shì)就在于其可以集中處理所有類型的數(shù)據(jù)，依靠云計(jì)算平臺(tái)提供的資源高效的過(guò)濾和加工數(shù)據(jù)信息，提煉出對(duì)于企業(yè)管理決策、設(shè)備狀態(tài)調(diào)控以及生產(chǎn)管理具有直接參考價(jià)值的信息^[4]。新能源遠(yuǎn)程集中管控系統(tǒng)需要處理的大數(shù)據(jù)構(gòu)成見圖1所示。因此基于大數(shù)據(jù)分析可以更好的應(yīng)用人工智能技術(shù)，全面提升新能源管控系統(tǒng)的智能化水平，實(shí)現(xiàn)所有設(shè)備的在線狀態(tài)檢測(cè)和故障自診自愈。

三、新能源遠(yuǎn)程集中管控系統(tǒng)的解決方案與具體目標(biāo)

（一）新能源遠(yuǎn)程集中管控系統(tǒng)的基本架構(gòu)

針對(duì)新能源系統(tǒng)的設(shè)備運(yùn)行與管理維護(hù)工作的特點(diǎn)，基于大數(shù)據(jù)分析的遠(yuǎn)程集中管控系統(tǒng)架構(gòu)分為三個(gè)層級(jí)。首先在發(fā)電機(jī)組、升壓站、逆變器以及變壓器等設(shè)備和設(shè)施處布置大數(shù)據(jù)采集和分布式控制裝置，組建物聯(lián)網(wǎng)并通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通訊實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間、設(shè)備和設(shè)施與區(qū)域集控中心之間的雙向?qū)崟r(shí)通訊聯(lián)絡(luò)。通過(guò)各類傳感和智能化監(jiān)控裝置采集設(shè)備運(yùn)行參數(shù)和狀態(tài)參數(shù)，由集控中心進(jìn)行集中處理，實(shí)現(xiàn)信息標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一并根據(jù)需要發(fā)布監(jiān)控指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控^[5]。其次根據(jù)電力企業(yè)的運(yùn)營(yíng)要求設(shè)置區(qū)域集控中心，負(fù)責(zé)對(duì)所在區(qū)域內(nèi)所有新能源設(shè)備和設(shè)施進(jìn)行遠(yuǎn)程集中管控。最后基于電力企業(yè)對(duì)宏觀生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)的管理需要，設(shè)置企業(yè)層面的遠(yuǎn)程集控中心，對(duì)各區(qū)域集控中心所采集和挖掘的大數(shù)據(jù)信息進(jìn)行統(tǒng)一管理和應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)整個(gè)新能源系統(tǒng)的遠(yuǎn)程集中運(yùn)維管理，分析系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)并進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)控。

（二）新能源遠(yuǎn)程集中管控系統(tǒng)的運(yùn)行目標(biāo)

在基于大數(shù)據(jù)分析的新能源遠(yuǎn)程集中管控系統(tǒng)中，設(shè)備和設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控模塊的管控目標(biāo)是通過(guò)對(duì)所有設(shè)備狀態(tài)參數(shù)的大數(shù)據(jù)分析，一方面即時(shí)掌握各關(guān)鍵設(shè)備的狀態(tài)，基于實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行效率最大化對(duì)其運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。另一方面通過(guò)智能化管控系統(tǒng)軟件的運(yùn)行，對(duì)所有參數(shù)的實(shí)時(shí)與歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備故障的預(yù)測(cè)和預(yù)防。當(dāng)通過(guò)分析判定某一設(shè)備存在故障風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，給系統(tǒng)管理和運(yùn)維人員發(fā)布預(yù)警信息。以便提前采取必要的在線或?qū)嵉貦z測(cè)，以防其影響新能源系統(tǒng)的正常運(yùn)行^[6]。其次區(qū)域集控中心的主要管控目標(biāo)是接收相關(guān)信息并結(jié)合企業(yè)的運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)管理和系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)的大數(shù)據(jù)分析，用于進(jìn)行相關(guān)決策和系統(tǒng)監(jiān)控。而企業(yè)層面的新能源系統(tǒng)集控中心則重在基于企業(yè)戰(zhàn)略發(fā)展目標(biāo)，通過(guò)大數(shù)據(jù)分析優(yōu)化生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)，并且利用相關(guān)分析結(jié)果與設(shè)備供應(yīng)商和業(yè)務(wù)合作伙伴探索技術(shù)革新途徑，以期解決新能源利用方面依然存在的諸多技術(shù)難題。

四、結(jié)束語(yǔ)

工業(yè)大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用以及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展，給遠(yuǎn)程集中管控新能源電場(chǎng)提供了技術(shù)方面的基礎(chǔ)，讓解決風(fēng)電場(chǎng)以及光伏發(fā)電場(chǎng)高度分散的機(jī)組和設(shè)施的運(yùn)維與管理難題有了新的途徑。集中管控系統(tǒng)在實(shí)踐應(yīng)用中已經(jīng)初見成效，實(shí)現(xiàn)了新能源電場(chǎng)的少人值守、無(wú)人值守，通過(guò)遠(yuǎn)程集中管控，能有效升了新能源企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，降低運(yùn)營(yíng)成本。

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