新基建時代風(fēng)電場智能運維技術(shù)的發(fā)展與展望

呂思明

摘要：近年來，隨著大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、5G通信、人工智能等新基建技術(shù)的不斷進步，風(fēng)力發(fā)電行業(yè)與整個工業(yè)系統(tǒng)正在進行深度融合，以實現(xiàn)風(fēng)電行業(yè)工業(yè)產(chǎn)品的智能化升級，推動風(fēng)電智能運維技術(shù)發(fā)展，這符合行業(yè)發(fā)展的客觀需求。同時，在風(fēng)電整機產(chǎn)品嚴(yán)重同質(zhì)化、風(fēng)電上網(wǎng)售電平價化的政策背景下，通過數(shù)字化智能運維方法提升產(chǎn)品附加價值，合理化降本增效，是在本輪產(chǎn)業(yè)發(fā)展中提升風(fēng)電產(chǎn)品競爭力和行業(yè)地位的必要手段。

關(guān)鍵詞：智能運維;大數(shù)據(jù);新基建;風(fēng)力發(fā)電;平價時代;降本增效

引言

資產(chǎn)的保值增值是投資者關(guān)心的重要問題。近些年隨著風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展、裝機容量及運行時間快速增加，如何提升風(fēng)電設(shè)備的利用率、降低風(fēng)電設(shè)備龐大的運行維護成本等問題已經(jīng)成為風(fēng)電場管理者關(guān)心的首要問題，從計劃性維護到預(yù)防性維護的演變將為投資者實現(xiàn)投資收益的最大化提供必要的條件。而大數(shù)、云平臺等IT技術(shù)的發(fā)展，為建立電子化、系統(tǒng)化的風(fēng)電場智能運維管控系統(tǒng)來提升風(fēng)電運維技術(shù)水平提供了有力的支撐。IT技術(shù)、移動互聯(lián)網(wǎng)及云平臺的高速發(fā)展、智能手機的普遍使用為風(fēng)電場運維管理系統(tǒng)提供良好的運行平臺。

1智能運維系統(tǒng)軟件架構(gòu)

1.1業(yè)務(wù)板塊

業(yè)務(wù)板塊是整個風(fēng)電場智能運維系統(tǒng)的核心，數(shù)據(jù)板塊和平臺運維板塊的存在都是為了更好地支撐業(yè)務(wù)板塊功能。根據(jù)風(fēng)電行業(yè)目前的運營管理方式分析及未來發(fā)展的展望，業(yè)務(wù)板塊主要分為集控系統(tǒng)、運行維護、智能預(yù)警和專家系統(tǒng)4大部分。

集控系統(tǒng)基于遠程監(jiān)控及全景展示實用化技術(shù)，實現(xiàn)對風(fēng)電場實時運行數(shù)據(jù)的采集、傳輸、存儲及實時展示，達到“集中監(jiān)控、專業(yè)化檢修維護”的集約化管理模式。集控系統(tǒng)設(shè)計為2大業(yè)務(wù)模塊：實時監(jiān)控和報表系統(tǒng)。

1.2數(shù)據(jù)板塊

實現(xiàn)智能運維數(shù)據(jù)的存儲和備份，需滿足如下要求：

a.支持海量數(shù)據(jù)存儲，支持?jǐn)?shù)據(jù)的動態(tài)擴容。

b.支持關(guān)系型數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化存儲，提供關(guān)系數(shù)據(jù)庫操作接口;主要用來存儲集控系統(tǒng)采集的每個風(fēng)場、每臺風(fēng)機的運行數(shù)據(jù)等。

c.支持半結(jié)構(gòu)化的日志文件（文本或者其他格式）存儲，提供日志文件操作接口。

d.支持圖片、視頻及聲音等媒體文件的存儲，提供操作接口。所存儲的數(shù)據(jù)包含平臺數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、集控數(shù)據(jù)、運維數(shù)據(jù)及專家數(shù)據(jù)5個部分。其中平臺數(shù)據(jù)主要為智能運維系統(tǒng)平臺自身的運行維護（權(quán)限分配、模塊動態(tài)接入、界面動態(tài)布局等）提供支撐;基礎(chǔ)數(shù)據(jù)則為智能運維系統(tǒng)業(yè)務(wù)開展（經(jīng)緯度數(shù)據(jù)、GIS數(shù)據(jù)、行政區(qū)域數(shù)據(jù)等）提供支撐;集控數(shù)據(jù)、運維數(shù)據(jù)及專家數(shù)據(jù)統(tǒng)一歸為業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，為智能運維系統(tǒng)業(yè)務(wù)的開展提供支撐并記錄臺賬。

2風(fēng)電場運維技術(shù)現(xiàn)狀

風(fēng)電場運維是風(fēng)電場運營管理的重要環(huán)節(jié)之一，其目的在于維持和提高設(shè)備可利用率，提升設(shè)備的發(fā)電性能并降低運營成本，從而保證風(fēng)電場在整個生命周期內(nèi)的投資收益率。因此，風(fēng)電場運維水平對風(fēng)電機組發(fā)電性能及發(fā)電量有著直接的影響，并決定了整個風(fēng)電場的經(jīng)濟效益。

目前，風(fēng)電場運維模式主要包括計劃性維護和非計劃性維護。計劃性維護依靠現(xiàn)場運維人員按照運維計劃對風(fēng)電機組進行維護檢查及消缺，該運維方式存在間斷性和滯后性特點，難以及時發(fā)現(xiàn)風(fēng)電機組的缺陷。非計劃性維護依靠風(fēng)電機組監(jiān)控系統(tǒng)的故障告警提示，在機組報出故障后由現(xiàn)場運維人員對故障進行處理。該運維方式受備件、現(xiàn)場環(huán)境及故障發(fā)生時間等因素的影響，易出現(xiàn)故障處理響應(yīng)慢、風(fēng)電機組停機時間長等問題。

傳統(tǒng)的風(fēng)電場運維以分散式運維為主，主要表現(xiàn)為機組分散、運維人員分散、備品備件分散，即以單個風(fēng)電場為單位的分散式運維，風(fēng)電場間的人力資源和備品備件相互獨立、互不共享。在分散式運維模式下，因無法實現(xiàn)資源共享和集中統(tǒng)一協(xié)調(diào)，各個風(fēng)電場為保證運維效率，避免機組長時間故障停機，通常在風(fēng)電場部署充足的運維人員及備品備件，導(dǎo)致風(fēng)電場運維成本高，難以滿足風(fēng)電平價時代的要求。同時，傳統(tǒng)的風(fēng)電場運維方式缺乏統(tǒng)一的運維標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，運維人員水平參差不齊，風(fēng)電機組的運行維護和定期檢查缺少有效的運維監(jiān)管，導(dǎo)致部分運維工作流于形式，運維質(zhì)量難以保證，從而無法發(fā)揮機組的最優(yōu)發(fā)電性能，造成發(fā)電量損失，機組的安全性也經(jīng)受到嚴(yán)峻考驗。因此，如何在低運維成本的壓力下實現(xiàn)機組運維質(zhì)量的不斷提升、提高機組運行的穩(wěn)定性，這將是風(fēng)電企業(yè)一個亟待解決的課題。

3新基建時代下風(fēng)電場智能運維體系建設(shè)

在新基建時代背景下，傳統(tǒng)風(fēng)電運維技術(shù)將與物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字孿生、人工智能、邊緣計算、云計算、無人機、5G通信、智能終端等新技術(shù)進行深度融合，并借助大數(shù)據(jù)平臺和信息化技術(shù)進行預(yù)測性維護和遠程診斷，實現(xiàn)行業(yè)智能化、數(shù)字化轉(zhuǎn)型。風(fēng)電場運維體系的智能化將從多層面、多維度進行精細化滲透。

3.1智能風(fēng)電場運維

在智能風(fēng)電機組的基礎(chǔ)上，通過物聯(lián)網(wǎng)及5G通信技術(shù)，將邊緣計算節(jié)點數(shù)據(jù)上傳云端，并基于數(shù)字孿生技術(shù)構(gòu)建與實際風(fēng)電機組一一對應(yīng)的虛擬風(fēng)電機組，形成基于數(shù)據(jù)模型的可視化虛擬風(fēng)電場。同時，借助無人機蜂群系統(tǒng)捕捉實時動態(tài)風(fēng)電機組數(shù)據(jù)，為數(shù)據(jù)檢測和驗證提供依據(jù)。無人機群系統(tǒng)通過蜂群編隊、智能巡檢，可有效提高運維效率。后端利用大數(shù)據(jù)平臺與云計算技術(shù)，匯總風(fēng)電場運維信息，并基于機器學(xué)習(xí)的模型算法與PHM系統(tǒng)，支撐場級管理決策，實現(xiàn)風(fēng)電機組的故障預(yù)測和健康管理，最終達到風(fēng)電場效益提升的目的。與傳統(tǒng)風(fēng)電場相比，基于這些新興技術(shù)所構(gòu)建的智能風(fēng)電場的智能化、自動化及運維效率將極大提高，可實現(xiàn)場站的少人化甚至無人化值守。這有利于降低運維成本和因調(diào)度計劃性限電所致的棄風(fēng)率，實現(xiàn)風(fēng)電場收益最大化。

3.2大數(shù)據(jù)分析在風(fēng)電場運維中的全息應(yīng)用

全息應(yīng)用是對大數(shù)據(jù)分析深層應(yīng)用的橫向拓展，以深層應(yīng)用為中心，結(jié)合“云計算”與“人工智能”，賦予風(fēng)電場“智慧”，實現(xiàn)風(fēng)電場設(shè)備“自我管控”的最終目標(biāo)。智慧風(fēng)場包含以下2種智能系統(tǒng)：

（1）智能故障預(yù)警系統(tǒng)。智能故障預(yù)警系統(tǒng)以短期、超短期風(fēng)速波動數(shù)據(jù)和傳感數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，經(jīng)過大數(shù)據(jù)中心分析，根據(jù)分析結(jié)果進行故障點預(yù)測，并向現(xiàn)場人員提供故障預(yù)警分析以及故障預(yù)警報告，通過提前更換折損部件，縮短機組故障停機時間，變相提升運維效率。

（2）智能故障診斷系統(tǒng)。智能故障診斷系統(tǒng)根據(jù)設(shè)備部分歷史周期信息和當(dāng)前運行狀態(tài)，結(jié)合設(shè)備運行中產(chǎn)生的信息，自主比對數(shù)據(jù)中心內(nèi)歷史故障信息?；诒葘Y(jié)果給出故障針對信息，出具初步排障方案和步驟，減少排障時間，降低排障難度。

結(jié)語

隨著風(fēng)電行業(yè)大規(guī)模、快速發(fā)展，風(fēng)電場低成本運維需求越來越強烈，傳統(tǒng)的風(fēng)電場運維模式在風(fēng)電平價政策下所存在的局限性也隨之凸顯。本文分析了當(dāng)前風(fēng)電場運維技術(shù)現(xiàn)狀，認(rèn)為在國家提出大力發(fā)展新基建的時代背景下，未來的風(fēng)電場運維技術(shù)將融合大數(shù)據(jù)、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、5G通信等新基建技術(shù)，并利用智能化、數(shù)字化技術(shù)手段，對風(fēng)電場實行集約式統(tǒng)一管理，實現(xiàn)有效降本增效;并從風(fēng)電機組、風(fēng)電場及場群角度出發(fā)，分析了不同維度下的風(fēng)電運維智能化發(fā)展方向，構(gòu)建了風(fēng)電智能運維生態(tài)體系，在一定程度上為風(fēng)電行業(yè)“服務(wù)型制造”的轉(zhuǎn)型之路提供參考。

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