新能源場站智慧運維應用探索

金聲超，吳文寶，封永銘，張書啟，羅 瑋

（中國電建集團江西省電力建設有限公司，江西 南昌 330000）

0 引言

風電和光伏新能源電站往往位于深山老林、大漠深處或海島孤地等人跡罕至處，傳統方式的生產運維主要依賴于大量專業(yè)技術人員。近年來，隨著“平價上網”時代的到來，廣大新能源公司急需通過優(yōu)化生產運維模式來降低運維成本，提高發(fā)電效益[1]。

隨著大數據、云計算、物聯網、5G 和人工智能等現代信息技術的迅猛發(fā)展，國內外各相關機構都嘗試在新能源產業(yè)推進智慧工程，中國電建集團江西省電力建設有限公司（下文簡稱江西電建公司）也不例外。

風力和光伏發(fā)電是江西電建公司能源電力業(yè)務板塊最重要的業(yè)務內容，業(yè)務體量龐大，憑借規(guī)劃設計先行、商業(yè)模式創(chuàng)新，具備較強的市場競爭力。在新能源運維方面，公司已形成三百余人隊伍，孕育出大數據分析、后方專家技術支持、檢測、檢修等團隊，能提供智慧運維、檢測、檢修和技改等新能源電站全壽命周期資產管理解決方案[2-4]。

1 平臺項目意義

為積極響應中國電建集團公司“12358”的高質量發(fā)展戰(zhàn)略方針，統籌國際國內兩個市場，切實把握能源轉型、深化改革、科技革命和能源數字化帶來的新機遇，江西電建公司通過思路創(chuàng)新，利用前沿科技創(chuàng)新成果，在管理模式和技術手段上尋求突破，向技術要效益。

該新能源場站智慧運維平臺項目基于云計算、大數據、物聯網、移動互聯網及人工智能相關技術，以傳統業(yè)務的移動化、智慧化應用為切入點，聚焦新能源場站設備狀態(tài)參數的數據挖掘，實時分析設備健康狀態(tài)，預警預判設備運行風險，智能決策安排場站側的設備檢修計劃；，有效調度運維資源與力量，實現新能源場站由計劃檢修向精準檢修、預防性檢修的創(chuàng)新轉變，逐步實現風電場“集中監(jiān)控、無人值班、少人值守”的高效智能運維模式，最終實現集中化監(jiān)控、集約化管理、高效化利用的跨越式發(fā)展，從而提高企業(yè)核心競爭力。

該新能源場站智慧運維平臺主體包括：基本運維功能、生產管理和生產實時數據分析等15 個子系統，可以支持現場運維和檢修模式由被動變?yōu)橹鲃?，同時生產過程實現標準化、信息化，極大的提高生產管理效率，降低成本。

2 平臺建設思路

立足于當前國內外產業(yè)環(huán)境、行業(yè)趨勢和公司現狀以及未來產業(yè)戰(zhàn)略布局的基礎上，近兩年江西電建公司在新能源場站智慧運維方面進行了大量積極有益的探索，目前正在建設中的平臺項目涵蓋公司風電和光伏等不同新能源場站，提供其全生命周期的過程管控和數據支撐，加快公司信息化、智能化、數字化轉型步伐，推動公司新一輪跨越式發(fā)展。

平臺項目面向風電和光伏電站，以實現新能源電站智能監(jiān)控、智能診斷、智能運維和標準化管理，達到可知、可視、可控，保障電站安全及經濟效益為總體目標，按照“業(yè)務牽引—資源互聯—物聯支撐—服務云享—數據賦能—運維協同”的理念，采用“物聯網+互聯網”的場站內外聯動交互、“線上線下融合、對內對外與公共服務一站式”模式和“智云網邊端”一體化協同方式，創(chuàng)新新能源場站高效運維的模式和技術，有效調度運維資源與力量，實現新能源場站由計劃檢修向精準檢修、預防性檢修的創(chuàng)新轉變，為企業(yè)和行業(yè)高質量發(fā)展賦能。

3 運維市場痛點及挑戰(zhàn)

在新的發(fā)展趨勢下，新能源企業(yè)結合自身行業(yè)特點在生產運維過程中暴露出的主要問題概括為如下六類：

1）缺少企業(yè)自身可靠穩(wěn)定的技術人員

隨著新資產的建設，資產運維也越來越分散，人員成本不斷增長，由于新能源建廠普遍處于偏遠地區(qū)，專業(yè)人員在偏遠環(huán)境的長期駐廠不利于其個人發(fā)展，人員的流動性較大，現場維護水平有待提高。

目前人力資源處于“傳幫帶”的傳統能力形成模式，沒有形成合理的運維體系，請求遠方技術人員支持比較困難。

2）設備服役質量狀態(tài)的分析手段有待提升

一是目前大部分企業(yè)仍是采取哪壞修哪的事后檢修方式，搭配設備廠家建議或企業(yè)自身制訂的周期性巡檢的運維模式。缺乏具有科學指導性的預警手段，沒有通過對風機設備的服役質量狀態(tài)綜合量化評估來建立企業(yè)自身的設備健康評判標準與個性化的檢修策略。

二是設備發(fā)生故障后，故障排查、處理方案的周期長，從而直接導致損失發(fā)電量。

3）日常工作任務缺乏合理的計劃

日常工作內容的開展主要依靠人員主觀意愿和經驗來進行安排，通常采取“先來先做”的方式來進行工作安排，缺乏考慮多重因素下更加科學、合理的運維任務規(guī)劃。

4）缺乏高效的維護資源保障

場站側維護資源保障無法及時響應，大部件長停的情況常常出現。部件壽命與物資儲備的聯動關系未建立，規(guī)律性部件故障未聯動備件儲備。

5）缺乏新能源運維質量的評價體系及標準

現階段新能源行業(yè)對于自身運維質量好壞的評價缺乏相對統一的評定標準。以風電為例，目前各家企業(yè)之間多以運維人員技能水平，設備可利用率或長停時間進行評價。2013 年國家能源局發(fā)布《風電場運行指標與評價導則》，2014 年中電聯發(fā)布《風電場生產運行指標體系》，這些指標和方法在實際的風電場運維水平評價中，存在維度單一及受非運維因素的影響。缺乏綜合將機組設備狀態(tài)、環(huán)境資源（例如：風資源）、功率預測、理論發(fā)電量、實際發(fā)電量、故障重復率、檢修工時等多因素進行融合、歸一化的綜合指標評價方法。

6）缺乏有效的知識共享智慧互聯平臺

企業(yè)在專家、員工運維團隊建設、機器設備全生命周期和供應鏈管理、運維業(yè)務快速響應和多部門協同工作等方面逐年積累了豐富的行業(yè)運營標準和相關管理經驗，但由于沒有一個有效的對外知識共享和服務平臺，使得這部分寶貴的知識資源不能最大化發(fā)揮作用，不利于企業(yè)價值鏈的延伸與業(yè)務拓展。

4 平臺設計思路

該新能源場站智慧運維平臺按照“業(yè)務牽引—資源互聯—物聯支撐—服務云享—數據賦能”的理念，采用“物聯網+互聯網”的場站內外聯動交互和“線上線下融合、對內對外與公共服務一站式”模式和“智云網邊端”一體化協同方式，進行系統架構設計，支撐和推動公司增值運維、集約運維、智慧運維、安全運維戰(zhàn)略的實施。

1）互聯網牽引

以互聯網為智慧運維平臺業(yè)務總入口、人機物法等生產要素的總結點和數據、業(yè)務、智能分析總載體，承接場站側、用戶側、集團公司側和供應鏈側的信息與知識的智慧云享服務。

2）物聯支撐

以新能源場站“一鍵接入”或快速接入為目標，以屏蔽協議差的物聯接口協議庫構建與管理為核心，以“設備—場站—公司”的遞階式連接和匯聚為手段，從上到下形成“智、云、網、邊、端”的一體化架構。

在此過程中，企業(yè)中臺根據龐雜、多維、海量的業(yè)務數據、設備數據，以及管理數據等進一步數據匯聚，分別針對不同的體系需求進行近端和云端的數據處理，依托業(yè)務中臺、數據中臺、算法中臺和模型中臺實現頂層的智慧物聯和智慧互聯業(yè)務應用。

3）數據賦能

以物聯數據為基礎，以大數據分析和智能化挖掘為手段，對裝備狀態(tài)、運維策略、運維質量、人員畫像等中觀場景進行統籌分析，對場站可靠性、風光功率、出力調控等微觀參數優(yōu)化賦能。

4）業(yè)務穿線

以基礎運維業(yè)務為主線，以智能化的狀態(tài)分析、運維決策、路徑優(yōu)化、工單派發(fā)為激勵，構建完整、便捷、松耦合的智慧運維業(yè)務系統。

線上依托集控中心的信息化軟件系統（集控+智能運維系統），對場站進行集中監(jiān)控、設備智能感知、智能預警和全面生產過程管理；線下是現場運維團隊，實現設備巡檢、檢修、技改等，線下工作信息通過線上系統反饋至集控中心，使集控中心可替代現場運行管理職能，實現減人增效、降本增效、生產過程標準化、透明化、可視化，整個過程可感知狀態(tài)。

5）服務云享

通過智慧互聯平臺實現知識共享與使用，再到知識深入研究后的共享反饋，形成一個良性的、高效的、有價值的閉環(huán)知識系統。將知識由點開始，互聯成線，再由線及面，最后構建一個三維云享知識體，實現知識資產化、原子化、信息化和場景化四個方面的智慧互聯云享實踐。

比如人員畫像云享，能最大化發(fā)揮每個員工的個人和團隊價值，達到降本增效的目的。

設備全生命挖掘信息云享，能為云端客戶提供設備運維相關經驗、數據支持、以及供應鏈快速響應服務，協助第三方對設備故障進行遠程分析與診斷、維修方案制定與評價，以及供應鏈上的物資與人力資源的響應與調度。

方案經驗法規(guī)云享，能對云端客戶提供相關的設備檢維修方案、設備運行操作經驗以及企業(yè)管理法規(guī)制度等知識專題，對知識資源快速準確導航，按照一定規(guī)律進行梳理、分類、類聚處理，協助第三方快速、準確、全面的找到相關運維知識。

6）智慧運維

通過場站內設備的物聯、信息和狀態(tài)的感知、網絡的構建、數據的傳輸、服務的管理以及運維業(yè)務的一站式匯聚，打造以運維業(yè)務為主線，以智慧分析為支撐，涵蓋場站設備智能診斷、智能監(jiān)控、智能工單管理、任務管理、任務評價和資源調度等增值服務的智慧運維平臺。

5 平臺主要特點

1）智云網邊端一體化融合與協同。項目通過層級劃分，實現場站側、用戶側、場站側物聯設備，邊緣物聯代理、物聯管理平臺、云企業(yè)中臺和智能運維分析算法庫的一體化協同。

2）電網側、場站側和用戶側等多主體物聯設備一鍵接入。

3）利用先進的通信信息技術，實現事后運維到主動運維的轉變、實現非計劃性運維向計劃性運維的轉變、實現風險不可控運維向生產可控運維的轉變。

4）工單實現線上管理。

5）兩票實現線上管理。

6）實現移動智能巡檢。

7）監(jiān)測數據智能分析與主動預警。

8）全視角協同自主巡檢。

系統總體構架見圖1。

圖1 系統總體架構圖

6 結語

新能源電站是一個復雜的系統，運維管理工作范圍廣、內容多，充分利用云、大、物、移、智等技術提升新能源電站運維管理水平，最終實現新能源電站運維過程的數字化、智能化甚至智慧化管理。

在新能源產業(yè)快速發(fā)展的新形勢下，探索和構建新型運維體系是公司新能源運營業(yè)務由快速擴張的外延式發(fā)展到提高管理能力的內涵式增長轉型的必經之路，也是推動新能源產業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的必經之路，必將不斷提高設備整體可利用率和場站發(fā)電效益。