新能源發(fā)電場站智能運維技術(shù)研究

廣東水電二局股份有限公司北方運維分公司 江 峰

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步，新能源發(fā)電場站智能化運維技術(shù)也隨之產(chǎn)生。它是物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)和AI技術(shù)在新能源發(fā)電場站具體應(yīng)用，通過線上依托集中控制中心的信息化軟件系統(tǒng)，對所轄新能源場站進行集中監(jiān)控和診斷分析等，并指導(dǎo)線下區(qū)域檢修中心人員進行運維工作?，F(xiàn)場運維和巡檢的信息通過網(wǎng)絡(luò)反饋至集中監(jiān)控中心，電網(wǎng)調(diào)度指令可采用同時震鈴方式、亦可統(tǒng)一由集中監(jiān)控中心進行調(diào)度，實現(xiàn)新能源發(fā)電場站信息化系統(tǒng)、人、財、物的集約化、智能化、共享化體系建設(shè)及對場站的精細化管理。

在智能化新能源發(fā)電場站建設(shè)中，智能運維技術(shù)以業(yè)務(wù)需求為導(dǎo)向，以自動化設(shè)備體系數(shù)據(jù)源為基礎(chǔ)、可靠的高速光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)為物理主干、標準通信總線和信息模型為主要支撐、高級應(yīng)用體系為主體，實現(xiàn)電力生產(chǎn)業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)分析、故障診斷、智能運維、統(tǒng)一管控、潛能挖掘以及決策支撐[1]。

1 新能源發(fā)電場站運維工作現(xiàn)狀

1.1 運維體系不完善

我國大部分的新能源發(fā)電場站都采用單一場站運維模式，調(diào)度中心會根據(jù)現(xiàn)場的實際狀況進行判斷，然后對設(shè)備的運行狀態(tài)做出調(diào)整，但由于缺乏有效的信息支持會出現(xiàn)一些問題，使整個過程的效率大大降低。另外還有遠程監(jiān)視方式，雖可實現(xiàn)實時的監(jiān)督和控制，但也存在著一定的弊端，無法對場站的操作行為作出及時的反饋和處理，使得工作質(zhì)量大打折扣。

1.2 設(shè)備維護工作不到位

設(shè)備的維護是一項非常細致的工作內(nèi)容，涉及設(shè)備的安裝、調(diào)試和運行管理、維護管理等多個方面，需大量人力和物力投入其中，因此在實際操作過程中設(shè)備維護工作不到位現(xiàn)象時有發(fā)生，甚至?xí)霈F(xiàn)設(shè)備故障后系統(tǒng)無法正常運轉(zhuǎn)的情況，導(dǎo)致設(shè)備不能發(fā)揮其應(yīng)有的作用或造成經(jīng)濟損失。有時因缺乏必要的技術(shù)支持，許多電氣設(shè)備的維修人員不了解相關(guān)的技術(shù)知識，不能及時處理各種問題，最終使得很多的隱患不斷地積累，給場站帶來巨大的損失[2]。

1.3 新能源發(fā)電場站智能化運維的必要性

新能源發(fā)電場站的傳統(tǒng)運維模式主要是源于火電廠的管理模式，目前新能源發(fā)電場站主要有運行維護一體化和維護分離兩種模式。運維一體化模式即場站人員對發(fā)電設(shè)備的運行和檢修工作無明確分工，共同負責(zé)場站的生產(chǎn)運行與檢修維護工作；運檢分離模式則是場站運行人員負責(zé)發(fā)電設(shè)備的運行監(jiān)視值班工作，檢修人員負責(zé)發(fā)電設(shè)備的檢修維護工作，此兩種模式通常基于單個新能源發(fā)電場站對生產(chǎn)人員進行配置，單個場站至少需要配置十幾名生產(chǎn)人員。

隨著企業(yè)所轄新能源場站逐漸增加，所需要的運維人員數(shù)量十分巨大，運營成本較高。同時又由于新能源場站選址一般較為偏僻，地理位置分散，更是加大了場站運行維護難度，企業(yè)人才隊伍的建設(shè)十分困難。而為實現(xiàn)新能源發(fā)電企業(yè)的降本增效，新能源發(fā)電場站的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行，采用先進的智能化運維技術(shù)實現(xiàn)“集中監(jiān)控、區(qū)域檢修”成為問題解決的最佳方案。

2 新能源發(fā)電場站智能化運維技術(shù)的各項內(nèi)容分析

2.1 新能源發(fā)電場站的集中控制

2.1.1 硬件配套

基于新能源發(fā)電場站智能運維管理的需求和特點，新能源發(fā)電場站智能系統(tǒng)的硬件主要包括物聯(lián)網(wǎng)平臺（IoT）及新能源大數(shù)據(jù)平臺等：物聯(lián)網(wǎng)平臺服務(wù)主要包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)、數(shù)據(jù)接入服務(wù)，是集中監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，實現(xiàn)了新能源場站多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的采集、接入和轉(zhuǎn)發(fā)，將接入的全量數(shù)據(jù)實時同步到大數(shù)據(jù)平臺，并對傳輸安全加密，保證數(shù)據(jù)和交互的安全；新能源大數(shù)據(jù)平臺服務(wù)包括數(shù)據(jù)存儲、查詢服務(wù)（實時數(shù)據(jù)服務(wù)、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)服務(wù)、業(yè)務(wù)管理數(shù)據(jù)服務(wù)等）、大數(shù)據(jù)分析服務(wù)（指標計算服務(wù)、模型計算服務(wù)、作業(yè)調(diào)度服務(wù)、數(shù)據(jù)探索服務(wù)等）等[3]。

2.1.2 智能化的應(yīng)用

智能化應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)實現(xiàn)各子系統(tǒng)的集合，由集中監(jiān)控系統(tǒng)、集中功率預(yù)測系統(tǒng)、設(shè)備健康管理系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)、移動應(yīng)用、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、調(diào)度電話系統(tǒng)等核心高級應(yīng)用組成。

集中監(jiān)控系統(tǒng)：新能源場站的自動化系統(tǒng)數(shù)據(jù)分區(qū)采集后上送集中控制中心，在集中控制中心實現(xiàn)對新能源業(yè)務(wù)的統(tǒng)一管理，實現(xiàn)對新能源場站的集中實時監(jiān)測和遠程控制。

集中功率預(yù)測系統(tǒng)：通過IEC-104通訊協(xié)議采集新能源場站端預(yù)測數(shù)據(jù)，實測數(shù)據(jù)通過集控開放至集控功率預(yù)測平臺。系統(tǒng)根據(jù)新能源場站所處地理位置的氣候特征、地形地貌和歷史數(shù)據(jù)情況(如歷史功率、歷史風(fēng)速)、數(shù)值天氣預(yù)報、風(fēng)電機組、逆變器運行狀態(tài)等數(shù)據(jù)建立場站輸出功率的預(yù)測模型，以風(fēng)速、輻照度、功率和數(shù)值天氣預(yù)報數(shù)據(jù)作為模型的輸入，結(jié)合發(fā)電單元的設(shè)備狀態(tài)及運行工況，得到場站未來的輸出功率，為場站管理工作提供輔助手段。

設(shè)備健康管理系統(tǒng)：通過大數(shù)據(jù)分析持續(xù)監(jiān)測新能源設(shè)備的健康狀況，預(yù)防設(shè)備的不良運行表現(xiàn)，從而保證機組穩(wěn)定運行，降低備件消耗、優(yōu)化現(xiàn)場的運維策略，實現(xiàn)從故障后“被動維護”向“主動預(yù)防性維護”的轉(zhuǎn)變；生產(chǎn)管理系統(tǒng)：以資產(chǎn)模型、設(shè)備臺帳為基礎(chǔ)，以工單的創(chuàng)建、審批、執(zhí)行、關(guān)閉為主線，合理、優(yōu)化地安排相關(guān)的人、財、物資源，將傳統(tǒng)的被動檢修轉(zhuǎn)變?yōu)榉e極主動的預(yù)防性維修，與集中監(jiān)控系統(tǒng)和健康管理系統(tǒng)集成，實現(xiàn)預(yù)防性維護。

移動應(yīng)用：整合生產(chǎn)管理系統(tǒng)中的運行管理模塊，實現(xiàn)兩票、缺陷、巡檢及出入庫等日常操作。同時建立一套包含巡檢、定檢、大修技改、故障檢修、消缺、故障、缺陷等工作過程工作票、操作票、故障、缺陷消缺等工作的開票、簽發(fā)、批準、審批、執(zhí)行、終結(jié)等工作系統(tǒng)組成的、可靈活擴展的一體化智能移動辦公系統(tǒng)；視頻監(jiān)控系統(tǒng)：建立集中監(jiān)控中心與各新能源場站間的視頻互聯(lián)網(wǎng)通道，集中監(jiān)控中心可通過互聯(lián)網(wǎng)通道直接訪問新能源場站的圖像監(jiān)控系統(tǒng)的視頻服務(wù)器，實現(xiàn)對新能源場站的圖像監(jiān)控。

調(diào)度電話系統(tǒng)：將每個新能源場站調(diào)度電話接出一條分線，接入調(diào)度電話系統(tǒng)子站模擬網(wǎng)關(guān)并通過專用網(wǎng)絡(luò)將信號引入集控中心調(diào)度電話系統(tǒng)，實現(xiàn)與各場站端平級并聯(lián)，在集控中心實現(xiàn)生產(chǎn)調(diào)度電話呼叫中心功能。滿足場站端及集控端一機雙響，即調(diào)度電話在場站及集控中心都可接聽，在集控中心可撥打至各受控場站相應(yīng)調(diào)度的電話[4]。

2.2 新能源發(fā)電場站的集中管理

2.2.1 物資的集中管理

基于電力系統(tǒng)的自動化管理可實現(xiàn)對現(xiàn)場的設(shè)備進行集中化的管理和控制，能有效提高場站的生產(chǎn)效率，減少人力的使用成本，同時也能降低場站運行的風(fēng)險性，在一定程度上還能提升工作的安全性和可靠性。新能源發(fā)電場站需對各種類型的資源進行合理的分配和利用，并建立起一套完善的物資管理系統(tǒng)，通過先進的信息平臺來完成對各類物資的統(tǒng)一調(diào)配，從而使整個發(fā)電場站的運營更加的高效、安全。

2.2.2 人才的集中管理

目前我國新能源發(fā)電企業(yè)的管理水平普遍不高，人員冗余現(xiàn)象嚴重，在發(fā)電信息的采集、傳輸、處理過程中存在大量人力物力浪費。同時，由于缺乏統(tǒng)一的調(diào)度中心，系統(tǒng)運行維護工作量大、成本高、效率低、安全系數(shù)低，容易發(fā)生故障，影響電力網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和可靠性。因此須加強對人才的集中管理，提高發(fā)電信息化建設(shè)，建立健全人才培養(yǎng)機制，實現(xiàn)人才資源共享。

集中化的人事管理是一種新型的管理系統(tǒng)模式，它將原來分散的人工操作轉(zhuǎn)變?yōu)榧械淖詣踊刂?，大大降低了人為因素的干擾程度，使管理人員的組織結(jié)構(gòu)和職能得到優(yōu)化，并能充分利用計算機技術(shù)以滿足不同的需求。由于電力系統(tǒng)規(guī)模大、容量龐大，對設(shè)備要求較高，為實現(xiàn)現(xiàn)場運行控制需建立起一個統(tǒng)一調(diào)度指揮平臺，通過該體系可將不同類型新能源場站進行分類和分配。

3 新能源發(fā)電場站智能化運維技術(shù)的發(fā)展趨勢

建立健全的運維計劃。首先需眼全局對新能源發(fā)電場站運維管理智能化系統(tǒng)進行整體把控，明確現(xiàn)階段場站智能化運維技術(shù)存在的問題，建立健全運維計劃。并在后續(xù)運行中從功率預(yù)測、電量預(yù)算、設(shè)備健康預(yù)警、故障緊急處理等方面入手，提升運維計劃的合理性，同時制定行之有效的措施確保運維計劃的執(zhí)行。只有根據(jù)科學(xué)計劃嚴密實施才能保證新能源發(fā)電場站的有效運維管理；培養(yǎng)優(yōu)質(zhì)的運維團隊。新能源發(fā)電場站智能化運維技術(shù)的應(yīng)用效果，很大程度上取決于運行維護團隊的工作能力。加強運維團隊建設(shè)，樹立運維人員創(chuàng)新意識，提高運維人員的專業(yè)技能水平，能夠提升企業(yè)運行管理、設(shè)備維修服務(wù)的水平，從而保證設(shè)備安全穩(wěn)定運行，提升企業(yè)的經(jīng)濟效益。

緊密聯(lián)系互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)處理以及云計算技術(shù)。新能源發(fā)電場站智能化運維管理需要與互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)處理以及云計算技術(shù)緊密結(jié)合。利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提升對天氣狀況監(jiān)控水平，降低天氣對發(fā)電設(shè)備的影響；借助大數(shù)據(jù)技術(shù)實現(xiàn)新能源發(fā)電場站的技術(shù)化管理，通過大數(shù)據(jù)信息庫建設(shè)，使得場站智能化運維流程更加清晰簡單，促進場站標準化管理；通過自動化技術(shù)提高場站的自動監(jiān)測、自動報警能力，從根本上提高新能源發(fā)電場站智能化運維技術(shù)的效率。

深化新能源發(fā)電場站的自動化、智慧化研究。針對新能源發(fā)電需要自動化、智慧化改革，借助數(shù)字化技術(shù)對新能源發(fā)電場站低速傳輸通道進行優(yōu)化升級，增加并融合語音和視頻通信，并將采集的全部信息與云計算技術(shù)結(jié)合起來自動傳輸?shù)皆贫?，保證數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)存儲的安全性、有效性。利用大數(shù)據(jù)分析和挖掘引擎,實現(xiàn)新能源發(fā)電場站性能的連續(xù)優(yōu)化。

綜上，隨著互聯(lián)網(wǎng)等高新技術(shù)的不斷發(fā)展，新能源發(fā)電場站的智能化運維發(fā)展也成為了行業(yè)發(fā)展的新方向。針對場站運行成本高、維護難度大等問題，通過智能化運維技術(shù)，實現(xiàn)對新能源發(fā)電場站的全面感知、統(tǒng)一管控、科學(xué)決策等目標。這些目標的實現(xiàn)，有利于企業(yè)降本增效、提高運維管理水平，助力實現(xiàn)“雙碳”目標。