風(fēng)電場智能化維護技術(shù)研究

建水新天風(fēng)能有限公司 郭琦 劉克川 朱聰 范凱良 李亞寧

1 智慧風(fēng)場的概念及我國風(fēng)電發(fā)展的現(xiàn)狀

1.1 智慧風(fēng)場的概念

智慧風(fēng)電場的概念起源于歐美等發(fā)達國家。2010 年9月美國IBM 公司首次在國內(nèi)發(fā)布了“智慧的電力”戰(zhàn)略以及系列解決方案。隨后逐步出現(xiàn)了“智能風(fēng)電場”“智慧風(fēng)電場”等概念?，F(xiàn)如今，隨著數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展和能源產(chǎn)業(yè)化的加快，市場對能源企業(yè)的要求已經(jīng)從數(shù)字化、智能化逐步過渡到智慧化的階段。智慧已經(jīng)不再是智能的簡單升級，而是提出了更高層次的要求，需要電廠在生產(chǎn)運作過程中充分展現(xiàn)出“擬人”的特點，即具有“思維”“判斷”和“決策”的能力[1]。

1.2 我國風(fēng)電的發(fā)展現(xiàn)狀

我國正處于風(fēng)電項目迅速發(fā)展的階段，但風(fēng)電環(huán)境管理體系卻剛剛起步。雖然風(fēng)能具有可再生、無污染的特點，但在風(fēng)電開發(fā)和營運過程中，如果規(guī)劃、選址、建設(shè)、管理不當(dāng)，仍然會產(chǎn)生一系列環(huán)境問題，主要表現(xiàn)為對鳥類遷徙的影響，風(fēng)機噪聲、光影等污染及生態(tài)破壞等。

風(fēng)能作為清潔能源，在發(fā)電時不會對環(huán)境產(chǎn)生破壞。同時，風(fēng)力發(fā)電設(shè)施屬于立體設(shè)施，不會對陸地環(huán)境的穩(wěn)定性產(chǎn)生破壞。因此，在未來發(fā)電行業(yè)中，風(fēng)力發(fā)電會成為重要的技術(shù)手段。風(fēng)力發(fā)電的經(jīng)濟性很好，整體成本較低。目前，由于技術(shù)越發(fā)先進可靠，以至于風(fēng)力發(fā)電的成本已經(jīng)接近了煤炭的發(fā)電成本。風(fēng)力發(fā)電在提升效益方面有著非常明顯的優(yōu)勢。在未來新技術(shù)的引入和使用過程中，必然會進一步降低相關(guān)成本。數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示，如果風(fēng)力發(fā)電的能力再次翻倍，成本將會下降35%左右。如果風(fēng)電實際使用的增長率突破30%，市場成本會進一步降低。此外，我國幅員遼闊，風(fēng)力資源的儲備量比較豐富，在日后持續(xù)發(fā)展的過程中，特別是在風(fēng)力發(fā)電大面積鋪開的過程中，帶來的經(jīng)濟效益會更加可觀，這也符合新時期的綠色、生態(tài)發(fā)展理念[2]。

相比其他項目，風(fēng)力發(fā)電的建設(shè)工期比較短，建設(shè)完畢后也可以迅速投產(chǎn)。在風(fēng)力發(fā)電項目落地時，由于建設(shè)周期的快速性，大部分項目會按照周或者月來進行結(jié)算，在短期就可看到建設(shè)的效果，這對于急需緩解用電資源緊缺問題的項目地區(qū)有著十分重要的價值。

2 人工智能技術(shù)在智能化風(fēng)電場維護的應(yīng)用

2.1 建立健全智能風(fēng)電場運行維護體制

智能風(fēng)電場運行中的維護和管理工作，是確保其正常運行的前提。智能風(fēng)電場的運行和維護系統(tǒng)是智能風(fēng)電場建設(shè)的重要內(nèi)容。在設(shè)計運行管理系統(tǒng)時，要充分考慮到智能風(fēng)電場的特殊情況，并加以完善。在具體工作中，要嚴格執(zhí)行操作管理制度，加強監(jiān)管，確保各部門的工作分工，并建立相應(yīng)的崗位責(zé)任制。對風(fēng)電場進行的智能化維修與管理，保證風(fēng)電場在運行過程中能夠及時地發(fā)現(xiàn)并解決問題，提高風(fēng)電場的工作質(zhì)量和工作效率。

2.2 加強智能風(fēng)電場的巡檢工作

智能風(fēng)電場設(shè)備的巡檢工作質(zhì)量直接影響到整個風(fēng)電場的安全、可靠，所以必須加強巡檢工作，做好所有的巡檢工作以避免出現(xiàn)事故。智能風(fēng)電場一般都位于偏遠地區(qū)，而且地理環(huán)境極為惡劣，時常遭遇強風(fēng)和雷電。如果不進行有效的控制，很難在短時間內(nèi)檢測出問題，從而影響電力系統(tǒng)的安全運行。所以，在智能風(fēng)電場的運行中，要根據(jù)電網(wǎng)的實際運行狀況，對其進行監(jiān)控，在保證監(jiān)測方案的科學(xué)性和合理性的前提下，應(yīng)充分考慮當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境特征。

2.3 詳細分析智能變電設(shè)備存在的異常問題

在智能變電設(shè)備的使用過程中，不可避免會遇到一些問題。在此過程中，運維人員要能及時發(fā)現(xiàn)故障，并對故障進行精確的定位，并對故障進行細致的分析，以正確地判斷故障的種類。如果問題不大，可以通過檢修解決。問題比較嚴重，嚴重到危害程度，要及時進行匯報，同時要對問題現(xiàn)場進行控制，并收集有關(guān)數(shù)據(jù)，以便有關(guān)部門能根據(jù)問題的性質(zhì)，采取相應(yīng)的對策。同時，電力系統(tǒng)運行中存在的安全隱患也是急需解決的問題。為了防止事故的發(fā)生，可以采取I級臨時措施，對風(fēng)電場的運維工作做詳細的記錄，尤其是在風(fēng)電場出現(xiàn)故障時，要對其原因和處理方法作詳盡的記錄，并根據(jù)所記錄的內(nèi)容對其產(chǎn)生的原因和規(guī)律進行分析，從而采取有效的預(yù)防措施[3]。

2.4 做好智能風(fēng)電場的監(jiān)測工作

在智能風(fēng)電場運行維護中，應(yīng)加強對風(fēng)電場的監(jiān)控，并選用適當(dāng)?shù)臏y控技術(shù)。在采用測控技術(shù)的過程中，將監(jiān)測傳感器置于變電裝置上，利用因特網(wǎng)，實現(xiàn)對電網(wǎng)運行狀態(tài)的實時監(jiān)測。同時，對風(fēng)電場運行過程中的故障進行實時監(jiān)控，可以對其進行正確的定位，并對其進行及時的維修，為變電設(shè)備的安全運行提供了保障。

2.5 應(yīng)用繼電保護校驗技術(shù)

只有在數(shù)字化保護的情況下，才可以進行檢測。嚴格遵守有關(guān)規(guī)定是繼電保護的基本要求。其中，保護性測試儀是主要的設(shè)備，通常采用單對單或者單對多，再通過兩根電力網(wǎng)將保護測試儀連接在一起，從而完成測試。

2.6 提升安全性和穩(wěn)定性

本文針對風(fēng)電場智能化維護中存在的不穩(wěn)定和不安全問題，提出了相應(yīng)的改進措施。首先，在電力設(shè)備起動時，利用微型設(shè)備、電子技術(shù)，把波形和電壓有效地集中起來，保證一定的時間內(nèi)的電壓穩(wěn)定。其次，就是監(jiān)控儀器的工作狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)有問題，立刻進行處理，這是非常重要的。接著進行自我檢查，對風(fēng)電場、重要斷路器進行全面的監(jiān)測，一旦出現(xiàn)異常，就會發(fā)出報警，讓運維人員在最短的時間內(nèi)進行維護。最后，針對設(shè)備的故障，應(yīng)根據(jù)設(shè)備類型，選用適合的檢修方法，以確保在最短的時間內(nèi)得到解決。

2.7 積極研制引導(dǎo)智能設(shè)備

目前，風(fēng)電場智能化維護技術(shù)的應(yīng)用范圍很廣，例如，雙母線接線、小車開關(guān)柜等，從而使風(fēng)電場自動化系統(tǒng)的集成更加科學(xué)化。將智能技術(shù)與數(shù)字化技術(shù)有機地結(jié)合起來，將其重點放在風(fēng)電場智能化維護技術(shù)上，重點是對風(fēng)電場的管理與操作，主動開發(fā)引導(dǎo)智能設(shè)備，而不是被動地接收，使風(fēng)電場的智能化管理技術(shù)更加成熟。

2.8 加入二次系統(tǒng)

風(fēng)電場智能化維護技術(shù)中，二次控制的優(yōu)勢在于控制效率高、操作穩(wěn)定、數(shù)據(jù)識別度高以及時間有序。如果在原有的風(fēng)電場智能化維護技術(shù)基礎(chǔ)上進行二次系統(tǒng)的開發(fā)，該系統(tǒng)能實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的自動采集與測量，有利于有效地進行控制。隨著二次供水系統(tǒng)的不斷發(fā)展，風(fēng)電場將會成為一種高環(huán)保性、高精度、高集成度的智能化風(fēng)電場。

3 新時代下加強風(fēng)電場智能運維集控系統(tǒng)建設(shè)策略

在新基建時代背景下，風(fēng)電場大數(shù)據(jù)智能運維集控系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、實時生產(chǎn)監(jiān)視系統(tǒng)、集中控制系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析與故障預(yù)警等功能模塊。數(shù)據(jù)中心對所屬新能源場站的集中控制運行、維護檢修、現(xiàn)場管理等。集控系統(tǒng)搭建大數(shù)據(jù)平臺、風(fēng)電光伏預(yù)警、商業(yè)智能、綜合展示等子系統(tǒng)，根據(jù)新能源公司生產(chǎn)系統(tǒng)的預(yù)警數(shù)據(jù)核對及規(guī)范，將相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸給生產(chǎn)管理系統(tǒng)，實現(xiàn)預(yù)警推送生產(chǎn)管理系統(tǒng)，并將生產(chǎn)管理系統(tǒng)進行后續(xù)的預(yù)警確認后生成缺陷，缺陷處理過程中形成工作票等后期處理結(jié)果歸集至新建的設(shè)備預(yù)警系統(tǒng)，實現(xiàn)預(yù)警的全生命周期閉環(huán)處理，通過閉環(huán)反饋信息統(tǒng)計和展示預(yù)警準確率，預(yù)警及時率，預(yù)警完結(jié)。除上述功能建設(shè)，集控系統(tǒng)還包括監(jiān)控中心大屏、UPS 后備電源、模塊化冷通道數(shù)據(jù)機房、運營商鏈路、調(diào)度電話、場站視頻接入、機房等。集控系統(tǒng)完成所有數(shù)據(jù)采集清洗和融合并轉(zhuǎn)發(fā)至區(qū)域大數(shù)據(jù)平臺，并完成測點標準化及測點核對工作，實現(xiàn)公司本部生產(chǎn)管理人員對本次接入場站智能監(jiān)控、關(guān)鍵指標分析、商業(yè)智能等功能，并完成分級展示在Web端和移動端。

風(fēng)電場大數(shù)據(jù)智能運維集控系統(tǒng)功能如圖1所示。

圖1 風(fēng)電場大數(shù)據(jù)智能運維集控系統(tǒng)功能

3.1 風(fēng)電場集中功率預(yù)測及狀態(tài)監(jiān)測

風(fēng)能作為未來能源的重要組成部分，對今后人類的發(fā)展具有重要意義。相較于傳統(tǒng)火力發(fā)電和水力發(fā)電，風(fēng)力發(fā)電設(shè)備對環(huán)境的依賴性較大，如風(fēng)力的大小、風(fēng)力的方向、風(fēng)力的遞減、降雨、陰天等要素均會在一定程度上影響設(shè)備的發(fā)電量。而這種情況顯然無法適應(yīng)電力系統(tǒng)的基本要素，即需求與供給之間的平衡。同時，在風(fēng)能軟硬件設(shè)備快速發(fā)展基礎(chǔ)上，風(fēng)能發(fā)電的規(guī)模越來越大，開始成為電力系統(tǒng)重要構(gòu)成元素，這就導(dǎo)致電網(wǎng)對風(fēng)能發(fā)電的需求越來越明顯。實踐證明，要想拉近風(fēng)能供給與需求距離，強化供能過程的穩(wěn)定性，要有計劃、有目的、有方向地優(yōu)化風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)，例如調(diào)度。電功率預(yù)測作為風(fēng)力發(fā)電廠主要發(fā)展方式，其能夠?qū)︻A(yù)測一些數(shù)據(jù)，為電池規(guī)?；l(fā)展提供一定幫助。在該技術(shù)基礎(chǔ)上，電廠提前了解本地電力系統(tǒng)對電能的需求，能夠提前做好供能的調(diào)度工作，能夠進一步提升調(diào)查策略的有效性，避免不確定因素影響對電網(wǎng)的功能，使風(fēng)力發(fā)電成為可調(diào)度的電源。集控中心主要是指通過匯總設(shè)備的預(yù)測結(jié)果，設(shè)計應(yīng)對措施，如預(yù)測風(fēng)光功率等。例如，該系統(tǒng)能夠動態(tài)收集測試儀器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，并進行再存儲其中有價值的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，動態(tài)對比分析歷史數(shù)據(jù)，繼而精準地預(yù)測未來一定時間內(nèi)電廠的發(fā)電量。

3.2 生產(chǎn)信息管理及故障預(yù)警

生產(chǎn)信息管理平臺是風(fēng)電場大數(shù)據(jù)智能運維集控系統(tǒng)的主要內(nèi)容之一，用于各級公司運營管理的同時打通區(qū)域數(shù)據(jù)縱向連接，形成區(qū)域新能源數(shù)據(jù)共享、標準共享、資源共享，減少站端投資。打通區(qū)域管理要求，統(tǒng)一設(shè)備和生產(chǎn)數(shù)據(jù)標準，并對齊所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行集中化分析、管理，繼而打造區(qū)域數(shù)據(jù)共享平臺。同時，基于此所形成的數(shù)據(jù)資產(chǎn)，可作為區(qū)域內(nèi)龍頭公司數(shù)據(jù)化管理、發(fā)展的參考要素，例如為本區(qū)域的決策分析提供三維立體數(shù)據(jù)，或聯(lián)動各個部門管理，實現(xiàn)部門、流程、人員的精簡，或基于故障預(yù)警，提前處理相關(guān)設(shè)計風(fēng)險防控措施等。這種數(shù)據(jù)管理形式，還能夠有助于企業(yè)更優(yōu)地控制相關(guān)設(shè)備和技術(shù)，例如基于數(shù)據(jù)庫整合現(xiàn)行資源，基于標準化建設(shè)設(shè)計適應(yīng)性強的管理體系。

4 結(jié)語

風(fēng)電場規(guī)模不斷擴大以及風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的快速發(fā)展，建立智慧企業(yè)是解決多種風(fēng)機運行維護問題的有效手段。風(fēng)電場智能化維護技術(shù)是風(fēng)電場的發(fā)展方向，不但能夠維護風(fēng)電場的正常運行，而且還能夠為風(fēng)電場智能化維護技術(shù)的運行和維護提供專業(yè)的保障。目前的風(fēng)電場智能化維護技術(shù)雖然有一些不足之處，但總體來說，仍然有著巨大的優(yōu)勢。只要不斷地提高工作人員的技術(shù)水平，不斷地解決和優(yōu)化問題，將會大大提高風(fēng)電場的運行效率。