淺談大型風力發電企業數字化檢修模式

張凱 葉小廣 李忠善 肖盛忠 王志東

[摘 要] 目前風力發電檢修工作中存在風電場地域分散、設備狀態難以掌握等問題。推進數字化檢修模式作為解決這些問題的重要手段已經被國內大型風力發電企業越來越廣泛地采用。本文通過分析數字化檢修模式下一系列的關鍵問題，提出了推進數字化檢修模式的意見與展望。

[關鍵詞] 風力發電；數字化；檢修模式

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2018. 05. 034

[中圖分類號] F273；TM614 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2018）05- 0080- 03

0 引 言

我國發電行業乃至整個能源行業都處在關鍵的轉型階段[1]。能源形式上，從傳統的化石能源正逐漸向風能、太陽能、核能等能源形式轉型。運維模式上，從傳統的人力驅動、定期檢修正逐漸向數據驅動、狀態檢修的模式轉型。

風力發電作為重要的清潔能源發電形式，具有經濟環保，可持續性強等優勢，近年來在世界各地得到迅速的發展[2]。2016年底，我國風電累計并網裝機容量已經達到1.49億千瓦，穩居世界第一[3]，并保持著良好的增長態勢。經過一定時間的探索與發展，風力發電已經進入到一個技術相對成熟，模式較為清晰的發展階段。

大型風力發電企業管理的機組類型多、投運時間跨度大，機組采用的技術水平不一致，加大了實際檢修工作的難度，主要體現在以下兩個方面：①風電場及風電機組在地理上較為分散，在檢修人員安排上存在困難；②大多數機組的報警原理未知，檢修人員只能根據機組廠家的報警及相關提示安排檢修，較為被動。

為解決以上兩個問題，提高運維檢修水平，國內眾多的大型風力發電企業都在推進有利于集中管控與狀態檢修的數字化平臺建設。本文將分析大型風力發電企業數字化檢修模式的技術要點，并提出相應的建議與展望。

1 數字化平臺

為解決風電場地域分散，管理運維不便的問題，各大型風力發電企業投建了遠程集控平臺，形成了區域化或者全國一體化的集控中心[4-5]。遠程集控平臺實時收集、儲存風電場遙控、遙信、遙測等數據，包括機組運行數據、生產輔助信息、升壓站監控數據等數據類型，實現設備遠程監視、控制等功能。位于集控中心的值班人員借助遠程集控平臺開展生產工作，與檢修人員配合完成機組日常的消缺與維護。

在集控平臺的基礎上，為了更加細致地了解設備健康、性能狀態，在風電機組出現早期故障狀態時及時檢修并對機組發電能力進行監測與優化，協調運行人員與檢修人員間的配合工作，優化備品備件管理，一些企業選擇開發具有遠程診斷、工單管理、備品備件管理等功能的配套系統平臺，用以拓展數據在檢修領域的功能。同時，為了增強報表可信度，降低人力填報各類報表的工作量，各個數字化平臺在數字表單生成、自動發報、流程審批與統計管理等方面都進行了相應的設計。

總體上看，目前風力發電數字化平臺的功能設計較為全面，對檢修運維的各個環節均有對應的解決措施，已經形成了一定的數字化平臺體系。

2 數字化檢修模式關鍵技術

風電領域的數字化檢修模式是利用數字化平臺優化檢修工作的新型運維方式，相對于傳統的檢修模式，應當結合數字化手段，通過管理、技術等多方面的創新，實現檢修模式的整體優化。

2.1 數字化檢修模式下的管理形式

我國目前的檢修體系的特點是計劃為主，結合日常消缺維護與事后檢修處理。主要包括以下內容：①以紙質臺賬為主的設備消缺記錄與設備資料管理；②備品備件的管理與機組的定檢；③設備退出后的消缺、日常清掃、增加潤滑油脂等的維護。

數字化檢修模式的特點是通過集中監控、數據分析，掌握機組健康狀態與發電性能，以針對性的異常狀態消除為基礎，結合機組日常消缺，對設備進行預防性維護。同時通過數字化表格、工單等手段，簡化現場工作流程，減輕該部分工作的負擔。

2.2 通用的風力發電機組故障診斷技術

機組類型多、所采用的機組技術路線不同是大型風力發電企業面臨的一致問題。目前的風力發電機組報警邏輯、原理大多為機組廠家掌握，發電企業的檢修人員只能按照報警內容與檢修手冊進行消缺，檢修工作缺乏針對性，檢修效果難以評估。結合機組原始運行參數、振動數據等對機組進行通用性的故障診斷與評估更有利于體現數字化檢修的價值。

2.3 各個平臺之間、人機之間的數據交互技術

數字化平臺建設是一個不斷補充、完善的過程，各個平臺有自身的原始數據與結果數據，推進各個平臺間的數據交互有利于避免重復投資，最大限度地發揮各個平臺的功能優勢，提升數據價值。同時應當注意到，數字化手段是輔助生產檢修的工具，利用數字化優化檢修模式的過程中必然涉及人機之間的數據交互，優化該過程將大幅提升檢修人員的工作效率與數字化平臺的可用性。

3 建議與展望

3.1 加快風電數字化檢修平臺相關標準體系的建立

數字化檢修模式的基礎是數字化平臺的建設，在進行數據集成的過程中涉及諸多單位的配合。雖然行業有整體性的數據傳輸標準，然而一些生產輔助系統如CMS系統等的傳感器安裝，數據采集、傳輸、儲存的規則與方式存在較大差異，各個廠家的風電機組在傳感器測點安裝數量、位置等方面也缺乏約束，在統一應用時存在一定障礙。建立數字化平臺的建設規范與標準體系有以下內涵：①風場建設期各個功能模塊所搭建的數字平臺規范，如機組廠家主控系統、功率控制系統等；②各個平臺應考慮數據交互的可行性與標準化。

推進標準化體系有利于實現數字化平臺更多功能的拓展，有利于未來同更多能源互聯網平臺交互。應組織各方面的力量進行技術公關，依托現有標準體系，盡快實現風電數字化檢修平臺相關標準體系的建立。

3.2 革新考核指標，賦予檢修運維工作新的內涵

數字化檢修模式下的管理應更注意設備檢修后的狀態變化與設備間新的對標形式，數字化背景下，傳統指標統計時難以完成的項目變為可能，應在傳統考核標準的基礎上利用數字化帶來的便利，增加與研究新的考核指標，例如更全面的能量利用率評價方式、可靠性評價方式，包括檢修前后的對比評價指標，例如功率曲線對比、機組故障頻次對比。在管理上加強數字化分析手段與新指標的考核比重，結合檢修效果進行考核。

同時，數字化的基礎為數據的可靠性與質量，數字化檢修管理應更將數據維護與消缺加入到日常消缺工作中。在新的背景下，數據已經融入到一線的生產任務當中，數據的可靠性同生產安全性、經濟性息息相關，這豐富了現場運維的內涵，在進行檢修運維管理的過程中，應注意到數字化帶來的新變化，明確數據消缺的重要性與低位，具體實施時，可在現場班組設置信息化專工，與現場檢修人員統一班組同時工作，要切實落實數據維護工作。

3.3 深度理解一線檢修人員需求，研究更為合理的機組狀態診斷算法體系

通用的故障診斷技術是風力發電領域數字化檢修模式的技術關鍵，目前可以大致分為兩種技術路線，一是基于基礎原理故障診斷技術，如基于振動數據時、頻域分析的機械故障診斷技術；二是基于數據與事件的故障診斷技術，如基于大數據算法的大部件壽命預測技術。不同的技術路線應以解決實際的檢修需求為目標，在開展診斷技術研究的過程中，應深度理解一線檢修人員的需求，用技術簡化工作，通過技術進步促進管理閉環。這要求結合不同技術路線的優勢，研究能在機組生命周期內的不同運行時期表征機組狀態的診斷算法體系。

3.4 由生產階段介入管理向全生命周期管理轉型，加強對機組大部件與整體狀態的監控

從目前的風電管理體系來看，建設和運維分屬兩個管理體系，在大多數的企業內部也是由不同的部門進行管理，建設期和運維期有不同的管理要點，要求行業整體改變管理方式并不現實，然而風電設備的諸多特性是由建設期決定的，比如機組所處的整體風資源環境、基礎質量等，相對設備漫長的服役期，建設期所決定的特性往往影響到機組整體的發電表現與健康水平。

對機組進行全生命周期管理至關重要，可行的辦法是在機組的各個周期內進行完整的資料整理并將其數字化，利用數字化平臺對設備進行管理并進行完整的狀態監控與持續的評估，以此提高設備檢修效率并找準檢修要點，可以從以下幾點入手：①建設期的風資源分析結果、設備臺賬、故障手冊、調試安裝記錄的數字化錄入，做到統一出口、簡單查詢，提高現場人員對設備的了解程度；②機組后期的評估分析要深入結合建設期設備資料，對諸多電量折減因素進行核查，對不達標機組與設計時湍流較大機組進行重點關注；③建立數字化的機組檢修記錄與設備更換臺賬，結合機組狀態，為后期的備品備件管理與狀態檢修提供依據。

4 結 語

推行數字化檢修模式是促進風電行業健康發展、風電機組安全運行的有效手段。為了進一步發揮這種促進作用，需要從管理、技術等多方面著手，完善標準體系，研究先進的診斷算法，提升數字化檢修模式的應用價值。

主要參考文獻

[1]曾鳴，楊雍琦，李源非，等.能源互聯網背景下新能源電力系統運營模式及關鍵技術初探[J]. 中國電機工程學報，2016，36（3）：681-691.

[2]World Wind Energy Association.The World Wind Energy Association：2014 Half-year Report[R/OL].http：//www.wwindea.org/webimages/WWEA_half_year_report_2014.pdf.

[3]王韜. 能源互聯網背景下風力發電關鍵技術研究[J]. 電器與能效管理技術， 2017（17）：67-70.

[4]劉小杰， 李明輝， 樊立云，等. 風電場遠程集控中心的設計與應用[J]. 內蒙古電力技術， 2011，29（2）：41-44.

[5]王海江. 基于大數據的新能源遠程集中管控解決方案[J]. 科技展望， 2017，27（5）.