智慧風電場：探索最佳運營模式

■文｜《海洋與漁業》記者 李易珊

作為新時代背景下的綠色能源，海上風電備受追捧，利用優越的海上資源，目前國內的裝機容量已達 200MW以上。但是，海上環境要相對陸上的復雜的多，風能需要依次經過海上風電機組、集電海纜、海上升壓站、高壓海纜、陸上集控中心最后才能輸出至電網，當海上風電與時間、資金、技術等成本問題狹路相逢時，誰能成為勝者？中國能源建設集團廣東省電力設計研究院有限公司（以下簡稱“廣東院”）給出了肯定的答案——智慧風電場。

4月19日，廣東院現身說法，以湛江外羅海上風電項目為例，講述“大數據”思維統籌的智慧風電場，如何一舉解決運營成本、上網電量、設備壽命、人員安全等問題。通過設計海上風電場一體化監控系統、海上風電場智能運營管理系統和海上風電場智能巡檢系統，挖掘海上風電場的運行規律和最佳運營模式，最大程度地利用風資源、優化檢修周期、對事故和設備故障提前預警及診斷，提升海上風電場的總體收益。

│一│體│化│監│控│系│統│

精準遙控日常運作

一體化監控系統是整個智慧風電場的基礎建筑，保證整個風電場的日常工作順利開展，場內的大部分設備受到它的監視和控制。一體化監控系統主要為風電機組、海上升壓站和陸上集控中心服務，運用遠程遙控技術，控制高壓開關、監測運行狀態。

監測工作主要分為三項：運行工況、遠程瀏覽以及設備狀態監測，其中，作為海上風電場的主要構成單元，設備的監測工作顯得十分重要。針對海纜、變壓器、開關、避雷器等設備的狀態開展日常監測工作，觀察其是否正常運作，以便及時發現問題。

操控工作則由7個關鍵任務組成：調度控制、風電場內操作、無功優化、風機負荷控制、順序控制、防誤閉鎖和智能操作票。這些任務都有各自不同的操作規程，需要在不同的時間點進行不同的控制操作，采用一體化監控系統進行電子化遙控，可大大節省人力，提高可操作性。

值得一提的是，在一體化監控系統里面特意設置了海上風電機組輔助監控子系統。風機輔控系統由風機及塔筒在線狀態監測與分析系統、風機基礎監測系統、風機螺栓載荷在線監測報警系統、風力發電機組槳葉狀態監測系統、風機發電機絕緣電阻自動監測裝置系統、風機齒輪箱潤滑油油質在線監測系統、風機雷電監測系統以及變壓器運行狀態監測系統等組成，全面整合風電機組的狀態監測，實現風電機組的健康診斷和故障預警。

│智│能│運│營││管│理│系│統│

為維修提供最優解決方案

故障，在機器長期的運行過程中是不可避免的，但它是可預測的。為了分析現狀、預測故障，智能運營管理系統與一體化監控系統實現了有效的信息傳遞，后者將所收集到的設備狀態、海上狀態、人員狀態、運行調度執行、檢修計劃執行、運營信息存檔等信息與前者進行交互，前者在此基礎上進行大量的數據分析，從而對海上風電機組、海上升壓站的主要電氣設備、海底電纜及基礎結構開展在線診斷及故障預警研究。

充分的事前準備將為應對突發性事故提供更多可參考的方案。“一旦發現故障，系統將自動進行資源估算，以決定什么時候去修，派哪里的資源去修，為這次的維修制定最優的解決方案”。廣東院湛江外羅項目的電氣二次主設計師楊源解釋道，通過分析區域內運維船舶資源、碼頭資源、海洋氣象條件、船舶數據、單位成本等條件，運營管理系統可最優化配置運維船舶資源，制定船舶出海計劃。這就好比 120急救中心，當人們發現病情并撥打 120電話后，120急救中心會在通話中初步診斷病情，而后根據病人所在地、交通、救護車派出、醫院的特性等情況，最后綜合所有線上資源進行分析，安排最合適、最合理的救護方案。

除了故障維修方案，智能運營系統還有很多“看家本能”，在風電場上的其他管理方案中同樣少不了它。根據海上風電場無人值守安全監控的需求，研究確定侵入船舶防范的整體解決方案；建設海洋生物環境監測，在線采集海水環境、水下噪聲、海洋生態、漁業資源等數據；分析海上風電場生態環境時空動態變動內在生態特性及其與風電運營變化的響應關系；利用風機海底防沖刷護板的珊瑚培育方案及其技術經濟分析……

│智│能│巡│檢│系│統│

電子“巡檢員”上崗

面對機器設備故障，廣東院一方面積極尋求最優維修方案，另一方面盡量降低故障率，“防范于未然”就是巡檢工作的意義所在。但由于海上作業的高危性，不能采用人員巡檢的工作方式。結合海上風電巡檢、安全監控的成果，廣東院提出在風電場內安排現場無人機、海底機器人和其他設備開展巡檢工作的方案，電子“巡檢員”的上崗將帶領巡檢系統朝著精準、高效、安全的道路進發。

身負重任的智能巡檢機器人身上帶有精密的傳感系統，這個設計大大提高了它對故障的偵查性能，通過拾音器、局放傳感、視頻傳感和紅外熱成像的四大功能，海上升壓站內部的溫度、濕度、水位、臭氧、六氟化硫、煙霧等參數將盡收囊中。機器人的日常工作以測量和記錄為主，穿梭在開關柜、變壓器、控制柜、電纜橋架等設備中間，對柜體的局部放電以及其他情況進行測量記錄，并識別站所設備和環境噪聲。

講話中，楊源向記者展示了一個應用設計案例，在粵電沙扒項目海上升壓站的配電房里面，有一條“W形”的軌道環繞在房間上方，這就是電子“巡檢員”的辦公地方。機器人沿著軌道來回移動，按照設定程序收集每臺設備的相關參數信息，開展巡檢工作。