信息化 數(shù)字化 智能化
——探索風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)之路

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引言

智能化風(fēng)電場(chǎng)主要是應(yīng)用現(xiàn)代信息化技術(shù),將風(fēng)電場(chǎng)整體控制器、風(fēng)電機(jī)組、功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)等共同組建為物聯(lián)網(wǎng),并可依據(jù)電網(wǎng)情況、風(fēng)況等對(duì)風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行統(tǒng)一進(jìn)行運(yùn)維管理,將所獲數(shù)據(jù)及時(shí)匯總錄入數(shù)據(jù)庫,并依托大數(shù)據(jù)平臺(tái)進(jìn)行分析、歸納,從而推動(dòng)風(fēng)電場(chǎng)的良好發(fā)展。

一、風(fēng)電場(chǎng)信息化、數(shù)字化、智能化建設(shè)構(gòu)架

第一,整體控制器構(gòu)架。有功控制主要是以電網(wǎng)功率限制與風(fēng)能資源量情況為依據(jù),從而決定整體風(fēng)電機(jī)組協(xié)調(diào)管理活動(dòng),并結(jié)合斜率控制、功率平衡控制、尾流優(yōu)化控制等提升整體功率控制質(zhì)量與效率。

第二,智能監(jiān)測(cè)構(gòu)架。具體可分為振動(dòng)在線監(jiān)測(cè),可對(duì)風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈故障進(jìn)行預(yù)警;基礎(chǔ)GPS監(jiān)測(cè),可針對(duì)基礎(chǔ)沉降實(shí)時(shí)情況進(jìn)行監(jiān)測(cè);塔筒形狀監(jiān)測(cè),防止塔筒過度變形與傾斜導(dǎo)致事故;利用聲波發(fā)射技術(shù)進(jìn)行螺栓斷裂監(jiān)測(cè);累積監(jiān)測(cè),記錄累積電流、時(shí)長(zhǎng)、時(shí)間點(diǎn)等數(shù)據(jù)。

第三,大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)。利用臨近機(jī)組的對(duì)比數(shù)據(jù)與風(fēng)功率大數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)平臺(tái),可及時(shí)對(duì)機(jī)組機(jī)艙頂風(fēng)速儀進(jìn)行數(shù)據(jù)評(píng)估與數(shù)據(jù)修正;通過對(duì)風(fēng)電場(chǎng)整場(chǎng)性能評(píng)估,有效優(yōu)化風(fēng)電場(chǎng)控制器整體運(yùn)維管理策略;對(duì)風(fēng)電機(jī)組故障狀態(tài)數(shù)據(jù)及時(shí)進(jìn)行收集,從而有效為風(fēng)電機(jī)組定期維護(hù)與巡檢工作提供數(shù)據(jù)支撐;利用風(fēng)功率大數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)系統(tǒng),可及時(shí)制定、修改定檢計(jì)劃;為風(fēng)電場(chǎng)控制器提供優(yōu)化策略,提升單臺(tái)風(fēng)電機(jī)組效率,并為部件評(píng)估與技改提供理論支撐;對(duì)偏航進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析,及時(shí)給出風(fēng)向儀糾正角度,從而解決相應(yīng)問題;當(dāng)出現(xiàn)電量損失問題時(shí),進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析,有效計(jì)算風(fēng)電機(jī)組功率曲線,以備后續(xù)研究使用[1]。

二、風(fēng)電場(chǎng)信息化、數(shù)字化、智能化建設(shè)探索

(一)風(fēng)電場(chǎng)智能化整體控制器建設(shè)

1.整體協(xié)調(diào)控制。通過對(duì)每臺(tái)風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行控制協(xié)調(diào),可使風(fēng)電場(chǎng)出口電功率始終保持平穩(wěn),形成電網(wǎng)友好型風(fēng)電場(chǎng)。以暴風(fēng)突降為例,此時(shí)可利用整體協(xié)調(diào)控制讓風(fēng)電機(jī)組有規(guī)律性的逐臺(tái)切出并網(wǎng),從而保證整體風(fēng)電場(chǎng)無突變,且當(dāng)暴風(fēng)雨結(jié)束,風(fēng)速恢復(fù)到正常,可再逐臺(tái)自動(dòng)切回并網(wǎng)點(diǎn)。

2.其他控制。通過協(xié)調(diào)整體風(fēng)電機(jī)組輸出功率,可維持有功功率出口電量在恒定的設(shè)定點(diǎn)上。如風(fēng)電場(chǎng)可依托輸出功率協(xié)調(diào)控制功能,對(duì)電網(wǎng)需求異常波動(dòng)產(chǎn)生快速響應(yīng),從而維持整體電網(wǎng)平衡。而在不增加硬件的前提下,可以利用升級(jí)變頻器控制能力與動(dòng)態(tài)儲(chǔ)存風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,來實(shí)現(xiàn)信息化虛擬同步發(fā)電,再結(jié)合正常功率統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制,可實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)風(fēng)電場(chǎng)特性,如火電廠同步發(fā)電機(jī)狀態(tài)等,對(duì)風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)具有較高實(shí)際意義。還可結(jié)合風(fēng)電機(jī)組布局與實(shí)際地形,并根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)自身特點(diǎn)調(diào)整場(chǎng)內(nèi)各機(jī)組偏航、轉(zhuǎn)速。

(二)風(fēng)電場(chǎng)信息化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)。建設(shè)信息化風(fēng)電機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng),不僅可以有效對(duì)機(jī)組振動(dòng)、溫度等運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè),還可通過包絡(luò)調(diào)節(jié)、同步平均、自學(xué)習(xí)知識(shí)庫等措施,有效對(duì)機(jī)組未來可能出現(xiàn)的問題進(jìn)行預(yù)警。此外還可直接移植其他行業(yè)中遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)手段來服務(wù)風(fēng)電機(jī)組,具體對(duì)雷擊頻次、雷擊電流大小等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,不僅可以積累更多的研究數(shù)據(jù),同時(shí)還可以此為依據(jù)對(duì)整體監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行革新升級(jí),推動(dòng)無人風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行技術(shù)的發(fā)展[2]。

我國風(fēng)云系統(tǒng)就是上海電氣風(fēng)電集團(tuán)研發(fā)的智能線上平臺(tái),可為風(fēng)電場(chǎng)全生命周期進(jìn)行服務(wù),涵蓋觀、匯、智、象、流各個(gè)組成體系,不僅提升了該集團(tuán)風(fēng)電場(chǎng)對(duì)風(fēng)速、浪高、海溫、臺(tái)風(fēng)等自動(dòng)監(jiān)測(cè)水平,還可實(shí)現(xiàn)“無人值守、有人值班”的風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維模式,大大降低了人力浪費(fèi),保證風(fēng)電場(chǎng)工作人員安全。其中,“風(fēng)云·觀”是分布式處理系統(tǒng)與AI技術(shù)相結(jié)合的綜合監(jiān)控平臺(tái),并以全新的數(shù)據(jù)處理模式與網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)為整體監(jiān)控優(yōu)勢(shì);“風(fēng)云·匯”則是基于Hadoop的大數(shù)據(jù)處理平臺(tái),可利用分布式數(shù)據(jù)倉庫與數(shù)據(jù)處理活動(dòng),為使用者從海量數(shù)據(jù)(21.350,-1.20,-5.32%)中快速提取更具針對(duì)性的分析,是一種更為數(shù)字化的監(jiān)測(cè)視角;“風(fēng)云·象”運(yùn)用氣象預(yù)測(cè)與洋流分析技術(shù)進(jìn)行高速數(shù)據(jù)分析,實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)預(yù)測(cè)與快速運(yùn)維響應(yīng);“風(fēng)云·流”是服務(wù)風(fēng)電場(chǎng)全生命周期的總體流程管理平臺(tái),可讓決策更加信息化、數(shù)字化、智能化;“風(fēng)云·智”運(yùn)用是人工智能技術(shù),結(jié)合數(shù)據(jù)運(yùn)行分析,讓人工智能機(jī)器展開有效的學(xué)習(xí)活動(dòng),實(shí)現(xiàn)由人工智能進(jìn)行控制策略的動(dòng)態(tài)調(diào)整,同時(shí)利用語音助手、AR智能客服技術(shù)等,可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程智能運(yùn)維管理模式。

(三)風(fēng)電場(chǎng)信息化大數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè)。建設(shè)風(fēng)電場(chǎng)大數(shù)據(jù)平臺(tái)通常分為總部級(jí)、區(qū)域級(jí)、風(fēng)電場(chǎng)級(jí)三個(gè)梯度數(shù)據(jù)分析管理系統(tǒng)。其中,總部級(jí)大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)主要負(fù)責(zé)整體信息對(duì)比、大方向運(yùn)維計(jì)劃、長(zhǎng)期措施優(yōu)化等工作。區(qū)域級(jí)平臺(tái)則主要進(jìn)行區(qū)域風(fēng)電場(chǎng)數(shù)據(jù)集中管控與分析,并進(jìn)行報(bào)表管理,是無人值守工作模式的實(shí)行基礎(chǔ)。風(fēng)電場(chǎng)級(jí)平臺(tái)則是主要對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)過濾、關(guān)鍵提煉等重點(diǎn)對(duì)故障預(yù)警進(jìn)行信息反饋,并為無人值守工作模式建立基礎(chǔ)。但在大數(shù)據(jù)分析技術(shù)實(shí)際應(yīng)用中情況往往較為復(fù)雜,需對(duì)不同種類分點(diǎn)機(jī)組、不同特性風(fēng)電場(chǎng)等進(jìn)行管理與分析,尤其是針對(duì)不同機(jī)組方面,不僅在類型上種類繁多,如直驅(qū)型機(jī)組、雙饋型機(jī)組、失速型機(jī)組等,還在功率、配置、具體情況等方面具有根本區(qū)別。因此,需要將這些細(xì)節(jié)性數(shù)據(jù)盡量在其所屬風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行分析、消化,并直接進(jìn)行運(yùn)維管理,從而切實(shí)建立非單一性的智能化風(fēng)電場(chǎng)。同時(shí),要注意網(wǎng)絡(luò)安全、數(shù)據(jù)傳輸?shù)绕渌蛩?保證信息數(shù)據(jù)層次清晰性、分析結(jié)果確切性等[3]。

此外,應(yīng)用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)還可對(duì)風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行生產(chǎn)指導(dǎo),并切實(shí)支撐整體數(shù)據(jù)與分析。一來,可利用大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)風(fēng)電機(jī)組故障狀態(tài)進(jìn)行分析,如臨近機(jī)組對(duì)比、分析溫度與振動(dòng)、積累數(shù)據(jù)對(duì)比等,并及時(shí)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)突變與異常之處,從而為機(jī)組巡檢、維修提供有效數(shù)據(jù)。并且,當(dāng)實(shí)時(shí)功率曲線到達(dá)報(bào)警標(biāo)準(zhǔn),大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)可及時(shí)統(tǒng)計(jì)風(fēng)電場(chǎng)損失電量、損失原因等,以便及時(shí)制定治理方案、修正問題。二來,經(jīng)過大數(shù)據(jù)技術(shù)分析所得的數(shù)據(jù),可為優(yōu)化風(fēng)電場(chǎng)控制器與整體控制策略提供具體數(shù)據(jù)依據(jù),為單臺(tái)機(jī)組完善方案提供有效數(shù)據(jù),還為各個(gè)機(jī)組故障發(fā)生統(tǒng)計(jì)、部件質(zhì)量評(píng)價(jià)、技改分析等提供支撐數(shù)據(jù),從而推動(dòng)相關(guān)的科研發(fā)展。

(四)風(fēng)電場(chǎng)數(shù)字化區(qū)塊鏈建設(shè)。區(qū)塊鏈本質(zhì)上來說是一個(gè)龐大、復(fù)雜的共享數(shù)據(jù)庫,儲(chǔ)存于其中的信息往往不可偽造、可追溯痕跡、公開透明化、集體共同維護(hù),是一種以信任、可靠作為合作機(jī)制的信息技術(shù)。并且,進(jìn)入web2.0時(shí)代后,互聯(lián)網(wǎng)漸漸更為多元化、平等化,將是全網(wǎng)民參與、創(chuàng)造的產(chǎn)物,既去中心化。其中,相對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)也將會(huì)去中心化。基于此,應(yīng)用去中心化的區(qū)塊鏈服務(wù),風(fēng)電場(chǎng)可從物理上解構(gòu)現(xiàn)有集中式電力網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架,讓能源基礎(chǔ)設(shè)施用電需求與系能源分布電網(wǎng)進(jìn)一步匹配。同時(shí),區(qū)塊鏈可將新能源轉(zhuǎn)換為數(shù)字資產(chǎn),發(fā)電、售電、用電等記錄可通過數(shù)字化平臺(tái)構(gòu)建為可視化電網(wǎng),更利于新能源企業(yè)挖掘服務(wù)需求、商業(yè)模式等,從而為社會(huì)創(chuàng)造更多財(cái)富。

然而,一來利用區(qū)塊鏈的新能源行業(yè)能否得到有力、嚴(yán)格監(jiān)管是目前較為矚目的問題,是限制新能源區(qū)塊鏈業(yè)務(wù)發(fā)展的主要問題之一;二來,新能源生態(tài)、綠色等特征之上,是極高的復(fù)雜性、不確定性,且在政府補(bǔ)貼保護(hù)下的風(fēng)電場(chǎng),雖然不會(huì)受到市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)的沖擊,但同時(shí)也很難在新能源市場(chǎng)中有“超常”表現(xiàn)。因此,在這一領(lǐng)域中,諸多企業(yè)還處于實(shí)驗(yàn)摸索階段,無法建立成熟的業(yè)務(wù)策略與監(jiān)管模式。但即便如此,區(qū)塊鏈業(yè)務(wù)是未來Grid2.0的重要推動(dòng)力,也是新能源行業(yè)應(yīng)重點(diǎn)探究的方向之一。

結(jié)束語

總而言之,信息化、數(shù)字化、智能化風(fēng)電場(chǎng)不僅可以最大限度地利用資源,提升其控制水平、運(yùn)行性能,還可有效提高能源利用效率、監(jiān)控監(jiān)測(cè)精準(zhǔn)度、設(shè)備可靠性、風(fēng)電場(chǎng)效益等,實(shí)現(xiàn)高水平、高效率的集約管理、業(yè)務(wù)協(xié)同管控等,進(jìn)一步推動(dòng)我國新能源行業(yè)與能源可持續(xù)性發(fā)展進(jìn)程。