信息化 數字化 智能化
——探索風電場建設之路

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引言

智能化風電場主要是應用現代信息化技術,將風電場整體控制器、風電機組、功率預測系統等共同組建為物聯網,并可依據電網情況、風況等對風電機組進行統一進行運維管理,將所獲數據及時匯總錄入數據庫,并依托大數據平臺進行分析、歸納,從而推動風電場的良好發展。

一、風電場信息化、數字化、智能化建設構架

第一,整體控制器構架。有功控制主要是以電網功率限制與風能資源量情況為依據,從而決定整體風電機組協調管理活動,并結合斜率控制、功率平衡控制、尾流優化控制等提升整體功率控制質量與效率。

第二,智能監測構架。具體可分為振動在線監測,可對風電機組傳動鏈故障進行預警;基礎GPS監測,可針對基礎沉降實時情況進行監測;塔筒形狀監測,防止塔筒過度變形與傾斜導致事故;利用聲波發射技術進行螺栓斷裂監測;累積監測,記錄累積電流、時長、時間點等數據。

第三,大數據分析平臺。利用臨近機組的對比數據與風功率大數據預測平臺,可及時對機組機艙頂風速儀進行數據評估與數據修正;通過對風電場整場性能評估,有效優化風電場控制器整體運維管理策略;對風電機組故障狀態數據及時進行收集,從而有效為風電機組定期維護與巡檢工作提供數據支撐;利用風功率大數據預測系統,可及時制定、修改定檢計劃;為風電場控制器提供優化策略,提升單臺風電機組效率,并為部件評估與技改提供理論支撐;對偏航進行大數據分析,及時給出風向儀糾正角度,從而解決相應問題;當出現電量損失問題時,進行實時數據統計與分析,有效計算風電機組功率曲線,以備后續研究使用[1]。

二、風電場信息化、數字化、智能化建設探索

(一)風電場智能化整體控制器建設

1.整體協調控制。通過對每臺風電機組進行控制協調,可使風電場出口電功率始終保持平穩,形成電網友好型風電場。以暴風突降為例,此時可利用整體協調控制讓風電機組有規律性的逐臺切出并網,從而保證整體風電場無突變,且當暴風雨結束,風速恢復到正常,可再逐臺自動切回并網點。

2.其他控制。通過協調整體風電機組輸出功率,可維持有功功率出口電量在恒定的設定點上。如風電場可依托輸出功率協調控制功能,對電網需求異常波動產生快速響應,從而維持整體電網平衡。而在不增加硬件的前提下,可以利用升級變頻器控制能力與動態儲存風輪轉動慣量,來實現信息化虛擬同步發電,再結合正常功率統一協調控制,可實現電網遠程監測風電場特性,如火電廠同步發電機狀態等,對風電場建設具有較高實際意義。還可結合風電機組布局與實際地形,并根據風電場自身特點調整場內各機組偏航、轉速。

(二)風電場信息化監測系統建設。建設信息化風電機組監控系統,不僅可以有效對機組振動、溫度等運行狀態進行監測,還可通過包絡調節、同步平均、自學習知識庫等措施,有效對機組未來可能出現的問題進行預警。此外還可直接移植其他行業中遠程監測手段來服務風電機組,具體對雷擊頻次、雷擊電流大小等進行實時監控,不僅可以積累更多的研究數據,同時還可以此為依據對整體監控系統進行革新升級,推動無人風電場運行技術的發展[2]。

我國風云系統就是上海電氣風電集團研發的智能線上平臺,可為風電場全生命周期進行服務,涵蓋觀、匯、智、象、流各個組成體系,不僅提升了該集團風電場對風速、浪高、海溫、臺風等自動監測水平,還可實現“無人值守、有人值班”的風電場運維模式,大大降低了人力浪費,保證風電場工作人員安全。其中,“風云·觀”是分布式處理系統與AI技術相結合的綜合監控平臺,并以全新的數據處理模式與網絡傳輸系統為整體監控優勢;“風云·匯”則是基于Hadoop的大數據處理平臺,可利用分布式數據倉庫與數據處理活動,為使用者從海量數據(21.350,-1.20,-5.32%)中快速提取更具針對性的分析,是一種更為數字化的監測視角;“風云·象”運用氣象預測與洋流分析技術進行高速數據分析,實現精準預測與快速運維響應;“風云·流”是服務風電場全生命周期的總體流程管理平臺,可讓決策更加信息化、數字化、智能化;“風云·智”運用是人工智能技術,結合數據運行分析,讓人工智能機器展開有效的學習活動,實現由人工智能進行控制策略的動態調整,同時利用語音助手、AR智能客服技術等,可實現遠程智能運維管理模式。

(三)風電場信息化大數據平臺建設。建設風電場大數據平臺通常分為總部級、區域級、風電場級三個梯度數據分析管理系統。其中,總部級大數據分析平臺主要負責整體信息對比、大方向運維計劃、長期措施優化等工作。區域級平臺則主要進行區域風電場數據集中管控與分析,并進行報表管理,是無人值守工作模式的實行基礎。風電場級平臺則是主要對大量數據進行數據過濾、關鍵提煉等重點對故障預警進行信息反饋,并為無人值守工作模式建立基礎。但在大數據分析技術實際應用中情況往往較為復雜,需對不同種類分點機組、不同特性風電場等進行管理與分析,尤其是針對不同機組方面,不僅在類型上種類繁多,如直驅型機組、雙饋型機組、失速型機組等,還在功率、配置、具體情況等方面具有根本區別。因此,需要將這些細節性數據盡量在其所屬風電場進行分析、消化,并直接進行運維管理,從而切實建立非單一性的智能化風電場。同時,要注意網絡安全、數據傳輸等其他因素,保證信息數據層次清晰性、分析結果確切性等[3]。

此外,應用大數據分析技術還可對風電場進行生產指導,并切實支撐整體數據與分析。一來,可利用大數據技術對風電機組故障狀態進行分析,如臨近機組對比、分析溫度與振動、積累數據對比等,并及時發現數據突變與異常之處,從而為機組巡檢、維修提供有效數據。并且,當實時功率曲線到達報警標準,大數據分析系統可及時統計風電場損失電量、損失原因等,以便及時制定治理方案、修正問題。二來,經過大數據技術分析所得的數據,可為優化風電場控制器與整體控制策略提供具體數據依據,為單臺機組完善方案提供有效數據,還為各個機組故障發生統計、部件質量評價、技改分析等提供支撐數據,從而推動相關的科研發展。

(四)風電場數字化區塊鏈建設。區塊鏈本質上來說是一個龐大、復雜的共享數據庫,儲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,是一種以信任、可靠作為合作機制的信息技術。并且,進入web2.0時代后,互聯網漸漸更為多元化、平等化,將是全網民參與、創造的產物,既去中心化。其中,相對應的網絡服務也將會去中心化。基于此,應用去中心化的區塊鏈服務,風電場可從物理上解構現有集中式電力網絡構架,讓能源基礎設施用電需求與系能源分布電網進一步匹配。同時,區塊鏈可將新能源轉換為數字資產,發電、售電、用電等記錄可通過數字化平臺構建為可視化電網,更利于新能源企業挖掘服務需求、商業模式等,從而為社會創造更多財富。

然而,一來利用區塊鏈的新能源行業能否得到有力、嚴格監管是目前較為矚目的問題,是限制新能源區塊鏈業務發展的主要問題之一;二來,新能源生態、綠色等特征之上,是極高的復雜性、不確定性,且在政府補貼保護下的風電場,雖然不會受到市場風險的沖擊,但同時也很難在新能源市場中有“超常”表現。因此,在這一領域中,諸多企業還處于實驗摸索階段,無法建立成熟的業務策略與監管模式。但即便如此,區塊鏈業務是未來Grid2.0的重要推動力,也是新能源行業應重點探究的方向之一。

結束語

總而言之,信息化、數字化、智能化風電場不僅可以最大限度地利用資源,提升其控制水平、運行性能,還可有效提高能源利用效率、監控監測精準度、設備可靠性、風電場效益等,實現高水平、高效率的集約管理、業務協同管控等,進一步推動我國新能源行業與能源可持續性發展進程。