基于物聯網技術的風電行業移動運檢模式設計

周志剛，孫 剛

（中國廣核新能源控股有限公司，北京 100070）

0 引言

風力發電作為安全，清潔，高效的能源，具有明顯的經濟效益和環境效益。國家能源局2016 年發布《風力發展“十三五”規劃》，2017 年發布《可再生能源發展“十三五”規劃》，2019 年發布《關于下達2019 年全國風電開發建設方案的通知》，目標為2020 年底風電累計并網裝機容量確保達到2.1 億千瓦以上，年發電量確保達到4200 億千瓦時，實現2020 年和2030 年非化石能源分別占一次能源消費比重15%和20%的目標。國家能源局一系列發文，持續推動能源結構轉型升級，標志著我國風電行業進入大規模發展階段。

風電行業大規模發展勢必對設備運行維護提出極高要求，歸納為以下4 個方面。

（1）風電投運規模化增長，急需快速提高運維水平使之與投運規模匹配。

（2）單體風場規模小，因成本壓力無法像傳統電力在現場安排大量人員負責運維。

（3）風機分布分散，維修不及時極易造成安全隱患。

（4）風電信息化水平應用深度不足，無法和泛在電力物聯網等行業主流技術匹配融合，影響企業在行業中建立領先地位。

按社會發展規律，當生產力與生產關系不匹配時，先進的生產力必然會帶來生產關系及勞動工具變革，風電規模化發展與當前運檢模式形成尖銳矛盾已成事實，所以急需實現總部集控+基地運檢隊伍共用的業務模式，滿足運檢團隊異地協同工作、運檢人員分散式管理的新需求，最終向風電現場無人值守、少人值守的方向發展。因此，物聯網技術在風電行業移動運檢模式的應用將是大勢所趨，風電行業移動運檢平臺的建設是自然結果。

歷時3 年，通過解析移動運檢業務特色，建立RFID（Radio Frequency Identification，無線射頻識別）設備識別手段，搭建基于專屬Wi-Fi（無線上網）、Mesh（無線網格網絡）等技術的場站級無線網絡通道，開發基于互聯網架構跨平臺技術的行業移動運檢平臺，最終使基于物聯網技術的風電行業移動運檢模式真正落地，滿足大量風機的分散式運維本質要求。

1 平臺設計原則

具有風機數量大、分布極其分散、地處偏遠的特點，奔赴單臺風機路程時間長，整體行業逐步向“無人值守、少人值守”發展，為配合新業務模式形成和行業技術發展大趨勢，信息化平臺設計基于如下原則：

（1）在數據傳輸、互聯網平臺、硬件物聯方面，應具有兼容性，作為發電企業尤其遵循泛在電力物聯網框架，在RFID 技術、各類傳感器、定位技術、圖像獲取技術、網絡安全技術方面依照國標、行標開展，保證與SG-eIoT（泛在電力物聯網）標準集成。

（2）建立靈活、機動、快速響應的移動檢修模式，維護工程師無需在固定地點值守，可隨時隨地通過物聯終端接受工作任務、進行工作溝通，并以路途消耗時間最佳路徑趕赴維修現場，確保對風機故障快速響應。

（3）移動運檢平臺采用主流信息系統操作模式，通過易用化降低對運檢人員IT 技能要求，通過簡單培訓即可上崗使用。

（4）運維平臺同時實現標準工作包、故障樹經驗庫功能，指導維護工作開展，并形成經驗反饋，自然完善運檢知識圖譜。

（5）實現現場人員工作行為透明化管理，通過物聯終端實現運檢工程師的工作記錄和管理，將原先由于人員分散造成的管理困難進行根本改善。

2 風電行業移動運檢平臺建設

移動運檢平臺通過先進技術和管理業務融合，實現大量風電場“兩票三制”作業標準化、分散式庫存管理標準化，并且總部能夠通過大數據理念對不同地區運維數據進行實時跟蹤與分析。

2.1 移動運檢平臺架構模式

移動運檢平臺的設計方式按照企業云的架構來建設，將整個平臺建設在一個完整、安全、統一的云平臺上，采用“SaaS 軟件即服務”模式，對外提供統一推送服務、文檔解析服務、數據優化服務、智能更新服務等等功能，實現企業集約化建設與管理（圖1）。其中，SaaS 即Software as a Service（軟件即服務）。

統一云平臺架構建設，優勢主要表現在以下3 個方面。

（1）集團通過統一架構建設，可對本企業下屬所有單位移動信息化進行統一規劃及管理，體現集中式管理的優勢。

（2）通過統一部署的方式，在項目實施、維護更標準、快捷。超過300 家風場、超過3000 用戶的無需專職移動應用維護人員，總部后臺技術人員可對系統進行統一部署、升級和維護。

（3）極大節約設備成本、人力成本、時間成本。

2.2 移動運檢平臺安全模式

信息安全歷來是發電企業信息化建設必要保障點，隨著國家網絡安全法、電監會1 號令的發布，信息安全提到頭等重要位置。基于以上原因，移動運檢平臺建立全鏈條信息安全保障機制，包括終端安全、接入安全、傳輸安全、存儲安全、機制安全等多個維度（圖2）。

圖1 移動運檢平臺部署邏輯架構

圖2 全鏈條信息安全保障機制

（1）終端安全：通過對每一部移動終端進行統一的設備注冊綁定機制，實現了設備在任何狀態下的管理。如丟失情況下，發送指令進行遠程安全擦除，第一時間確保應用信息不外泄露；加密策略確保了任何訪問過、下載過的附件或文件，都是經過加密處理；功能限制策略可使公司配發的終端禁止拍照、打電話等功能，而只能用于處理工作時使用等。

（2）接入安全：采用設備號、SIM 卡號與使用人員信息的唯一對應，避免非該設備的使用人員通過非法手段進入到企業應用系統中；同時，企業為移動應用用戶也同時配置了APN（Access Point Name，接入點名稱）專有通道，可隨時在互聯網、APN 專線中切換。

（3）傳輸安全：采用國際公認并普遍采用的Socket 網絡通道加密技術SSL（Secure Sockets Layer，安全套接層）技術，通過數字證書的安全性來保證系統的整體安全。

（4）賬號安全：采用基于非對稱RSA 算法的CA 認證機制保障帳號安全，屬于國密辦核準方式之一。對于標準傳輸情況，采用服務器單向授信，即終端側僅保存CA 簽發的根證書，而服務器加載CA 簽發的服務器授信證書。使得終端連接時可以明確服務器的可信任性。

（5）存儲安全：任何緩存在終端本地的數據通過安全策略進行加密或定時清理。存儲數據采用加密方式。

通過以上方式規范了移動運檢平臺建設的安全標準，統一技術方案和指標，避免出現“短板”問題；任何移動終端的接入都必須完成指定的審批流程、安裝指定的準入MDM（Mobile Device Management，移動設備管理）軟件，實現了移動應用的信息安全高端管控。

2.3 移動運檢平臺開發模式

目前業界主流的移動終端多樣，如iOS、Android、Windows Phone 操作系統等，品牌型號多樣，包括蘋果、三星、華為、小米等，分辨率更是變化多樣，不可能針對所有機型進行定制性開發和部署，本項目開發通過下圖跨平臺開發部署技術，兼容HTML5網頁、Hybrid 混合、Native 原生的多引擎運行，最終適配各種硬件終端、操作系統、分辨率。尤其在HTML5 和Hybrid 開發下，實現了跨操作系統、跨終端的業務開發，一套代碼在不同的平臺上解析產生完全相同的用戶體驗和業務效果，使開發人員不用擔心移動應用技術實現的問題，只需專注于自己的業務所長。

數據交互原理方面，通過調用標準化的WebService 接口進行業務處理，移動應用中間件通過標準的HTTP 通信協議，向WebService 接口提交XML 數據（或者接收WebService 接口發送過來的XML 數據），中間件服務器分析處理和生成需要移動化部分數據，最終在智能客戶端實現界面的展現（圖3）。設備個別方面，通過RFID 實現移動檢修平臺對風機大部件定位和信息獲取，通信方面，在風機側通過Wi-Fi+Mesh 的技術，實現了風機側無線信號覆蓋。從而從設備識別、無線信號傳輸、軟件數據交互多方面整合，實現移動運檢技術平臺整體架構。

在技術上統一了“起跑線”，達到企業UI（User Interface，用戶界面）和用戶體驗的一致化，避免各分公司、各風場在移動應用建設上差異化的問題，同時也降低了運維成本。

圖3 一次開發跨平臺部署

3 經濟和社會效益分析

移動信息化一直是新能源行業信息化發展的重要方向之一，通過該項目的研究與實踐，實現基于安卓、蘋果、華為、三星等主流智能終端的跨平臺應用，用戶范圍已覆蓋總部、29 家分公司、近300 多個風場，極大的提高企業信息流轉和工作處理及時性。

變革發電企業集中檢修傳統模式，具體價值體現在以下5個方面。

（1）體現巨大經濟效益。風機分散、地域廣闊，檢修人員無論身處何地，可隨時接收“中央集控調度”發來的檢修命令，直接在風機現場建工作票、審批及開工，直到完成檢修任務，不再需要像傳統電力 必須集中在辦公區待命，極大適應了風電業務模式，同時不需要往返故障風機和風場中控室多次進行多次審批簽字，縮短停機時間，增加發電量。非常適合新能源未來“大區域檢修”的先進理念。

業務移動化可充分利用個人的“碎片時間”，將其轉化為能夠產生工作價值的有效時間，極大的提高了工作的效率和及時性，這也是社會發展大趨勢，尤其在高科技行業已經非常成熟。按照電力行業平均年收入20 萬元計算（數據來自賽迪分析報告），即平均每小時的工作價值約為111 元，如果每人每天累計使用0.5 h，按人工成本折算理論上額外產生的收益約2025 萬元/（千人·年）。計算公式如下：

“111×0.5×1000×365=2025 萬元/（千人·年）”。其中，1000 為使用人數。

（2）檢修經濟效益明顯。“移動運檢平臺”作為“智能風電場”建設的重要組成部分，根據試點風場反饋使用數據統計如下：

時間變短：引用一線人員試用反饋報告“現在新設備投入后，開票時間由之前的15 min，加快到僅3～5 min 就能夠完成”，在當前公司人力成本較高，現場開票工作量大的情況下，把開票占用時間縮短三分之二，帶來的人力成本節約不可估量。通過移動運檢平臺投運，平均減少故障停機時間10 min，按標準發電能力核算，預估每萬千瓦每年節約電量為107 085+181 123=288 208 kW·h=28.820 8 萬千瓦時；按1000 萬千瓦裝機為標準核算，年可節約電量約為28.820 8×1000=2.9 億千瓦時。

（3）實現標準化管理。因一線檢修人員存在辦公地點分散、移動化明顯的特點，相比電腦更愿意使用簡單易用的移動運檢平臺，而移動運檢平臺作為公司管理意志的載體，集成了統一的運維流程和標準，從而潛移默化地把公司所有風電場的檢修業務統一，也利于公司統一檢修規程的落地。

（4）實現協同工作。傳統檢修模式中，進行工單派工、審批、工作票結票等環節時，工作人員必須返回主控室簽字，相比火電、核電返回主控僅需走路，而風電場最遠風機有時開車都要2 h 的巨大差異，傳統檢修模式耗費了大量人力、財務，尤其因長時間停機帶來的電量損失。目前通過移動運檢平臺，大家協同的模式變了，不再需要聚在一起面對面進行工作審批，及時修復風機，避免較大損失電量。

（5）加快信息傳遞速度，促進公司向實時企業轉變，提高經營決策效率。

4 結論和展望

隨著信息技術不斷發展和成熟，風電行業因為“地處偏遠、點多面廣、高度依賴設備穩定性”的特色，相比于傳統發電企業必將更快地發展成為高度依賴信息化的企業，從而實現“遠程集中調控、大區域基地化檢修、無人值守”的發展目標，而這一切都貫穿著移動的基因，移動互聯檢修的時代已經全面來臨。未來，將在完善移動運檢平臺當前成果的基礎上，繼續研究“無人庫房+RFID”“設備智能預警”“功率預測”等方向，最終實現風電智能檢修全鏈條方案，積極推動風電行業向智能化邁進。