數字化風電場建設的探索與實踐

王其樂 王寅生 尹詩

摘? 要：隨著風電場裝機規模的不斷擴大，對風電場進行數字化的管理顯得越來越重要，數字化風電場建設是最大限度地利用風電場資源，引入先進的人工智能、物聯網等技術，提升設備可靠性，逐步實現風電場安全運行、精準維護、最佳效能的目標。風電場的數字化建設概括起來為：運行、檢修、設備、備件、安全五個方面的數字化建設。風電場“五化”建設將顯著提升風電場的管理水平，打造風電場“智慧運營”的新模式。

關鍵詞：風電;數字化風電場;智能化;數字化;智慧運營

中圖分類號：TK83;TM614? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）07-0120-04

Exploration and Practice of the Construction of Digitization Wind Farm

WANG Qile，WANG Yinsheng，YIN Shi

（Zhong Neng Power-Tech Development Co.，Ltd.，Beijing? 100034，China）

Abstract：With the expansion of the scale of wind farm installed，is playing a more and more important for the management of the digital of the wind farm，the digital construction of wind farms is to maximize the use of wind energy resources，the introduction of advanced artificial intelligence，internet of things，such as technology，improve equipment reliability，and gradually achieve the safe operation of the wind farm，accurate maintenance，the best efficiency of the target. The digital construction of wind power plant can be summarized as the digital construction of operation，maintenance，equipment，spare parts and safety. The construction of “five modernizations” of wind farms will significantly improve the management level of wind farms and create a new model of “smart operation” of wind farms.

Keywords：wind power;digitization wind farm;intellectualization;digitalization;intelligent operation

0? 引? 言

風電場分布廣泛，大部分處于偏遠地區，日常維護困難，亟需采用信息化的手段提高運行和檢修的效率，數字化風電場建設就是把信息化的技術引入到風電場的日常工作場景中，提高機組的發電水平，降低故障率，同時提高風電場員工的運行檢修效率，中能電力科技開發有限公司是全球最大的風電集團龍源電力的全資科技公司，是風電數字化、智能化相關行業標準的主要起草單位，長期從事風電信息化、智能化的研究工作。

1? 數字化風電場建設的框架

為了實現風電場“五個數字化”的建設目標[1-3]，需建立風電場管理的標準化的流程，統一物資編碼、設備編碼、備件編碼，建設覆蓋風電場的風機和升壓站區域的無線和視頻信號，在此基礎上建設各類信息化的系統，從而實現覆蓋風電場生產管理各方面的軟件系統[4]，智能風電場建設總體框架如圖1所示。

2? 數字化風電場基礎建設

2.1? 無線網絡覆蓋

風電場多處在山區、草原、戈壁等邊遠地區，手機通訊信號無法覆蓋或信號強度不夠，數字化風電場建設中的各應用系統模塊、移動終端、智能設備均離不開穩定、高效、便捷的網絡基礎。數字化風電場無線網絡覆蓋方案采用光纖環網+大功率Wi-Fi的技術實現風電場風機和電氣設備的網絡全覆蓋[5]，為數字化風電場建設打下穩固的網絡基礎，風電場無線網絡結構如圖2所示。

2.2? 視頻監控

風電場視頻監控主要包括風電機組視頻監控及升壓站內視頻監控，視頻需監控風電場所有設備及重要生產場所[6]。

2.2.1? 風電機組視頻監控

風電機組視頻監控系統包括機組機艙和機組塔外視頻監控系統，主要實現圖像的采集、傳輸、分析、告警及監控功能。

機組機艙視頻監控系統，充分整合視頻監控存儲技術、圖像分析技術、智能分析機組內設備所處環境的變化，在風機內人員和設備（比如設備起火等）出現異常狀況時自動告警。

機組塔外視頻監控系統可隨時觀測相鄰機組的運行狀態、塔外道路、塔筒基礎和箱變等塔外設施與環境，使運行人員在遠程即可直觀了解現場情況。

2.2.2? 風電場站內視頻監控

風電場站內視頻監控系統將風電場大門區域、升壓站、開關室、中控室、繼保室等區域采用攝像機拍攝的視頻圖像遠距離傳輸到中控室，使主站的運行管理人員對場站電氣設備的運行環境進行監控，保障場站的設備安全運行和人員安全生產。

3? 風電場數字化系統建設

3.1? 運行管理一體化

運行管理智能化通過建立風電場數據的統一管理、分析的系統，為運行人員提供更為方便的管理手段。通過風電場智能監控、機組效能分析等模塊，借助移動終端等設備，全面實現運行管理的移動化和智能化，減輕運行人員工作強度，提高工作效率。

風電場監控系統實現風電場對風電機組、升壓站設備、測風塔、有功控制等設備進行統一數據采集，統一監控畫面展示，設備控制，報警提示，數據統計與分析，如圖3所示。風電場移動兩票管理系統，使現有的兩票紙質化操作實現電子化，基于移動互聯技術，脫離時間、空間的限制，同時結合遠程視頻系統，使持有移動終端的人員在任何位置、任何時間點都可開展兩票工作。還可將現場安全措施通過照片、視頻、錄音等形式進行保存，及時更新現場安全工作現狀[7]。

通過風機性能分析系統，幫助運行人員定位性能、可靠性較差的風電機組，快速發現共性的故障。通過根源分析快速查看各機組損失電量分解，對比機組之間的性能損失、故障損失，通過可視化手段和數據聯動，幫助運行人員快速定位機組問題原因，找出規律，定位集中性和頻發性故障。

3.2? 檢修管理智能化

檢修管理智能化通過機組運行、風電場運維等數據，建立專家知識庫系統，輔以手持終端、紅外傳感、智能無人機等，實現了新能源領域智能運維新模式。包括：計劃檢修管理、智能巡檢系統、設備更換閉環管理、消缺管理、技改管理、專家診斷系統、遠程視頻會診等。

基于移動終端設備，開發移動定檢、巡檢、消缺管理功能模塊，可定時提醒定檢、巡檢工作，并在定巡檢過程中對重點設備、部件進行拍照記錄歸檔，整理電子化風電場設備檢修維護使用手冊及指導意見書等資料，輔助檢修人員完成檢修工作，檢修管理系統如圖4所示。

通過關聯維修預案庫，開發智能風機故障診斷系統[8]。系統通過整理現場實際故障診斷和處理方法，根據各類機組實際故障檢修時的邏輯判斷過程編寫維修預案，同時提交給預案系統，共享各個風電場同型號設備檢修、維護相關的資料和經驗，提高現場設備維護水平。

通過使用無人機執行風機葉片巡檢任務，對典型風機葉片進行高清拍照、高清視頻拍攝和紅外可見光拍攝，對巡檢數據進行歸類存檔、影像分析，確定葉片是否存在損傷和缺陷，并最終出具檢測報告，無人機葉片巡檢如圖5所示。利用智能眼鏡實現遠程視頻會診功能，可用于設備維修、設備安裝、設備調試時，實現遠程專家會診、視頻、語音對講、實時指揮等。

3.3? 安全管理智能化

安全管理智能化在實現風電場全場Wi-Fi、視頻監控全覆蓋基礎之上，借助移動終端，智能安防等設備，建立安全學習、預防、實時監控、應急處理等機制，讓人員能夠看到風險點、熟知風險點、理解風險點，真正實現對人員全方位、全角度、全過程的安全管控。包括：作業人員安全檢查、車輛人員定位、應急預案管理、智能風險預控、安全工器具管理等。

利用視頻監控系統檢查人員作業過程的安全措施是否符合規范要求，實現檢修人員作業前、中、后全過程監督;通過車輛安裝或人員攜帶GPS設備，在車輛使用和人員工作期間進行實時跟蹤定位，保障作業人員安全。

3.4? 設備管理信息化

設備管理信息化建設以設備臺賬為核心，參照標準編碼為基礎，實現設備編碼、設備異動、故障記錄、檢修工單、維護與巡檢工作的聯動。

設備管理根據設備的臺賬信息、使用位置、電氣系統位置等實際情況，建立完備的設備管理體系及結構，通過設備臺賬可查看所有設備的檢修計劃、檢修歷史、缺陷信息、更換維護記錄、備件信息等數據，系統如圖6所示。

設備管理對設備進行動態管制，使臺賬數據隨著風電場檢修、消缺、技改、移動、更換等業務進行數據的實時更新。

3.5? 備件管理數字化

通過二維碼、移動終端、掃碼器等技術，通過備件入庫、存儲、出庫及報廢等各個階段的管理，通過數據共享，實現聯合備件和動態調撥，優化風電場資源配置。系統實現備件掃碼出入庫、盤庫等操作，規范了現場備件管理工作，通過移動終端對設備掃碼進行出入庫操作、對設備相關信息進行查詢等業務，提高了備件庫存管理的準確率和效率，備件管理系統如圖7所示。

4? 結? 論

數字化風電場建設是最大限度的利用現有資源，并引進各種數字化、智能化的設備和系統，旨在實現風機更優的控制與運行性能、更高的能量利用效率、更精準的狀態監測、更高的設備可靠性、更少的人力需求和更大的發電效益，最終實現以人為本的專業管理、集約管理和業務協同的風電場智能管控，形成適合自身發展需求的、具備新能源行業特色的智能管理模式。

參考文獻：

[1] 吳智泉.推進智慧風電建設，提高風電核心競爭力 [J].中國經濟周刊，2019（10）：108-109.

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[5] 張艷鋒，田震，楊海濤，等.風電場智慧運維管理淺談 [J].中國設備工程，2019（15）：35-37.

[6] 李思秀.開啟風電產業智能化服務新時代 [J].上海信息化，2019（7）：62-64.

[7] 張志宏，施永吉，黃建平，等.深遠海域風電場智慧運維管理系統的探索與研究 [J].太陽能，2018（6）：49-53+25.

[8] 劉文斌.風電場群集中監控系統整體解決方案研究 [J].風能，2016（12）：68-71.

作者簡介：王其樂（1982—），男，漢族，河北石家莊人，工程師，碩士研究生，研究方向：風電信息化建設、風電大數據系統架構及運維。