風電場應用風電智慧管控一體化平臺的相關研究

邱英強 黃新宇 陳偉 劉瑋 唐曉萌

摘要：風電智慧管控一體化的風電場智慧管控平臺可以將風機現場的各種設備運行數據、現場環境狀況、視頻監控信息等在統一的平臺上實現集中管理、監控，幫助運行人員對問題進行快速響應;輔以移動化的作業終端等手段，實現現場與控制中心的實時、直觀的互動。可以有效的提升風電場的管理效率、集約運行人力資源、提升設備運行水平、提高整體發電效率。

關鍵詞：智慧平臺;風電場;應用

一、風電場運行管理的現狀

1. 安全管理困難

由于風電場分布廣闊、環境開放，風機分布較為分散，且長期在野外運行，故障率相對集中式的發電廠要高，需要運維人員經常到現場進行巡視、維護、修理，加之通訊條件差，安全管理更加困難。

2. 運行管理模式相對陳舊

風電場在我國的大規模開發建設時間較短，整個行業長期處于高速發展階段，風電場的開發建設一直是行業高度關注的重點;而風電場的運行管理受重視程度相對不足，管理人才匱乏，管理模式較為陳舊。

目前國內的風電場普遍存在信息化水平偏低、缺乏智能化的管理手段，例如大量的日常統計、報表、流程等重復性工作都通過運行人員人工完成，占用大量的時間，導致人員工作效率偏低，類似這種現象都影響了風電場的管理效率。

二、風電場應用風電智慧管控一體化平臺的重要性

隨著計算機技術、信息技術、智能技術等一系列技術的發展，風電場在智能化發展方便有了很大的進步。通過建立智能一體化的風電場運行管理平臺，并在風電場現場布置邊緣計算設施，可以將風機現場的各種設備運行數據、現場環境狀況、視頻監控信息等在統一的平臺上實現集中管理、監控，輔以移動化的作業終端等手段，實現現場與控制中心的實時、直觀的互動。可以有效的提升風電場的管理效率、集約運行人力資源、提升設備運行水平、提高整體發電效率。

三、風電場應用風電智慧管控一體化平臺的措施

1.通信網絡

風電智慧運維管控一體化平臺采用光纖+WIFI網絡，實現風電場作業區域內網絡覆蓋，采用場區內獨立組網，光纖環網及匯聚交換機達到1000Mbps，風機節點帶寬達100Mbps及以上。滿足視頻信號傳輸、安全管理、兩票管理、檢修管理、設備安全管理等風電日常工作的通訊需求。

2.塔筒傾斜與擺振監測分析系統

結合風機振動監測系統，實現對山地風場塔筒、軸竄、主傳軸對中及齒輪箱、軸承等故障監測、診斷、報警及潛在故障風險的分析和健康狀況的預測，建立關鍵設備的故障模型和健康狀況的預測模型，制定關鍵設備監測指標，定期形成狀況健康檢測報告，具體為：

（1）塔筒傾斜角監測

監測靜態傾斜角和動態（塔筒晃動和擺動時）傾斜角，塔筒傾斜程度分析，塔筒傾斜報警，塔筒傾斜趨勢分析，給出傾斜潛在風險預警信號，提醒管理人員對塔筒潛在傾斜風險的預警，山地塔筒傾斜角監測指標：塔筒傾斜角度、塔筒傾斜方向，地基傾斜角度、地基傾斜方向、塔筒和地基傾斜趨勢分析、塔筒和地基傾斜傾斜角報警閾值等。

（2）塔筒健康狀況預測

對塔筒結構和強度特性分析，預測塔筒的健康狀況，監測的技術指：塔筒擺動的模態特性、擺動的本征頻率、塔筒靜態擺動幅度、頻譜特性，監測塔筒安裝和結構連接故障引起的結構強度的變化;風作為塔筒外部激勵，在風作用下，塔筒發生的振動特性發生變化，檢測激振源的強度、方向，監測和預警塔筒的結構損傷、材料強度變化等引起的結構強度變化情況，指標包括振動強度、振動頻率和振動頻譜，預測結構內部的缺陷和材料的疲勞損傷帶來的風險。

（3）塔筒晃動軌跡監測

塔筒的連續晃動軌跡指標：晃動軌跡的幅值、晃動的角速度范圍、線速度的范圍、晃動頻率、晃動的趨勢，通過對晃動特性的分析，監測運行狀況，給出塔筒健康狀況的判斷。

3.基于“端-云融合計算”架構智慧風電終端

（1）系統架構

系統采用“端-云融合計算”架構，風電場集中管控平臺（云）提供開放式統一平臺，實現數據共享和終端的統一管理。智慧風電終端將邊緣計算（Edge Computing）部署在靠近風機及數據源頭的網絡邊緣側，部署融合網絡、計算、存儲、應用核心能力的邊緣計算網關和終端通信模塊，為邊緣計算提供包括設備域、網絡域、數據域和應用域的平臺支撐。設備域通過終端通信模塊支撐現場設備的實時智能互聯;網絡域為系統互聯、數據聚合與承載提供實時聯接及管理服務;數據域提供邊緣數據聚合及優化服務，并保障數據的安全與隱私性;應用域則基于開放接口，實現邊緣行業應用本地化部署，支撐邊緣業務運營。

（2）功能應用

1、邊緣計算能力

基于上述架構，可根據需要在每臺風機的智慧風電終端部署本地部署定制應用（APP），根據用戶需求合理適配在線監測功能，如風機安防、消防、設備溫度、塔筒擺振、風機震動、風機工況和氣象信息等，實時執行數據分析并根據分析結果觸發預定義的風機異常告警響應策略，第一時間發現設備潛在故障。邊緣計算同時提供本地存活，一旦與云端聯接故障，數據可以本地保存和處理，聯接恢復后，本地高價值數據自動同步到云端，確保為云端提供完整的產品運營數據。

2、“端-云融合”協同計算

端計算（邊緣計算）與云計算（風電場集中管控平臺）互相協同，集控平臺的云計算聚焦非實時、長周期數據的大數據分析，能夠在周期性維護、故障隱患綜合識別分析，風機健康度檢查等領域發揮特長;智慧終端的邊緣計算聚焦實時、短周期數據的分析，能更好地支撐故障的實時告警，快速識別異常，毫秒級響應。

3、云端統一管理

部署在風電場集中管控平臺（主站）的敏捷控制器（AC），可實現所有風電指揮終端的計算資源、協議、應用和數據的統一管理和自動化部署，實現全網智慧終端狀態監控、海量設備即插即用、業務應用自動化部署，可大幅度提高運維便利性，并降低運營成本。

（3）系統效果

1.滿足低延時計算要求

邊緣計算聚焦高實時與短周期數據采集與分析處理，可實現毫秒級的高速數據采樣和分析，避免了網絡傳輸造成的數據時滯以及時標不一致的問題，能夠更好更準確地支撐風機在線實時監測。

2.提高整體效率

通過在邊緣節點處實現對數據的過濾和預處理分析，不需要將大量高頻高重復的數據送往風電場集中管控平臺處理，節省了云端計算資源，也節省了網絡傳輸帶寬。

四、結束語

通過采用風電智慧管控一體化平臺能夠實現風電場運維信息化，整合數據資源，有效提高運維效率，創造更佳的盈利能力，全面提高經濟運行水平，大幅降低運維成本，獲得更好的經濟效益和社會效益。