智慧風(fēng)電場(chǎng)發(fā)展方向探索

吳勁芳　李旭　曹俊磊　龐建霞　賈洪巖

摘要：風(fēng)電行業(yè)起步較晚，智能化水平相對(duì)于水電和火電較低，隨著數(shù)字化、信息化、智能化技術(shù)的不斷發(fā)展，利用信息通信技術(shù)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)應(yīng)用、傳感技術(shù)等先進(jìn)手段，提升風(fēng)電行業(yè)智慧化水平勢(shì)在必行。智慧風(fēng)電場(chǎng)的不斷發(fā)展可實(shí)現(xiàn)提高工作效率，降低運(yùn)維成本，減少人員配置，提升設(shè)備安全性和可靠性等目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：智慧風(fēng)電場(chǎng);發(fā)展;方向

1智慧風(fēng)電場(chǎng)特征

智慧風(fēng)電場(chǎng)主要基于測(cè)控技術(shù)、通信技術(shù)、信息化技術(shù)、大數(shù)據(jù)處理技術(shù)以及各類智能算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)控制的自動(dòng)化、設(shè)備狀態(tài)感知及判斷智能化、運(yùn)維決策智慧化。智慧風(fēng)電場(chǎng)通過(guò)各類傳感器準(zhǔn)確獲知各設(shè)備的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)各設(shè)備狀態(tài)的有效監(jiān)控;通過(guò)較準(zhǔn)確地風(fēng)功率預(yù)測(cè)，并結(jié)合電網(wǎng)調(diào)度需求信息、各風(fēng)機(jī)設(shè)備狀態(tài)信息自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的輸出功率，滿足電網(wǎng)的調(diào)度需求;同時(shí)能對(duì)各設(shè)備的故障進(jìn)行智能診斷，對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行智能評(píng)估，結(jié)合運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)維決策自動(dòng)化、智慧化。智慧風(fēng)電場(chǎng)的基礎(chǔ)是風(fēng)電場(chǎng)各類信息的數(shù)字化，其核心為數(shù)據(jù)、信息綜合處理及智能分析系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱信息智能分析系統(tǒng)），本質(zhì)是信息化與智能化技術(shù)在風(fēng)電領(lǐng)域的高度發(fā)展和深度融合。

2智慧風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)存在主要問(wèn)題

2.1風(fēng)機(jī)數(shù)據(jù)存量和質(zhì)量問(wèn)題

實(shí)現(xiàn)智慧風(fēng)電場(chǎng)，數(shù)據(jù)是基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)的存量和質(zhì)量直接決定了后續(xù)分析工作的成敗。較火電和水電相比，風(fēng)電行業(yè)的數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)存量和數(shù)據(jù)質(zhì)量偏低問(wèn)題。針對(duì)風(fēng)電行業(yè)數(shù)據(jù)存量和質(zhì)量偏低問(wèn)題可采取三方面措施解決，一是在經(jīng)濟(jì)性允許范圍內(nèi)，采取技改方式，優(yōu)化風(fēng)機(jī)數(shù)據(jù)采集、傳輸和存儲(chǔ)配置;二是利用先進(jìn)的軟件系統(tǒng)對(duì)已采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選、過(guò)濾、擬合，剔除壞點(diǎn)數(shù)據(jù)，恢復(fù)部分異常數(shù)據(jù)，提升數(shù)據(jù)精度;三是選用新風(fēng)機(jī)SCADA系統(tǒng)時(shí)，推薦采用“雙機(jī)熱備”模式，保證數(shù)據(jù)的完整性和可靠性。

2.2風(fēng)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)存在盲區(qū)

風(fēng)電機(jī)組主要靠各種傳感設(shè)備監(jiān)測(cè)運(yùn)行狀態(tài)，由于傳感系統(tǒng)的不完善造成了機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)存在盲區(qū)。主要有以下四點(diǎn)原因：一是早期生產(chǎn)的風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，只接入了基本的數(shù)據(jù)傳感系統(tǒng)，如電流、電壓、溫度、轉(zhuǎn)速等;二是部分新開發(fā)的傳感技術(shù)尚未成熟，還有待完善。例如風(fēng)電機(jī)組在線振動(dòng)檢測(cè)技術(shù)，在預(yù)警的準(zhǔn)確性和分析精度上還有待提高;三是新的傳感技術(shù)還有待開發(fā)，例如葉片軸承裂紋問(wèn)題，嚴(yán)重威脅機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，但尚未有成熟的傳感技術(shù)能夠解決;四是成本原因，部分傳感技術(shù)實(shí)施成本高，在剩余機(jī)組運(yùn)行年限內(nèi)，很難回收成本。解決措施可分為以下三點(diǎn)：一是大力開發(fā)關(guān)鍵部件的傳感技術(shù)。由于風(fēng)電起步晚、發(fā)展快、實(shí)際經(jīng)驗(yàn)缺乏，導(dǎo)致部分關(guān)鍵部件在設(shè)計(jì)時(shí)裕度偏低，造成了一系列批次性損壞和風(fēng)機(jī)安全問(wèn)題。因此，開發(fā)關(guān)鍵部件的傳感技術(shù)，實(shí)現(xiàn)預(yù)先報(bào)警，可較大程度上提高風(fēng)機(jī)的可靠性和減少電量損失二是完善尚未成熟的傳感技術(shù)。傳感技術(shù)不成熟的原因，一方面由于風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況惡劣，在開發(fā)和設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)對(duì)外部環(huán)境影響考慮不足;另一方面產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間短，數(shù)據(jù)積累不足，導(dǎo)致判斷誤差。隨著技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)品迭代，傳感技術(shù)一定會(huì)趨于成熟。三是深度發(fā)掘數(shù)據(jù)間的關(guān)聯(lián)性。在缺少關(guān)鍵部件的傳感數(shù)據(jù)時(shí)，可通過(guò)發(fā)掘其它部件傳感數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)關(guān)系，找出變化規(guī)律，利用數(shù)據(jù)建模進(jìn)行分析，間接判斷其它部件的運(yùn)行狀態(tài)。

2.3數(shù)據(jù)分析建模復(fù)雜

風(fēng)電作為新興行業(yè)，在技術(shù)上的探索十分廣泛，風(fēng)電機(jī)組的形式和結(jié)構(gòu)呈多樣化，按照來(lái)流風(fēng)向機(jī)組可劃分為水平軸和垂直軸;按照變槳?jiǎng)恿?lái)源可分為電動(dòng)變槳和液壓變槳;按照變頻方式可分為軟并網(wǎng)、部分變頻和全變頻技術(shù);按照大部件布置形式可分為直驅(qū)、半直驅(qū)和齒輪箱傳動(dòng)結(jié)構(gòu)等等。配套的控制系統(tǒng)，根據(jù)廠家設(shè)計(jì)理念不同，更是數(shù)不勝數(shù)，針對(duì)不同的控制系統(tǒng)都要開發(fā)不同的數(shù)據(jù)模型進(jìn)行分析，難度可想而知。同時(shí)數(shù)據(jù)建模需要有經(jīng)驗(yàn)的風(fēng)電檢修人員配合，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行模型的校正和調(diào)整，難度進(jìn)一步加大。解決措施可分為以下三點(diǎn)：一是選取主流風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)開發(fā)分析模型，逐步向其它風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)延伸，提高分析模型的利用率。二是針對(duì)質(zhì)量缺陷和安全問(wèn)題突出的機(jī)型，優(yōu)先開發(fā)分析模型，提升風(fēng)機(jī)的安全性和可靠性。三是培養(yǎng)風(fēng)機(jī)技能人才，精通機(jī)組故障檢修和數(shù)據(jù)分析，為分析建模提供人才保障。

2.4網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題

為了確保電網(wǎng)及能源供給的安全，按照當(dāng)前電力監(jiān)控系統(tǒng)安全防護(hù)規(guī)定，發(fā)電側(cè)一區(qū)、二區(qū)與三區(qū)及以上區(qū)間應(yīng)裝設(shè)縱向隔離裝置，一、二區(qū)信息可進(jìn)入三區(qū)，但三區(qū)信息不能進(jìn)入一、二區(qū)。智慧風(fēng)電場(chǎng)信息智能分析系統(tǒng)在三區(qū)，各類數(shù)據(jù)信息經(jīng)分析后結(jié)果不能直接反饋到一、二區(qū)，也就無(wú)法直接控制相關(guān)設(shè)備，目前只能以運(yùn)維建議的形式推送給風(fēng)電場(chǎng)相關(guān)人員，即使信息智能分析系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)某設(shè)備存在嚴(yán)重故障需立刻停機(jī)，信息智能分析系統(tǒng)也無(wú)法直接控制風(fēng)機(jī)停機(jī)或進(jìn)行必要的調(diào)整。在國(guó)家高度重視網(wǎng)絡(luò)安全的形勢(shì)下，想要開拓信息反饋渠道難上加難，所以只能在分析系統(tǒng)精準(zhǔn)的前提下，對(duì)于危重故障與風(fēng)機(jī)廠家協(xié)商，完善運(yùn)行程序。

2.5智能巡檢技術(shù)待完善

智慧風(fēng)電場(chǎng)智能巡檢技術(shù)近年逐步走向市場(chǎng)，從技術(shù)發(fā)展層面看，還有很大的上升空間。目前智能巡檢技術(shù)主要存在三方面問(wèn)題：一是使用功能不全。目前智能巡檢主要靠視覺(jué)成像和紅外感溫進(jìn)行設(shè)備缺陷識(shí)別，部分設(shè)備間隙和螺栓松動(dòng)類檢查還需要人工檢測(cè)，不能完全代替人工巡視。二是使用場(chǎng)景受限制。定置安裝的巡檢設(shè)備，是按照預(yù)定滑軌運(yùn)動(dòng)并開展巡視的，但滑軌安裝位置受設(shè)備區(qū)域限制，無(wú)法做到面面俱到。輪式或履帶車式巡檢設(shè)備，受路面情況影響較大。三是檢測(cè)精度有待加強(qiáng)。以無(wú)人機(jī)巡視葉片為例，可利用高清攝像機(jī)對(duì)葉片表面進(jìn)行拍照，但葉片內(nèi)部缺陷很難發(fā)覺(jué)，同時(shí)拍照后也無(wú)法精準(zhǔn)判斷裂紋類缺陷和污染物缺陷。為完善智能巡檢技術(shù)，應(yīng)不斷融入工業(yè)遠(yuǎn)程傳感技術(shù)，豐富傳感器種類。同時(shí)，巡檢設(shè)備還應(yīng)小型化和便捷化，使設(shè)備能夠到達(dá)更多的區(qū)域，減少區(qū)域限制。

結(jié)語(yǔ)

雖然，目前建成的或在建的數(shù)字化智慧風(fēng)電場(chǎng)還處于較初級(jí)階段，但隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”、信息化與人工智能等技術(shù)的飛速發(fā)展，大型數(shù)字化智慧風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)必將成為未來(lái)風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)展趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)

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