風電場智能化維護技術研究

建水新天風能有限公司 郭琦 劉克川 朱聰 范凱良 李亞寧

1 智慧風場的概念及我國風電發(fā)展的現狀

1.1 智慧風場的概念

智慧風電場的概念起源于歐美等發(fā)達國家。2010 年9月美國IBM 公司首次在國內發(fā)布了“智慧的電力”戰(zhàn)略以及系列解決方案。隨后逐步出現了“智能風電場”“智慧風電場”等概念。現如今，隨著數字化技術的發(fā)展和能源產業(yè)化的加快，市場對能源企業(yè)的要求已經從數字化、智能化逐步過渡到智慧化的階段。智慧已經不再是智能的簡單升級，而是提出了更高層次的要求，需要電廠在生產運作過程中充分展現出“擬人”的特點，即具有“思維”“判斷”和“決策”的能力[1]。

1.2 我國風電的發(fā)展現狀

我國正處于風電項目迅速發(fā)展的階段，但風電環(huán)境管理體系卻剛剛起步。雖然風能具有可再生、無污染的特點，但在風電開發(fā)和營運過程中，如果規(guī)劃、選址、建設、管理不當，仍然會產生一系列環(huán)境問題，主要表現為對鳥類遷徙的影響，風機噪聲、光影等污染及生態(tài)破壞等。

風能作為清潔能源，在發(fā)電時不會對環(huán)境產生破壞。同時，風力發(fā)電設施屬于立體設施，不會對陸地環(huán)境的穩(wěn)定性產生破壞。因此，在未來發(fā)電行業(yè)中，風力發(fā)電會成為重要的技術手段。風力發(fā)電的經濟性很好，整體成本較低。目前，由于技術越發(fā)先進可靠，以至于風力發(fā)電的成本已經接近了煤炭的發(fā)電成本。風力發(fā)電在提升效益方面有著非常明顯的優(yōu)勢。在未來新技術的引入和使用過程中，必然會進一步降低相關成本。數據統(tǒng)計顯示，如果風力發(fā)電的能力再次翻倍，成本將會下降35%左右。如果風電實際使用的增長率突破30%，市場成本會進一步降低。此外，我國幅員遼闊，風力資源的儲備量比較豐富，在日后持續(xù)發(fā)展的過程中，特別是在風力發(fā)電大面積鋪開的過程中，帶來的經濟效益會更加可觀，這也符合新時期的綠色、生態(tài)發(fā)展理念[2]。

相比其他項目，風力發(fā)電的建設工期比較短，建設完畢后也可以迅速投產。在風力發(fā)電項目落地時，由于建設周期的快速性，大部分項目會按照周或者月來進行結算，在短期就可看到建設的效果，這對于急需緩解用電資源緊缺問題的項目地區(qū)有著十分重要的價值。

2 人工智能技術在智能化風電場維護的應用

2.1 建立健全智能風電場運行維護體制

智能風電場運行中的維護和管理工作，是確保其正常運行的前提。智能風電場的運行和維護系統(tǒng)是智能風電場建設的重要內容。在設計運行管理系統(tǒng)時，要充分考慮到智能風電場的特殊情況，并加以完善。在具體工作中，要嚴格執(zhí)行操作管理制度，加強監(jiān)管，確保各部門的工作分工，并建立相應的崗位責任制。對風電場進行的智能化維修與管理，保證風電場在運行過程中能夠及時地發(fā)現并解決問題，提高風電場的工作質量和工作效率。

2.2 加強智能風電場的巡檢工作

智能風電場設備的巡檢工作質量直接影響到整個風電場的安全、可靠，所以必須加強巡檢工作，做好所有的巡檢工作以避免出現事故。智能風電場一般都位于偏遠地區(qū)，而且地理環(huán)境極為惡劣，時常遭遇強風和雷電。如果不進行有效的控制，很難在短時間內檢測出問題，從而影響電力系統(tǒng)的安全運行。所以，在智能風電場的運行中，要根據電網的實際運行狀況，對其進行監(jiān)控，在保證監(jiān)測方案的科學性和合理性的前提下，應充分考慮當地的環(huán)境特征。

2.3 詳細分析智能變電設備存在的異常問題

在智能變電設備的使用過程中，不可避免會遇到一些問題。在此過程中，運維人員要能及時發(fā)現故障，并對故障進行精確的定位，并對故障進行細致的分析，以正確地判斷故障的種類。如果問題不大，可以通過檢修解決。問題比較嚴重，嚴重到危害程度，要及時進行匯報，同時要對問題現場進行控制，并收集有關數據，以便有關部門能根據問題的性質，采取相應的對策。同時，電力系統(tǒng)運行中存在的安全隱患也是急需解決的問題。為了防止事故的發(fā)生，可以采取I級臨時措施，對風電場的運維工作做詳細的記錄，尤其是在風電場出現故障時，要對其原因和處理方法作詳盡的記錄，并根據所記錄的內容對其產生的原因和規(guī)律進行分析，從而采取有效的預防措施[3]。

2.4 做好智能風電場的監(jiān)測工作

在智能風電場運行維護中，應加強對風電場的監(jiān)控，并選用適當的測控技術。在采用測控技術的過程中，將監(jiān)測傳感器置于變電裝置上，利用因特網，實現對電網運行狀態(tài)的實時監(jiān)測。同時，對風電場運行過程中的故障進行實時監(jiān)控，可以對其進行正確的定位，并對其進行及時的維修，為變電設備的安全運行提供了保障。

2.5 應用繼電保護校驗技術

只有在數字化保護的情況下，才可以進行檢測。嚴格遵守有關規(guī)定是繼電保護的基本要求。其中，保護性測試儀是主要的設備，通常采用單對單或者單對多，再通過兩根電力網將保護測試儀連接在一起，從而完成測試。

2.6 提升安全性和穩(wěn)定性

本文針對風電場智能化維護中存在的不穩(wěn)定和不安全問題，提出了相應的改進措施。首先，在電力設備起動時，利用微型設備、電子技術，把波形和電壓有效地集中起來，保證一定的時間內的電壓穩(wěn)定。其次，就是監(jiān)控儀器的工作狀態(tài)，一旦發(fā)現有問題，立刻進行處理，這是非常重要的。接著進行自我檢查，對風電場、重要斷路器進行全面的監(jiān)測，一旦出現異常，就會發(fā)出報警，讓運維人員在最短的時間內進行維護。最后，針對設備的故障，應根據設備類型，選用適合的檢修方法，以確保在最短的時間內得到解決。

2.7 積極研制引導智能設備

目前，風電場智能化維護技術的應用范圍很廣，例如，雙母線接線、小車開關柜等，從而使風電場自動化系統(tǒng)的集成更加科學化。將智能技術與數字化技術有機地結合起來，將其重點放在風電場智能化維護技術上，重點是對風電場的管理與操作，主動開發(fā)引導智能設備，而不是被動地接收，使風電場的智能化管理技術更加成熟。

2.8 加入二次系統(tǒng)

風電場智能化維護技術中，二次控制的優(yōu)勢在于控制效率高、操作穩(wěn)定、數據識別度高以及時間有序。如果在原有的風電場智能化維護技術基礎上進行二次系統(tǒng)的開發(fā)，該系統(tǒng)能實現對數據的自動采集與測量，有利于有效地進行控制。隨著二次供水系統(tǒng)的不斷發(fā)展，風電場將會成為一種高環(huán)保性、高精度、高集成度的智能化風電場。

3 新時代下加強風電場智能運維集控系統(tǒng)建設策略

在新基建時代背景下，風電場大數據智能運維集控系統(tǒng)包括數據采集系統(tǒng)、實時生產監(jiān)視系統(tǒng)、集中控制系統(tǒng)、生產管理系統(tǒng)、數據分析與故障預警等功能模塊。數據中心對所屬新能源場站的集中控制運行、維護檢修、現場管理等。集控系統(tǒng)搭建大數據平臺、風電光伏預警、商業(yè)智能、綜合展示等子系統(tǒng)，根據新能源公司生產系統(tǒng)的預警數據核對及規(guī)范，將相關數據傳輸給生產管理系統(tǒng)，實現預警推送生產管理系統(tǒng)，并將生產管理系統(tǒng)進行后續(xù)的預警確認后生成缺陷，缺陷處理過程中形成工作票等后期處理結果歸集至新建的設備預警系統(tǒng)，實現預警的全生命周期閉環(huán)處理，通過閉環(huán)反饋信息統(tǒng)計和展示預警準確率，預警及時率，預警完結。除上述功能建設，集控系統(tǒng)還包括監(jiān)控中心大屏、UPS 后備電源、模塊化冷通道數據機房、運營商鏈路、調度電話、場站視頻接入、機房等。集控系統(tǒng)完成所有數據采集清洗和融合并轉發(fā)至區(qū)域大數據平臺，并完成測點標準化及測點核對工作，實現公司本部生產管理人員對本次接入場站智能監(jiān)控、關鍵指標分析、商業(yè)智能等功能，并完成分級展示在Web端和移動端。

風電場大數據智能運維集控系統(tǒng)功能如圖1所示。

圖1 風電場大數據智能運維集控系統(tǒng)功能

3.1 風電場集中功率預測及狀態(tài)監(jiān)測

風能作為未來能源的重要組成部分，對今后人類的發(fā)展具有重要意義。相較于傳統(tǒng)火力發(fā)電和水力發(fā)電，風力發(fā)電設備對環(huán)境的依賴性較大，如風力的大小、風力的方向、風力的遞減、降雨、陰天等要素均會在一定程度上影響設備的發(fā)電量。而這種情況顯然無法適應電力系統(tǒng)的基本要素，即需求與供給之間的平衡。同時，在風能軟硬件設備快速發(fā)展基礎上，風能發(fā)電的規(guī)模越來越大，開始成為電力系統(tǒng)重要構成元素，這就導致電網對風能發(fā)電的需求越來越明顯。實踐證明，要想拉近風能供給與需求距離，強化供能過程的穩(wěn)定性，要有計劃、有目的、有方向地優(yōu)化風電并網系統(tǒng)，例如調度。電功率預測作為風力發(fā)電廠主要發(fā)展方式，其能夠對預測一些數據，為電池規(guī)模化發(fā)展提供一定幫助。在該技術基礎上，電廠提前了解本地電力系統(tǒng)對電能的需求，能夠提前做好供能的調度工作，能夠進一步提升調查策略的有效性，避免不確定因素影響對電網的功能，使風力發(fā)電成為可調度的電源。集控中心主要是指通過匯總設備的預測結果，設計應對措施，如預測風光功率等。例如，該系統(tǒng)能夠動態(tài)收集測試儀器傳輸的數據，并進行再存儲其中有價值的數據基礎上，動態(tài)對比分析歷史數據，繼而精準地預測未來一定時間內電廠的發(fā)電量。

3.2 生產信息管理及故障預警

生產信息管理平臺是風電場大數據智能運維集控系統(tǒng)的主要內容之一，用于各級公司運營管理的同時打通區(qū)域數據縱向連接，形成區(qū)域新能源數據共享、標準共享、資源共享，減少站端投資。打通區(qū)域管理要求，統(tǒng)一設備和生產數據標準，并對齊所產生的數據進行集中化分析、管理，繼而打造區(qū)域數據共享平臺。同時，基于此所形成的數據資產，可作為區(qū)域內龍頭公司數據化管理、發(fā)展的參考要素，例如為本區(qū)域的決策分析提供三維立體數據，或聯動各個部門管理，實現部門、流程、人員的精簡，或基于故障預警，提前處理相關設計風險防控措施等。這種數據管理形式，還能夠有助于企業(yè)更優(yōu)地控制相關設備和技術，例如基于數據庫整合現行資源，基于標準化建設設計適應性強的管理體系。

4 結語

風電場規(guī)模不斷擴大以及風力發(fā)電技術的快速發(fā)展，建立智慧企業(yè)是解決多種風機運行維護問題的有效手段。風電場智能化維護技術是風電場的發(fā)展方向，不但能夠維護風電場的正常運行，而且還能夠為風電場智能化維護技術的運行和維護提供專業(yè)的保障。目前的風電場智能化維護技術雖然有一些不足之處，但總體來說，仍然有著巨大的優(yōu)勢。只要不斷地提高工作人員的技術水平，不斷地解決和優(yōu)化問題，將會大大提高風電場的運行效率。