風(fēng)光電站數(shù)字化精益運(yùn)維管理

□ 胡潤楚 □ 高 楊 □ 孔夏陽

上海市機(jī)電設(shè)計(jì)研究院有限公司 上海 200040

1 項(xiàng)目情況

我國已制定碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo),國家整體能源結(jié)構(gòu)向以新能源電力為主的發(fā)電結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變,未來,風(fēng)電、光伏電站將是重點(diǎn)發(fā)展的目標(biāo)。2020年,我國可再生能源發(fā)電在全社會(huì)用電總量中的占比達(dá)到29.5%,其中,非水可再生能源發(fā)電占比達(dá)到11.5%。

目標(biāo)充滿了挑戰(zhàn)和難度,上海電氣積極布局,歷經(jīng)多年發(fā)展,在新能源領(lǐng)域積累了技術(shù)及裝備制造能力、綜合能源集成及工程化能力。上海電氣2020年中期業(yè)績(jī)簡(jiǎn)報(bào)顯示,上海電氣新能源業(yè)務(wù)已顯現(xiàn)規(guī)模,以新增能源裝備、工程訂單為例,新能源裝備及工程訂單占比達(dá)到80%。

目前電氣環(huán)保集團(tuán)運(yùn)維的風(fēng)光電站容量超1 GW,每一個(gè)光伏電站的裝機(jī)容量高達(dá)100 MW,有多達(dá)30多萬塊組串設(shè)備,運(yùn)維工作量極大。運(yùn)維問題迫切需要解決,如何使運(yùn)維團(tuán)隊(duì)安全高效管理電站實(shí)現(xiàn)保值,并且使光伏電站數(shù)據(jù)產(chǎn)生價(jià)值實(shí)現(xiàn)電站資產(chǎn)升值,是重要課題。

針對(duì)新疆區(qū)域下屬新能源電站設(shè)備數(shù)量眾多、場(chǎng)址分散的特點(diǎn),為實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)新能源電站的集中監(jiān)視與控制、數(shù)據(jù)綜合分析和統(tǒng)一運(yùn)維管理,新疆公司設(shè)計(jì)了一套運(yùn)用大數(shù)據(jù)、分布式計(jì)算、人工智能等工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的新能源遠(yuǎn)程集控?cái)?shù)字化解決方案,以助力風(fēng)光電站實(shí)現(xiàn)精益運(yùn)維。

2 技術(shù)架構(gòu)

系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)如圖1所示。采用集控中心和新能源子站現(xiàn)地兩級(jí)分層架構(gòu),集控中心統(tǒng)一采集、監(jiān)視、控制各個(gè)新能源子站。

圖1 系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)

集控中心實(shí)現(xiàn)風(fēng)電、光伏等新能源子站的監(jiān)控、診斷、統(tǒng)計(jì)、運(yùn)維管理等全功能,統(tǒng)籌安排下轄新能源子站的調(diào)度、遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控、設(shè)備檢修,以及統(tǒng)計(jì)、分析、匯報(bào),遠(yuǎn)期能夠根據(jù)調(diào)度端調(diào)度指令自動(dòng)或手動(dòng)遠(yuǎn)程控制所轄各電場(chǎng)。運(yùn)行人員在集控中心可以實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的遠(yuǎn)程集中監(jiān)視控制及調(diào)度。系統(tǒng)具備與電力調(diào)度接口、運(yùn)行監(jiān)視、統(tǒng)計(jì)分析、故障診斷、報(bào)表、電力生產(chǎn)管理、網(wǎng)絡(luò)發(fā)布等功能。

光伏等新能源子站是系統(tǒng)的底層,主要負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的收集與傳輸。各新能源子站的自動(dòng)化系統(tǒng)分為安全Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū),通過增加專用數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)邊界二次安全防護(hù)設(shè)備、綜合防護(hù)設(shè)備,將各業(yè)務(wù)子系統(tǒng)分區(qū)接入前置采集系統(tǒng),經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專用通道發(fā)送至集控中心,實(shí)現(xiàn)在集控中心統(tǒng)一監(jiān)視與控制。系統(tǒng)在子站端全面收集現(xiàn)場(chǎng)所有設(shè)備的主要信息,充分利用即變即送、周期發(fā)送、召喚傳送等高效數(shù)據(jù)傳輸模式,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集與傳送。

3 電站數(shù)據(jù)全量監(jiān)控

基于傳統(tǒng)光伏電站運(yùn)維模式,每個(gè)站需配備1名站長(zhǎng),3～4名監(jiān)控運(yùn)維人員。新疆公司目前管理近十個(gè)新能源電站,同時(shí)還面臨大量新建項(xiàng)目,成熟有運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)的工程師緊缺,難以保證電站的運(yùn)維質(zhì)量,迫切需要將當(dāng)前分散式、扁平化生產(chǎn)管理模式轉(zhuǎn)變?yōu)閰^(qū)域化、集約化精益生產(chǎn)管理模式,解決管理主體過多、資源配置不合理、管理效率偏低、經(jīng)濟(jì)效益增長(zhǎng)受限的問題。

集控中心接入光伏電站、匯集站等的匯流箱逆變器監(jiān)控系統(tǒng)、箱變監(jiān)控系統(tǒng)、升壓站監(jiān)控系統(tǒng)、光功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)、自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)、自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)、無功補(bǔ)償裝置、電能計(jì)量系統(tǒng)、故障錄波系統(tǒng)、調(diào)度電話、安防監(jiān)控系統(tǒng)等全量數(shù)據(jù),具備電站的集中監(jiān)視與遠(yuǎn)程控制功能,可實(shí)現(xiàn)場(chǎng)站無人值班、少人值守,大大提高人員利用效率。逆變器監(jiān)控如圖2所示,匯流箱監(jiān)控如圖3所示。

圖2 逆變器監(jiān)控

圖3 匯流箱監(jiān)控

通過集中監(jiān)控的手段,可取代每個(gè)場(chǎng)站原本安排2名監(jiān)控人員,轉(zhuǎn)變?yōu)橛杉刂行募斜O(jiān)盤,實(shí)現(xiàn)場(chǎng)站無人值班。以新疆公司為例,目前運(yùn)維的近十個(gè)新能源電站可減少10～15人的場(chǎng)站監(jiān)控人員需求,同時(shí)可以將此部分監(jiān)控工程師轉(zhuǎn)變?yōu)閰^(qū)域檢修工程師,進(jìn)行區(qū)域巡檢。區(qū)域監(jiān)控總覽如圖4所示。

圖4 區(qū)域監(jiān)控總覽

4 多維度報(bào)表

新疆公司采用的模式為代運(yùn)維模式,場(chǎng)站前期建設(shè)完成后,電站整體交易給業(yè)主,由此新疆公司面臨多個(gè)業(yè)主的管理規(guī)定,報(bào)表繁雜,填寫工作量巨大,每天生產(chǎn)運(yùn)行人員需要數(shù)個(gè)小時(shí)進(jìn)行報(bào)表填報(bào)整理工作,重復(fù)性高。

集控中心的智能報(bào)表如圖5所示,集成新能源行業(yè)業(yè)務(wù)經(jīng)驗(yàn),設(shè)置多套風(fēng)電、光伏、儲(chǔ)能等新能源行業(yè)較為通用的場(chǎng)站總覽看板模板,主要包括集團(tuán)看板、區(qū)域看板、場(chǎng)站看板。集團(tuán)看板用于協(xié)助企業(yè)高層管理人員監(jiān)督、洞察資產(chǎn)運(yùn)行情況和資產(chǎn)收益水平。區(qū)域看板用于協(xié)助區(qū)域公司了解各場(chǎng)站發(fā)電效率和資產(chǎn)運(yùn)維效率,為場(chǎng)站關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)考核提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ),關(guān)注各場(chǎng)站發(fā)電效率、損失電量、運(yùn)維成本。場(chǎng)站看板用于協(xié)助單個(gè)場(chǎng)站運(yùn)維管理人員了解場(chǎng)站發(fā)電情況、分析損失電量、改進(jìn)風(fēng)場(chǎng)維護(hù)策略、制訂運(yùn)維計(jì)劃和關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)考核制度。

圖5 集控中心智能報(bào)表

集控中心通過精準(zhǔn)的故障告警和兩票管理功能實(shí)現(xiàn)故障隱患的及時(shí)處理和閉環(huán)管理。基于多維度的數(shù)據(jù)分析和指標(biāo)分析,可以幫助運(yùn)維人員掌握電站運(yùn)行情況,及時(shí)發(fā)現(xiàn)并定位故障,保護(hù)核心資產(chǎn),減少發(fā)電量損失,并及時(shí)發(fā)現(xiàn)發(fā)電單元離散率異常情況,對(duì)設(shè)備進(jìn)行處理,確保度電必爭(zhēng),助力運(yùn)維人員縮短20%以上的故障處理時(shí)間。

5 生產(chǎn)績(jī)效精細(xì)化管理

通過對(duì)風(fēng)光電站的數(shù)據(jù)分析,建立一套行業(yè)領(lǐng)先,適應(yīng)集團(tuán)管理體系的風(fēng)光電站數(shù)字化生產(chǎn)績(jī)效評(píng)估體系,具體包括資源類指標(biāo)、電量類指標(biāo)、能耗類指標(biāo)、設(shè)備運(yùn)行水平指標(biāo)等,實(shí)現(xiàn)全方位評(píng)價(jià)。通過對(duì)電站資源指標(biāo)、電量指標(biāo)、能耗指標(biāo)、設(shè)備運(yùn)行水平指標(biāo)、機(jī)組可靠性指標(biāo)、機(jī)組經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的精細(xì)化分析,實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理,洞察電量損失因素,使故障處理高效化,縮短故障時(shí)間,降低故障率達(dá)8個(gè)百分點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)績(jī)效精細(xì)化管理,提升發(fā)電量可利用率。進(jìn)行端對(duì)端的場(chǎng)群績(jī)效管理,精準(zhǔn)提升發(fā)電量可利用率。結(jié)合預(yù)防性檢修策略,提升2個(gè)百分點(diǎn)以上的發(fā)電量可利用率。

6 智慧運(yùn)營中心

智慧運(yùn)營中心采用電站級(jí)、區(qū)域級(jí)架構(gòu),構(gòu)建無人值守、少人值班智能運(yùn)維模式,集中管控電站,運(yùn)檢分離,實(shí)現(xiàn)光伏電站少人和無人值守。最大化復(fù)用運(yùn)維專家資源,實(shí)現(xiàn)人員的最優(yōu)化配置,可遠(yuǎn)程指導(dǎo)運(yùn)維,現(xiàn)場(chǎng)解決問題,助力運(yùn)維效率提升50%以上。

集控中心主頁如圖6所示。作為整個(gè)新疆區(qū)域的運(yùn)營集控中心,能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)風(fēng)電、光伏等新能源電站進(jìn)行遠(yuǎn)程集中監(jiān)視、控制、診斷,實(shí)現(xiàn)集中運(yùn)營管理,以適應(yīng)各新能源電站減員增效的發(fā)展需要,從而全方位保障新能源電站在發(fā)電周期中的安全運(yùn)行、穩(wěn)定產(chǎn)出、資產(chǎn)保值,提高新能源業(yè)務(wù)管理成效,提升新能源業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)分析能力,滿足電網(wǎng)安全防護(hù)等要求。

圖6 集控中心主頁

7 結(jié)束語

隨著人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等新信息與通信技術(shù)數(shù)字化發(fā)展,智能化運(yùn)維已經(jīng)成為提升發(fā)電量,降低平準(zhǔn)化能源成本的重要手段,也是推動(dòng)電站資產(chǎn)保值增值的必然選擇。監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)同時(shí)運(yùn)維管理多個(gè)電站,并且對(duì)各個(gè)電站數(shù)據(jù)進(jìn)行橫向?qū)Ρ?。同時(shí)通過大數(shù)據(jù)分析提前對(duì)故障進(jìn)行預(yù)警,提前對(duì)設(shè)備進(jìn)行保養(yǎng)維修,提高電站運(yùn)行檢修效率,降低電站設(shè)備故障率,保障新能源產(chǎn)業(yè)的持續(xù)性發(fā)展。