風光電站數字化精益運維管理

□ 胡潤楚 □ 高 楊 □ 孔夏陽

上海市機電設計研究院有限公司 上海 200040

1 項目情況

我國已制定碳達峰、碳中和目標,國家整體能源結構向以新能源電力為主的發電結構轉變,未來,風電、光伏電站將是重點發展的目標。2020年,我國可再生能源發電在全社會用電總量中的占比達到29.5%,其中,非水可再生能源發電占比達到11.5%。

目標充滿了挑戰和難度,上海電氣積極布局,歷經多年發展,在新能源領域積累了技術及裝備制造能力、綜合能源集成及工程化能力。上海電氣2020年中期業績簡報顯示,上海電氣新能源業務已顯現規模,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到80%。

目前電氣環保集團運維的風光電站容量超1 GW,每一個光伏電站的裝機容量高達100 MW,有多達30多萬塊組串設備,運維工作量極大。運維問題迫切需要解決,如何使運維團隊安全高效管理電站實現保值,并且使光伏電站數據產生價值實現電站資產升值,是重要課題。

針對新疆區域下屬新能源電站設備數量眾多、場址分散的特點,為實現區域內新能源電站的集中監視與控制、數據綜合分析和統一運維管理,新疆公司設計了一套運用大數據、分布式計算、人工智能等工業互聯網技術的新能源遠程集控數字化解決方案,以助力風光電站實現精益運維。

2 技術架構

系統技術架構如圖1所示。采用集控中心和新能源子站現地兩級分層架構,集控中心統一采集、監視、控制各個新能源子站。

圖1 系統技術架構

集控中心實現風電、光伏等新能源子站的監控、診斷、統計、運維管理等全功能,統籌安排下轄新能源子站的調度、遠程實時監控、設備檢修,以及統計、分析、匯報,遠期能夠根據調度端調度指令自動或手動遠程控制所轄各電場。運行人員在集控中心可以實現對設備的遠程集中監視控制及調度。系統具備與電力調度接口、運行監視、統計分析、故障診斷、報表、電力生產管理、網絡發布等功能。

光伏等新能源子站是系統的底層,主要負責現場數據的收集與傳輸。各新能源子站的自動化系統分為安全Ⅰ區、Ⅱ區、Ⅲ區,通過增加專用數據采集網關機、網絡通信設備、網絡邊界二次安全防護設備、綜合防護設備,將各業務子系統分區接入前置采集系統,經網絡專用通道發送至集控中心,實現在集控中心統一監視與控制。系統在子站端全面收集現場所有設備的主要信息,充分利用即變即送、周期發送、召喚傳送等高效數據傳輸模式,實現數據的采集與傳送。

3 電站數據全量監控

基于傳統光伏電站運維模式,每個站需配備1名站長,3～4名監控運維人員。新疆公司目前管理近十個新能源電站,同時還面臨大量新建項目,成熟有運維經驗的工程師緊缺,難以保證電站的運維質量,迫切需要將當前分散式、扁平化生產管理模式轉變為區域化、集約化精益生產管理模式,解決管理主體過多、資源配置不合理、管理效率偏低、經濟效益增長受限的問題。

集控中心接入光伏電站、匯集站等的匯流箱逆變器監控系統、箱變監控系統、升壓站監控系統、光功率預測系統、自動發電控制系統、自動電壓控制系統、無功補償裝置、電能計量系統、故障錄波系統、調度電話、安防監控系統等全量數據,具備電站的集中監視與遠程控制功能,可實現場站無人值班、少人值守,大大提高人員利用效率。逆變器監控如圖2所示,匯流箱監控如圖3所示。

圖2 逆變器監控

圖3 匯流箱監控

通過集中監控的手段,可取代每個場站原本安排2名監控人員,轉變為由集控中心集中監盤,實現場站無人值班。以新疆公司為例,目前運維的近十個新能源電站可減少10～15人的場站監控人員需求,同時可以將此部分監控工程師轉變為區域檢修工程師,進行區域巡檢。區域監控總覽如圖4所示。

圖4 區域監控總覽

4 多維度報表

新疆公司采用的模式為代運維模式,場站前期建設完成后,電站整體交易給業主,由此新疆公司面臨多個業主的管理規定,報表繁雜,填寫工作量巨大,每天生產運行人員需要數個小時進行報表填報整理工作,重復性高。

集控中心的智能報表如圖5所示,集成新能源行業業務經驗,設置多套風電、光伏、儲能等新能源行業較為通用的場站總覽看板模板,主要包括集團看板、區域看板、場站看板。集團看板用于協助企業高層管理人員監督、洞察資產運行情況和資產收益水平。區域看板用于協助區域公司了解各場站發電效率和資產運維效率,為場站關鍵績效指標考核提供數據基礎,關注各場站發電效率、損失電量、運維成本。場站看板用于協助單個場站運維管理人員了解場站發電情況、分析損失電量、改進風場維護策略、制訂運維計劃和關鍵績效指標考核制度。

圖5 集控中心智能報表

集控中心通過精準的故障告警和兩票管理功能實現故障隱患的及時處理和閉環管理。基于多維度的數據分析和指標分析,可以幫助運維人員掌握電站運行情況,及時發現并定位故障,保護核心資產,減少發電量損失,并及時發現發電單元離散率異常情況,對設備進行處理,確保度電必爭,助力運維人員縮短20%以上的故障處理時間。

5 生產績效精細化管理

通過對風光電站的數據分析,建立一套行業領先,適應集團管理體系的風光電站數字化生產績效評估體系,具體包括資源類指標、電量類指標、能耗類指標、設備運行水平指標等,實現全方位評價。通過對電站資源指標、電量指標、能耗指標、設備運行水平指標、機組可靠性指標、機組經濟性指標的精細化分析,實現精細化管理,洞察電量損失因素,使故障處理高效化,縮短故障時間,降低故障率達8個百分點。實現生產績效精細化管理,提升發電量可利用率。進行端對端的場群績效管理,精準提升發電量可利用率。結合預防性檢修策略,提升2個百分點以上的發電量可利用率。

6 智慧運營中心

智慧運營中心采用電站級、區域級架構,構建無人值守、少人值班智能運維模式,集中管控電站,運檢分離,實現光伏電站少人和無人值守。最大化復用運維專家資源,實現人員的最優化配置,可遠程指導運維,現場解決問題,助力運維效率提升50%以上。

集控中心主頁如圖6所示。作為整個新疆區域的運營集控中心,能夠實現對風電、光伏等新能源電站進行遠程集中監視、控制、診斷,實現集中運營管理,以適應各新能源電站減員增效的發展需要,從而全方位保障新能源電站在發電周期中的安全運行、穩定產出、資產保值,提高新能源業務管理成效,提升新能源業務數據分析能力,滿足電網安全防護等要求。

圖6 集控中心主頁

7 結束語

隨著人工智能、大數據、云計算、物聯網等新信息與通信技術數字化發展,智能化運維已經成為提升發電量,降低平準化能源成本的重要手段,也是推動電站資產保值增值的必然選擇。監控系統已經實現同時運維管理多個電站,并且對各個電站數據進行橫向對比。同時通過大數據分析提前對故障進行預警,提前對設備進行保養維修,提高電站運行檢修效率,降低電站設備故障率,保障新能源產業的持續性發展。