风电场智慧运维管理浅谈

张艳锋，田震，杨海涛，陈海滨，王明明

（华润电力北方大区新能源运维公司，山西 太原 030000）

“物移云大智”时代让互联网与产业深度融合，智慧风电场也是如此，智慧风电场是融入电力信息化发展步伐，利用现代化的新技术，将人的智慧传递到传统的发电设施上，采用智能设计、集中监控、集中运维，提高设备运行效率，构建以数字化交互为基础的智慧风电场。智慧风电场将真正实现风电场的智能控制及智慧发电，以实现发电收益最大化为目标，运维过程中通过有效数据采集，科学的模型建立、算法优化，不断的提高风机设备整体可利用率和风电场发电效益。

智慧风电场运行系统主要包括智慧风机、智慧变电站及相关系统组成的智慧风电系统、区域集控系统、集团大数据分析系统。

1 智能风机技术介绍

1.1 自适应控制策略

风电机组通过大量传感器及算法具备自适应控制策略，对机组关键部件监测更为充分。可以通过控制系统优化风电机组在运行过程中的出力情况，包括以下内容：

（1）偏航自适应。风电机组能够通过自身控制算法，精确控制偏航对风，减少风能损失，预知感风，同时能够满足机组自身载荷要求。

（2）变桨自适应。风电机组能够通过控制算法，实现桨距角的自动寻优。

（3）运行环境自适应。根据外部运行环境（风况、气候、机组运行状态等）的变化，通过控制算法，实现功率输出的自动寻优。

（4）设备健康度自检测。将传统的基于传感器的诊断，转变为基于智能系统的预测。在进行数据采集之后，对风机的硬件、软件和功能模块算法等方面进行诊断。

1.2 开放的通讯协议

风电机组数据采集的开放性、并有开放的通讯协议，使中央监控系统可以直接与风电机组通讯，实现单台风机和整个风电场在正常或紧急情况下终止运行、单台风机和整个风电场恢复运行、控制参数的修改、风机所有运行参数的采集。

1.3 其他智能系统

（1）智慧预警系统。智慧风机构建故障预警系统，采用机器学习、智能算法处理和分析分钟级、秒级风机事件和传感数据，并将预警数据发送给现场人员，通过提前更换将要损坏的部件，避免小故障演变为更严重故障的发生。

（2）故障诊断专家系统。通过掌握设备过去和现在的运行状态，在动态工况下，利用设备运行中产生的信息，自搜索历史匹配故障信息，通过专家自积累、自分析，给出故障诊断信息，并指导给出处理方法与步骤。

（3）智能场群控制。通过先进的场群控制可以使风电场整体实现最优发电，场级机组故障容错。根据现场条件及运行数据分析建立单台风机的控制寻优策略，根据不同风机的产出与载荷情况，建立风电场级寻优策略、限电分解、场级尾流寻优控制、预测性寻优控制。

1.4 完善的故障穿越系统

风电机组完善的故障穿越系统，包括低电压穿越、高电压穿越、有功调频及无功调压等功能。

2 打造智慧变电站

2.1 总体设计

智能变电站自动化系统是运行、保护和监视变电站一次设备的系统，完成变电站的设备及其馈线监视、控制、保护等功能。智能变电站自动化系统采用开放式分层分布结构，由“三层两网”构成，其中“三层”指站控层、间隔层、过程层；“两网”指站控层/间隔层网络、过程层网络。

图1 智能变电站系统架构示意图

2.2 系统架构

智能变电站采用合并单元和智能终端进行就地数据采集与控制，采用光缆代替大量的电缆，取消了传统电流互感器/电压互感器的大功率输入回路，避免电缆带来的电磁兼容、传输过电压和两点接地等问题。从根本上解决抗干扰问题，提高传输可靠性，如图1 所示。

2.3 智慧变电站的意义

（1）智慧变电站。智能变电站对电网运行信息和设备状态信息进行分层分类，利用智能告警和远程浏览技术，实现对信息的按需访问，减轻了信息处理的压力，提高了信息的使用效率，实现了在数据模型和图形的人工维护，确保了同一处在模型出现的同步性、一致性，达到了在一处维护，主站可以直接应用的目标。

（2）统一的功能和接口规范、通信标准。智能变电站信息的采集和表达遵循IEC61850 标准，实现了信息的标准化规范化。智能变电站采用在一处采集，全站共享的信息共享机制，为各种应用提供模型，以及统一的通信标准，形成纵向贯通，横向互通的变电站。全景数据平台为各种应用提供统一的接口，实现信息交互和信息共享，体现了信息的完备性特征，实现了信息的标准化，信息的唯一性。

图2 集控中心网络拓扑图

3 建立区域集中监控中心

3.1 网络层建设

风电场远程集控中心计算机监控系统采用开放分层分布式系统结构，可分为生产信息查询层、控制层、非控制层和接入层，相应的集控中心监控系统也由四个局域网组成，分别是：生产控制网（安全I 区）、生产非控制网（安全II 区）、管理信息大区（安全III 区）和接入网（安全IV 区）。集控中心可以实时采集四个不同安全分区的数据，通过统一的网络通信程序和运行控制模式，实现集控中心主控级对各个风电场的实时监控功能，网络拓扑图如图2 所示。

集控中心系统通过专线网络与下辖的风电场相连，与各个风电场内的通信子站进行通讯，实现对所接场站可靠、合理、完善的监视、测量和控制。实时采集各子站模拟量、状态量、电能量、继电保护、自动装置信息以及风机监控、能量管理平台等的相关数据。

风电场各子站配置风电场智能通信网关机，实现采集风电场内升压站、电能计量、风机、功率预测、AGC/AVC 等子系统的数据，将数据进行处理后传输至集控中心。风电场专用通信网关装置可用于直接接入风场已有的远动系统、风机监控系统及其它子系统，对下支持接入风场常用通讯规约，对上支持转发至上级集控中心。

3.2 远控智能巡检系统

远程可视巡检系统即可以实时、远程规范施工作业人员的工作，通过GPS 定位路线，可以规划巡检路径，扩充机器人巡检、无人机巡航等工作。

4 集团层面大数据分析

对风电场安全I/II 区的数据进行直采，如图3 所示，为后续进行数据分析提供了基础，整个平台涉及到的多个不同系统的数据流的打通，实现多系统数据之间的相互调用，实时分析，实现数字化平台对风电场的信息管理和决策支持、专家诊断和智能运维等功能，为智能风机和智能发配电设备提供人的智慧，为实现智慧运维奠定基础。

5 结语

智慧风电场传感器数量多、功能强，需要处理数据量大，将海量数据传送到云端，利用大数据进行海量数据分析计算，并定期推送数据分析报告，完成设备在线数据分析预警、形成风机大数据分析中心，实现对设备的状态检修和寿命管理。整合区域内部调度业务，采用电网调度专线，将以调度管辖区域风电场调度业务统一管理，形成区域调度业务处理中心，高效完成调度实时管理业务。以地理交通条件为管理维护单元，将地理区域较近的风电场现场检修力量进行整合，完成现场的设备维护工作，建设专业化的设备维护队伍。最终形成“集团层面负责数据分析、设备预警、战略管控；调度区域层面集中监控、集中管理、生产策划；地理区域层面设备检修、集中维护、集中实施；生产现场少人值守”的生产局面。

图3 风机远程实时监控系统及无线传输系统

在风电业务的快速发展扩张形势下，探索和构建新型运维体系是公司风电运营业务由快速扩张的外延式发展到提高管理能力的内涵式增长转型的必经之路，也是推动风电发展的管理创新。它用集中监控、少人值守，阐述着集约、简成；它用区域检修、快速响应，诠释着技优、高效；它用统一管理、资源优化，书写着平衡、共赢。