基于物联网技术的风电行业移动运检模式设计

周志刚，孙 刚

（中国广核新能源控股有限公司，北京 100070）

0 引言

风力发电作为安全，清洁，高效的能源，具有明显的经济效益和环境效益。国家能源局2016 年发布《风力发展“十三五”规划》，2017 年发布《可再生能源发展“十三五”规划》，2019 年发布《关于下达2019 年全国风电开发建设方案的通知》，目标为2020 年底风电累计并网装机容量确保达到2.1 亿千瓦以上，年发电量确保达到4200 亿千瓦时，实现2020 年和2030 年非化石能源分别占一次能源消费比重15%和20%的目标。国家能源局一系列发文，持续推动能源结构转型升级，标志着我国风电行业进入大规模发展阶段。

风电行业大规模发展势必对设备运行维护提出极高要求，归纳为以下4 个方面。

（1）风电投运规模化增长，急需快速提高运维水平使之与投运规模匹配。

（2）单体风场规模小，因成本压力无法像传统电力在现场安排大量人员负责运维。

（3）风机分布分散，维修不及时极易造成安全隐患。

（4）风电信息化水平应用深度不足，无法和泛在电力物联网等行业主流技术匹配融合，影响企业在行业中建立领先地位。

按社会发展规律，当生产力与生产关系不匹配时，先进的生产力必然会带来生产关系及劳动工具变革，风电规模化发展与当前运检模式形成尖锐矛盾已成事实，所以急需实现总部集控+基地运检队伍共用的业务模式，满足运检团队异地协同工作、运检人员分散式管理的新需求，最终向风电现场无人值守、少人值守的方向发展。因此，物联网技术在风电行业移动运检模式的应用将是大势所趋，风电行业移动运检平台的建设是自然结果。

历时3 年，通过解析移动运检业务特色，建立RFID（Radio Frequency Identification，无线射频识别）设备识别手段，搭建基于专属Wi-Fi（无线上网）、Mesh（无线网格网络）等技术的场站级无线网络通道，开发基于互联网架构跨平台技术的行业移动运检平台，最终使基于物联网技术的风电行业移动运检模式真正落地，满足大量风机的分散式运维本质要求。

1 平台设计原则

具有风机数量大、分布极其分散、地处偏远的特点，奔赴单台风机路程时间长，整体行业逐步向“无人值守、少人值守”发展，为配合新业务模式形成和行业技术发展大趋势，信息化平台设计基于如下原则：

（1）在数据传输、互联网平台、硬件物联方面，应具有兼容性，作为发电企业尤其遵循泛在电力物联网框架，在RFID 技术、各类传感器、定位技术、图像获取技术、网络安全技术方面依照国标、行标开展，保证与SG-eIoT（泛在电力物联网）标准集成。

（2）建立灵活、机动、快速响应的移动检修模式，维护工程师无需在固定地点值守，可随时随地通过物联终端接受工作任务、进行工作沟通，并以路途消耗时间最佳路径赶赴维修现场，确保对风机故障快速响应。

（3）移动运检平台采用主流信息系统操作模式，通过易用化降低对运检人员IT 技能要求，通过简单培训即可上岗使用。

（4）运维平台同时实现标准工作包、故障树经验库功能，指导维护工作开展，并形成经验反馈，自然完善运检知识图谱。

（5）实现现场人员工作行为透明化管理，通过物联终端实现运检工程师的工作记录和管理，将原先由于人员分散造成的管理困难进行根本改善。

2 风电行业移动运检平台建设

移动运检平台通过先进技术和管理业务融合，实现大量风电场“两票三制”作业标准化、分散式库存管理标准化，并且总部能够通过大数据理念对不同地区运维数据进行实时跟踪与分析。

2.1 移动运检平台架构模式

移动运检平台的设计方式按照企业云的架构来建设，将整个平台建设在一个完整、安全、统一的云平台上，采用“SaaS 软件即服务”模式，对外提供统一推送服务、文档解析服务、数据优化服务、智能更新服务等等功能，实现企业集约化建设与管理（图1）。其中，SaaS 即Software as a Service（软件即服务）。

统一云平台架构建设，优势主要表现在以下3 个方面。

（1）集团通过统一架构建设，可对本企业下属所有单位移动信息化进行统一规划及管理，体现集中式管理的优势。

（2）通过统一部署的方式，在项目实施、维护更标准、快捷。超过300 家风场、超过3000 用户的无需专职移动应用维护人员，总部后台技术人员可对系统进行统一部署、升级和维护。

（3）极大节约设备成本、人力成本、时间成本。

2.2 移动运检平台安全模式

信息安全历来是发电企业信息化建设必要保障点，随着国家网络安全法、电监会1 号令的发布，信息安全提到头等重要位置。基于以上原因，移动运检平台建立全链条信息安全保障机制，包括终端安全、接入安全、传输安全、存储安全、机制安全等多个维度（图2）。

图1 移动运检平台部署逻辑架构

图2 全链条信息安全保障机制

（1）终端安全：通过对每一部移动终端进行统一的设备注册绑定机制，实现了设备在任何状态下的管理。如丢失情况下，发送指令进行远程安全擦除，第一时间确保应用信息不外泄露；加密策略确保了任何访问过、下载过的附件或文件，都是经过加密处理；功能限制策略可使公司配发的终端禁止拍照、打电话等功能，而只能用于处理工作时使用等。

（2）接入安全：采用设备号、SIM 卡号与使用人员信息的唯一对应，避免非该设备的使用人员通过非法手段进入到企业应用系统中；同时，企业为移动应用用户也同时配置了APN（Access Point Name，接入点名称）专有通道，可随时在互联网、APN 专线中切换。

（3）传输安全：采用国际公认并普遍采用的Socket 网络通道加密技术SSL（Secure Sockets Layer，安全套接层）技术，通过数字证书的安全性来保证系统的整体安全。

（4）账号安全：采用基于非对称RSA 算法的CA 认证机制保障帐号安全，属于国密办核准方式之一。对于标准传输情况，采用服务器单向授信，即终端侧仅保存CA 签发的根证书，而服务器加载CA 签发的服务器授信证书。使得终端连接时可以明确服务器的可信任性。

（5）存储安全：任何缓存在终端本地的数据通过安全策略进行加密或定时清理。存储数据采用加密方式。

通过以上方式规范了移动运检平台建设的安全标准，统一技术方案和指标，避免出现“短板”问题；任何移动终端的接入都必须完成指定的审批流程、安装指定的准入MDM（Mobile Device Management，移动设备管理）软件，实现了移动应用的信息安全高端管控。

2.3 移动运检平台开发模式

目前业界主流的移动终端多样，如iOS、Android、Windows Phone 操作系统等，品牌型号多样，包括苹果、三星、华为、小米等，分辨率更是变化多样，不可能针对所有机型进行定制性开发和部署，本项目开发通过下图跨平台开发部署技术，兼容HTML5网页、Hybrid 混合、Native 原生的多引擎运行，最终适配各种硬件终端、操作系统、分辨率。尤其在HTML5 和Hybrid 开发下，实现了跨操作系统、跨终端的业务开发，一套代码在不同的平台上解析产生完全相同的用户体验和业务效果，使开发人员不用担心移动应用技术实现的问题，只需专注于自己的业务所长。

数据交互原理方面，通过调用标准化的WebService 接口进行业务处理，移动应用中间件通过标准的HTTP 通信协议，向WebService 接口提交XML 数据（或者接收WebService 接口发送过来的XML 数据），中间件服务器分析处理和生成需要移动化部分数据，最终在智能客户端实现界面的展现（图3）。设备个别方面，通过RFID 实现移动检修平台对风机大部件定位和信息获取，通信方面，在风机侧通过Wi-Fi+Mesh 的技术，实现了风机侧无线信号覆盖。从而从设备识别、无线信号传输、软件数据交互多方面整合，实现移动运检技术平台整体架构。

在技术上统一了“起跑线”，达到企业UI（User Interface，用户界面）和用户体验的一致化，避免各分公司、各风场在移动应用建设上差异化的问题，同时也降低了运维成本。

图3 一次开发跨平台部署

3 经济和社会效益分析

移动信息化一直是新能源行业信息化发展的重要方向之一，通过该项目的研究与实践，实现基于安卓、苹果、华为、三星等主流智能终端的跨平台应用，用户范围已覆盖总部、29 家分公司、近300 多个风场，极大的提高企业信息流转和工作处理及时性。

变革发电企业集中检修传统模式，具体价值体现在以下5个方面。

（1）体现巨大经济效益。风机分散、地域广阔，检修人员无论身处何地，可随时接收“中央集控调度”发来的检修命令，直接在风机现场建工作票、审批及开工，直到完成检修任务，不再需要像传统电力 必须集中在办公区待命，极大适应了风电业务模式，同时不需要往返故障风机和风场中控室多次进行多次审批签字，缩短停机时间，增加发电量。非常适合新能源未来“大区域检修”的先进理念。

业务移动化可充分利用个人的“碎片时间”，将其转化为能够产生工作价值的有效时间，极大的提高了工作的效率和及时性，这也是社会发展大趋势，尤其在高科技行业已经非常成熟。按照电力行业平均年收入20 万元计算（数据来自赛迪分析报告），即平均每小时的工作价值约为111 元，如果每人每天累计使用0.5 h，按人工成本折算理论上额外产生的收益约2025 万元/（千人·年）。计算公式如下：

“111×0.5×1000×365=2025 万元/（千人·年）”。其中，1000 为使用人数。

（2）检修经济效益明显。“移动运检平台”作为“智能风电场”建设的重要组成部分，根据试点风场反馈使用数据统计如下：

时间变短：引用一线人员试用反馈报告“现在新设备投入后，开票时间由之前的15 min，加快到仅3～5 min 就能够完成”，在当前公司人力成本较高，现场开票工作量大的情况下，把开票占用时间缩短三分之二，带来的人力成本节约不可估量。通过移动运检平台投运，平均减少故障停机时间10 min，按标准发电能力核算，预估每万千瓦每年节约电量为107 085+181 123=288 208 kW·h=28.820 8 万千瓦时；按1000 万千瓦装机为标准核算，年可节约电量约为28.820 8×1000=2.9 亿千瓦时。

（3）实现标准化管理。因一线检修人员存在办公地点分散、移动化明显的特点，相比电脑更愿意使用简单易用的移动运检平台，而移动运检平台作为公司管理意志的载体，集成了统一的运维流程和标准，从而潜移默化地把公司所有风电场的检修业务统一，也利于公司统一检修规程的落地。

（4）实现协同工作。传统检修模式中，进行工单派工、审批、工作票结票等环节时，工作人员必须返回主控室签字，相比火电、核电返回主控仅需走路，而风电场最远风机有时开车都要2 h 的巨大差异，传统检修模式耗费了大量人力、财务，尤其因长时间停机带来的电量损失。目前通过移动运检平台，大家协同的模式变了，不再需要聚在一起面对面进行工作审批，及时修复风机，避免较大损失电量。

（5）加快信息传递速度，促进公司向实时企业转变，提高经营决策效率。

4 结论和展望

随着信息技术不断发展和成熟，风电行业因为“地处偏远、点多面广、高度依赖设备稳定性”的特色，相比于传统发电企业必将更快地发展成为高度依赖信息化的企业，从而实现“远程集中调控、大区域基地化检修、无人值守”的发展目标，而这一切都贯穿着移动的基因，移动互联检修的时代已经全面来临。未来，将在完善移动运检平台当前成果的基础上，继续研究“无人库房+RFID”“设备智能预警”“功率预测”等方向，最终实现风电智能检修全链条方案，积极推动风电行业向智能化迈进。