数字化风电场建设的探索与实践

王其乐 王寅生 尹诗

摘  要：随着风电场装机规模的不断扩大，对风电场进行数字化的管理显得越来越重要，数字化风电场建设是最大限度地利用风电场资源，引入先进的人工智能、物联网等技术，提升设备可靠性，逐步实现风电场安全运行、精准维护、最佳效能的目标。风电场的数字化建设概括起来为：运行、检修、设备、备件、安全五个方面的数字化建设。风电场“五化”建设将显著提升风电场的管理水平，打造风电场“智慧运营”的新模式。

关键词：风电;数字化风电场;智能化;数字化;智慧运营

中图分类号：TK83;TM614      文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2020）07-0120-04

Exploration and Practice of the Construction of Digitization Wind Farm

WANG Qile，WANG Yinsheng，YIN Shi

（Zhong Neng Power-Tech Development Co.，Ltd.，Beijing  100034，China）

Abstract：With the expansion of the scale of wind farm installed，is playing a more and more important for the management of the digital of the wind farm，the digital construction of wind farms is to maximize the use of wind energy resources，the introduction of advanced artificial intelligence，internet of things，such as technology，improve equipment reliability，and gradually achieve the safe operation of the wind farm，accurate maintenance，the best efficiency of the target. The digital construction of wind power plant can be summarized as the digital construction of operation，maintenance，equipment，spare parts and safety. The construction of “five modernizations” of wind farms will significantly improve the management level of wind farms and create a new model of “smart operation” of wind farms.

Keywords：wind power;digitization wind farm;intellectualization;digitalization;intelligent operation

0  引  言

風电场分布广泛，大部分处于偏远地区，日常维护困难，亟需采用信息化的手段提高运行和检修的效率，数字化风电场建设就是把信息化的技术引入到风电场的日常工作场景中，提高机组的发电水平，降低故障率，同时提高风电场员工的运行检修效率，中能电力科技开发有限公司是全球最大的风电集团龙源电力的全资科技公司，是风电数字化、智能化相关行业标准的主要起草单位，长期从事风电信息化、智能化的研究工作。

1  数字化风电场建设的框架

为了实现风电场“五个数字化”的建设目标[1-3]，需建立风电场管理的标准化的流程，统一物资编码、设备编码、备件编码，建设覆盖风电场的风机和升压站区域的无线和视频信号，在此基础上建设各类信息化的系统，从而实现覆盖风电场生产管理各方面的软件系统[4]，智能风电场建设总体框架如图1所示。

2  数字化风电场基础建设

2.1  无线网络覆盖

风电场多处在山区、草原、戈壁等边远地区，手机通讯信号无法覆盖或信号强度不够，数字化风电场建设中的各应用系统模块、移动终端、智能设备均离不开稳定、高效、便捷的网络基础。数字化风电场无线网络覆盖方案采用光纤环网+大功率Wi-Fi的技术实现风电场风机和电气设备的网络全覆盖[5]，为数字化风电场建设打下稳固的网络基础，风电场无线网络结构如图2所示。

2.2  视频监控

风电场视频监控主要包括风电机组视频监控及升压站内视频监控，视频需监控风电场所有设备及重要生产场所[6]。

2.2.1  风电机组视频监控

风电机组视频监控系统包括机组机舱和机组塔外视频监控系统，主要实现图像的采集、传输、分析、告警及监控功能。

机组机舱视频监控系统，充分整合视频监控存储技术、图像分析技术、智能分析机组内设备所处环境的变化，在风机内人员和设备（比如设备起火等）出现异常状况时自动告警。

机组塔外视频监控系统可随时观测相邻机组的运行状态、塔外道路、塔筒基础和箱变等塔外设施与环境，使运行人员在远程即可直观了解现场情况。

2.2.2  风电场站内视频监控

风电场站内视频监控系统将风电场大门区域、升压站、开关室、中控室、继保室等区域采用摄像机拍摄的视频图像远距离传输到中控室，使主站的运行管理人员对场站电气设备的运行环境进行监控，保障场站的设备安全运行和人员安全生产。

3  风电场数字化系统建设

3.1  运行管理一体化

运行管理智能化通过建立风电场数据的统一管理、分析的系统，为运行人员提供更为方便的管理手段。通过风电场智能监控、机组效能分析等模块，借助移动终端等设备，全面实现运行管理的移动化和智能化，减轻运行人员工作强度，提高工作效率。

风电场监控系统实现风电场对风电机组、升压站设备、测风塔、有功控制等设备进行统一数据采集，统一监控画面展示，设备控制，报警提示，数据统计与分析，如图3所示。风电场移动两票管理系统，使现有的两票纸质化操作实现电子化，基于移动互联技术，脱离时间、空间的限制，同时结合远程视频系统，使持有移動终端的人员在任何位置、任何时间点都可开展两票工作。还可将现场安全措施通过照片、视频、录音等形式进行保存，及时更新现场安全工作现状[7]。

通过风机性能分析系统，帮助运行人员定位性能、可靠性较差的风电机组，快速发现共性的故障。通过根源分析快速查看各机组损失电量分解，对比机组之间的性能损失、故障损失，通过可视化手段和数据联动，帮助运行人员快速定位机组问题原因，找出规律，定位集中性和频发性故障。

3.2  检修管理智能化

检修管理智能化通过机组运行、风电场运维等数据，建立专家知识库系统，辅以手持终端、红外传感、智能无人机等，实现了新能源领域智能运维新模式。包括：计划检修管理、智能巡检系统、设备更换闭环管理、消缺管理、技改管理、专家诊断系统、远程视频会诊等。

基于移动终端设备，开发移动定检、巡检、消缺管理功能模块，可定时提醒定检、巡检工作，并在定巡检过程中对重点设备、部件进行拍照记录归档，整理电子化风电场设备检修维护使用手册及指导意见书等资料，辅助检修人员完成检修工作，检修管理系统如图4所示。

通过关联维修预案库，开发智能风机故障诊断系统[8]。系统通过整理现场实际故障诊断和处理方法，根据各类机组实际故障检修时的逻辑判断过程编写维修预案，同时提交给预案系统，共享各个风电场同型号设备检修、维护相关的资料和经验，提高现场设备维护水平。

通过使用无人机执行风机叶片巡检任务，对典型风机叶片进行高清拍照、高清视频拍摄和红外可见光拍摄，对巡检数据进行归类存档、影像分析，确定叶片是否存在损伤和缺陷，并最终出具检测报告，无人机叶片巡检如图5所示。利用智能眼镜实现远程视频会诊功能，可用于设备维修、设备安装、设备调试时，实现远程专家会诊、视频、语音对讲、实时指挥等。

3.3  安全管理智能化

安全管理智能化在实现风电场全场Wi-Fi、视频监控全覆盖基础之上，借助移动终端，智能安防等设备，建立安全学习、预防、实时监控、应急处理等机制，让人员能够看到风险点、熟知风险点、理解风险点，真正实现对人员全方位、全角度、全过程的安全管控。包括：作业人员安全检查、车辆人员定位、应急预案管理、智能风险预控、安全工器具管理等。

利用视频监控系统检查人员作业过程的安全措施是否符合规范要求，实现检修人员作业前、中、后全过程监督;通过车辆安装或人员携带GPS设备，在车辆使用和人员工作期间进行实时跟踪定位，保障作业人员安全。

3.4  设备管理信息化

设备管理信息化建设以设备台账为核心，参照标准编码为基础，实现设备编码、设备异动、故障记录、检修工单、维护与巡检工作的联动。

设备管理根据设备的台账信息、使用位置、电气系统位置等实际情况，建立完备的设备管理体系及结构，通过设备台账可查看所有设备的检修计划、检修历史、缺陷信息、更换维护记录、备件信息等数据，系统如图6所示。

设备管理对设备进行动态管制，使台账数据随着风电场检修、消缺、技改、移动、更换等业务进行数据的实时更新。

3.5  备件管理数字化

通过二维码、移动终端、扫码器等技术，通过备件入库、存储、出库及报废等各个阶段的管理，通过数据共享，实现联合备件和动态调拨，优化风电场资源配置。系统实现备件扫码出入库、盘库等操作，规范了现场备件管理工作，通过移动终端对设备扫码进行出入库操作、对设备相关信息进行查询等业务，提高了备件库存管理的准确率和效率，备件管理系统如图7所示。

4  结  论

数字化风电场建设是最大限度的利用现有资源，并引进各种数字化、智能化的设备和系统，旨在实现风机更优的控制与运行性能、更高的能量利用效率、更精准的状态监测、更高的设备可靠性、更少的人力需求和更大的发电效益，最终实现以人为本的专业管理、集约管理和业务协同的风电场智能管控，形成适合自身发展需求的、具备新能源行业特色的智能管理模式。

参考文献：

[1] 吴智泉.推进智慧风电建设，提高风电核心竞争力 [J].中国经济周刊，2019（10）：108-109.

[2] 吴智泉，王政霞.智慧风电体系架构研究 [J].分布式能源，2019，4（2）：8-15.

[3] 梁超，冯健，牛海明，等.新能源场站智慧监控平台建设的探讨 [J].风能，2018（12）：50-53.

[4] 吉洁.浅谈智能风电场管理系统的建设分析与应用 [J].风能产业，2018（5）：112-114.

[5] 张艳锋，田震，杨海涛，等.风电场智慧运维管理浅谈 [J].中国设备工程，2019（15）：35-37.

[6] 李思秀.开启风电产业智能化服务新时代 [J].上海信息化，2019（7）：62-64.

[7] 张志宏，施永吉，黄建平，等.深远海域风电场智慧运维管理系统的探索与研究 [J].太阳能，2018（6）：49-53+25.

[8] 刘文斌.风电场群集中监控系统整体解决方案研究 [J].风能，2016（12）：68-71.

作者简介：王其乐（1982—），男，汉族，河北石家庄人，工程师，硕士研究生，研究方向：风电信息化建设、风电大数据系统架构及运维。