新能源电站智能运维技术研究

上海勘测设计研究院有限公司 刘 波

随着经济的高速发展，电力能源需求不断增加，传统的火力发电因环境污染较为严重，在电力行业中占比逐渐减少，风力发电、光伏发电等新能源发电模式得到了较快发展，新能源从补充能源向主流能源快速转型，在建和已运行的风电场、光伏电站遍布世界各地，已逐步形成了一定规模、体系相对完整的新能源发电产业。

新能源发电项目选址偏远、地理位置分散、不便于运行维护，而且随着行业的发展，陆上好的集中式电站资源已基本被利用殆尽，行业已开始向海上风电、分散式、储能等方向发展，运维人才需求在不断增长，企业成本也在不断增加，然而电价却比原来有明显下降。人才的短缺和电价的下跌给各运营单位带来很大的压力，同时有些电站已运行多年，设备老旧、故障率偏高导致运维成本也在逐渐增长。为节约企业成本，提高运维效率和设备利用率，传统的运行管理模式已无法满足运营单位的需求，新的运维模式势在必行。智能运维技术集合现代科技、网络信息技术于一体，近年来在新能源发电领域得以广泛应用并不断升级完善。

1 电站的集中控制

1.1 集中控制的必要性

新能源电站一般建立在位置偏远的山区、戈壁、海上等人烟稀少地方，地理位置分散、分布区域广，现场运行条件复杂，周围环境相对恶劣。现有运维模式较多的是驻厂维护，运维人员的生活环境比较艰苦且人才需要较多。随着项目的不断增加人员需求也成比例上涨，人才短缺、经济成本增大等问题日益凸显，且由于运行条件复杂，运行检修人员不能及时到达现场，尤其是海上风电，经常因海况问题人员不能及时到达现场，导致设备无法及时检修和维护，影响设备控制，控制不当随时可能造成系统瘫痪、部件损坏等安全隐患问题。实现新能源发电安全、稳定、经济运行是新能源行业亟需解决的问题，对新能源发电企业来说，建立统一的智能集中监控系统是实现安全运行、便于管理、降低成本的最佳解决方案。集控中心建设利用先进的计算机网络技术、通信技术来实现各风电场及光伏发电站的集中控制和优化、提供完整的系统运行信息、控制手段和分析决策，以保证设备安全稳定运行、减少人员投入、提高设备可利用率，实现了对多个设备运行状态的实时监控，具备了与风电场主控室监控系统相同的功能[1]。

1.2 硬件配套

集中控制中心设备首先得满足现代化的管理要求：满足电网的生产管理要求。可使运行人员对设备的运行状态进行分析和控制，及时掌握设备运行参数和异常情况，从而制定合理的检修计划和运行方式，以保证电网的质量和安全性，同时可提高设备的可利用率；满足新能源发电技术进步的要求。积累其运行的水平、发电的状态对设备影响及各项原始的数据，及时制定技改或升级计划，为设备的长期稳定运行提供技术支撑；满足新能源发电技术的安全生产管理要求。如发生安全生产问题，须确定引起事故发生的原因及其地点，从而及时快速的启动预案切除故障点，以减少事故的损失；满足对于负荷预测的要求。合理的安排发电厂发电计划，降低电能生产费用，以此来实现电网的经济调度。利用系统的电压控制功能和综合功能来改善整个系统的无功分布，从而提高电压的质量；满足对于场站监控的要求。根据场站设计合理安装布局监控设备，保证随时可以监视场站设备和设备周边环境安全，及时掌握环境状态，制定相应措施，保护相关设备和人员的安全。

新能源场站在建设时需将每个设备都接入监控系统，如风电场每台风机的齿轮箱、发电机等主要部件，光伏电站的每个汇流箱、组串等，这样方便集控中心对每个设备的运行状态进行随时监控，并根据设备的运行情况进行统计分析，及时发现设备存在的潜在隐患、及时处理，避免给设备造成不必要的安全隐患。新能源电站与集控中心之间通过光纤进行通讯，这样可提高传输速率，保证监控的及时性和稳定性，同时集控中心通过视频监控系统实时对升压站、电站发电设备，厂区环境进行监督、监视，为运行检修人员提供可靠的环境信息，保证人员安全。

对于海上风力发电厂，因运行环境更加恶劣，且检修人员需根据海况和天气情况才能安排检修工作，故集控中心建立海况预测和分析系统，及时掌握海况信息，合理布局设备检修和维护人员，保证设备的可利用率和检修工作效率以及检修人员的人身安全，同时需与海上升压站间建设备用卫星通讯设施，防止光纤通讯设备异常时，及时掌握现场情况，对站内设备进行必要的控制，如人员发生异常情况时也可及时向集控中心汇报，及时安排相关救援工作，具体通讯方式为：升压站通过光纤通讯、视频监控分别与新能源电站发电设备和集控中心进行双向联系，并通过卫星通讯与集控中心双向联系。

1.3 智能化的应用

集控中心除具备电力SCADA的数据采集、补采、数据查询统计、事件告警、控制调节等功能外，针对发电设备众多、电站分布广、管理分散的特点，应建立设备集控模型、分布式实时库、图模一体化、统一编码等技术，从根本上解决电站远程集控中遇到的各种问题，既保证监控的实时性，又实现了远程集中管理，实现电站无人值守、少人值班目标。

建立发电领域三级（总部、区域、电站）生产运维管理系统。以“互联网+”理念深挖电站生产管理流程，通过智能化信息采集、大数据分析处理、云平台技术，为发电企业量身打造最适合的运营分析、投资决策、生产管理平台。系统可涵盖数据采集、实时监测、运行管理、运营管理、区域运维、故障诊断、预警告警、数据分析、对标分析、量化考核、设备管理、物资管理、运行评价等全方位的功能，同时系统还可提供引入移动运维移动管理的理念，通过便捷的移动APP，实现真正的随时随地、全天候移动运维管理。

建立无人机智能巡检诊断系统，基于可搭载热红外成像相机和可见光成像相机的无人机，采集发电设备运行数据信息，针对电站幅员辽阔、地形起伏等特点，利用图像处理技术和故障检测技术及最新的图像处理算法，结合摄影测量技术实现自动探测灰尘、污垢、裂痕、遮挡、发热等异常情况，通报异常详情及精确位置信息，使电站高效的、智能化的完成巡检工作。

安全生产智能巡检管理系统，为现场运维人员提供智能检测、故障诊断、巡检防误、操作指导、应急指挥、巡检记录、路径导航、虚拟监护和安全预警等功能，提高对新能源电站的感知能力、分析能力、行动能力、处理能力和安全防护能力，打造出新能源发电行业的“特种兵”；为中控室和集控中心的管理人员提供远程监督、巡检管理、专家指导等功能，实现现场与远程实时互动、高度集成的一体化运维巡检，提高新能源电站运行管理水平。

2 电站的集中管理

2.1 物资的集中管理

随着技术的不断更新，企业的不断发展，场站设备也呈现出厂家和型号的多样化，设备运维检修的备品备件成本也出现显著提升，如采取现有的场站管理模式，需配备相应的备品备件储存设施，配套相应的物资采购和管理人员，成本较高。采取设备集中管理可以解决该问题：首先，通过培训、考核选择专业的管理团队，采购集中物资管理设施并完善相关制度；其次，采用统一的命名规则，对场站所有设备按电站类型、设备类型、物资名称等进行统一编号，做到位置定点定位管理，便于采购和信息追踪。物资编码型式具体为：电站类型-设备类型-物资名称-物资编号-存放位置。其中电站类型即表明是风电场、光伏电站或其他发电站；设备类型即表明是一次设备、二次设备、发电设备还是其他设备等；物资名称即说明备件的具体名称是啥，如继电器、传感器等；物资编号即根据物资的类型、名称等按设计顺序进行的编号，便于统计和查找；存放位置是物资采购入库后，物资管理员根据分类对物资存放地点进行标注的一种方式，便于物资的查找和统计。

按以上型式管理，同一类型备品备件可供多个场站使用，废弃更换的备件也可采取集中处理，节约危废处置成本，同时也节约了人员和设备设施维护方面相关的成本支出，利用智能二维码技术通过集中管理、集中调配物资，不仅可以提高管理效率，同时也有利于公司根据备品备件的消耗情况对场站设备进行评级和分析，制定具体整改计划和维护保养方案，提高设备利用率，提升场站发电量和经济效益。

2.2 人才的集中管理

提升电站设备的运行水平，不仅仅依靠年检的预防性试验、设备的消缺、清扫等来减少设备发生短路、接地、异常等故障的概率，同时也离不开现场值守人员的认真监控及数据的判断分析。具体如下：定期现场了解设备的运行工况，对监控系统与现场实际机械、电气仪表指示、数据显示等进行分析、比较，提出疑问，对集控后台数据显示的准确性做到心中有数，为故障分析提供依据；故障录波及保护装置是电气设备发生异常、短路、接地等故障判断的直接依据。因此运行值班人员应懂得各保护含义、类型、保护范围等以及能否正确、熟练的查看保护动作数据，并结合故障录波的波形、幅值等进行故障的综合分析；运行值班人员应不定期翻阅后台各报警项、光字牌、曲线等，查阅设备的运行数据，对各报警项、数据范围做到心中有数，明确出现该报警项的原因、位置，同时值班人员应懂得如何将电气后台的数据、报警与保护装置报警、故障录波曲线相结合进行综合分析，做出准确判断[2]。

作为集控中心的运行人员，必须具备扎实的专业技能和强大的分析判断能力，故需通过技能培训、考核等方式，选择熟悉场站设备、运行管理、检修技能等全方面的专业人员负责集控中心的运行工作，通过集控中心监控所有场站的设备运行情况，开展日常报表、结算、综合管理等工作，这样可为各场站省去相关人员的储备，减少人员需求，从而节约运维成本，提高工作效率。集控中心所有人员应定岗定责，完善组织机构和管理制度，建立专业化运行队伍，提高日常工作效率。

新能源电站设备的检修管理，需有专业的人才来完成，因电站中的发电设备、变电设备运行时都存在很大电流和电压，操作不当不光会导致设备损坏，严重时可能导致电网冲击以及人员伤亡，故可靠的人才队伍是检修、维护工作开展的必须。人才集中管理有利于人才的培养和教育：首先，根据公司项目设备厂家、型号进行归类，将检修人才按照设备厂家和类型进行分类，定期开展相关的培训、实践活动，长期检修相关厂家、型号的设备，可在工作中学习成长、总结经验，提高检修质量和效率；同时公司定期对发现的问题进行归类分析、相互学习，从中总结经验，举一反三、共同进步，如此长期开展，将会不断培养出一批批专业人才，提高设备的可利用率。

综上，本文针对风电场、光伏电站等新能源发电站分布分散、运行环境复杂、运行成本高、检修维护不方便等问题，通过集中控制和集中管理的智能运维技术，减少了运行、检修人员数量需求，提高相关人员的技能，从而保证设备运行、检修质量，提高设备可利用率，为企业节能增效。