风光电站数字化精益运维管理

□ 胡润楚 □ 高 杨 □ 孔夏阳

上海市机电设计研究院有限公司 上海 200040

1 项目情况

我国已制定碳达峰、碳中和目标,国家整体能源结构向以新能源电力为主的发电结构转变,未来,风电、光伏电站将是重点发展的目标。2020年,我国可再生能源发电在全社会用电总量中的占比达到29.5%,其中,非水可再生能源发电占比达到11.5%。

目标充满了挑战和难度,上海电气积极布局,历经多年发展,在新能源领域积累了技术及装备制造能力、综合能源集成及工程化能力。上海电气2020年中期业绩简报显示,上海电气新能源业务已显现规模,以新增能源装备、工程订单为例,新能源装备及工程订单占比达到80%。

目前电气环保集团运维的风光电站容量超1 GW,每一个光伏电站的装机容量高达100 MW,有多达30多万块组串设备,运维工作量极大。运维问题迫切需要解决,如何使运维团队安全高效管理电站实现保值,并且使光伏电站数据产生价值实现电站资产升值,是重要课题。

针对新疆区域下属新能源电站设备数量众多、场址分散的特点,为实现区域内新能源电站的集中监视与控制、数据综合分析和统一运维管理,新疆公司设计了一套运用大数据、分布式计算、人工智能等工业互联网技术的新能源远程集控数字化解决方案,以助力风光电站实现精益运维。

2 技术架构

系统技术架构如图1所示。采用集控中心和新能源子站现地两级分层架构,集控中心统一采集、监视、控制各个新能源子站。

图1 系统技术架构

集控中心实现风电、光伏等新能源子站的监控、诊断、统计、运维管理等全功能,统筹安排下辖新能源子站的调度、远程实时监控、设备检修,以及统计、分析、汇报,远期能够根据调度端调度指令自动或手动远程控制所辖各电场。运行人员在集控中心可以实现对设备的远程集中监视控制及调度。系统具备与电力调度接口、运行监视、统计分析、故障诊断、报表、电力生产管理、网络发布等功能。

光伏等新能源子站是系统的底层,主要负责现场数据的收集与传输。各新能源子站的自动化系统分为安全Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区,通过增加专用数据采集网关机、网络通信设备、网络边界二次安全防护设备、综合防护设备,将各业务子系统分区接入前置采集系统,经网络专用通道发送至集控中心,实现在集控中心统一监视与控制。系统在子站端全面收集现场所有设备的主要信息,充分利用即变即送、周期发送、召唤传送等高效数据传输模式,实现数据的采集与传送。

3 电站数据全量监控

基于传统光伏电站运维模式,每个站需配备1名站长,3～4名监控运维人员。新疆公司目前管理近十个新能源电站,同时还面临大量新建项目,成熟有运维经验的工程师紧缺,难以保证电站的运维质量,迫切需要将当前分散式、扁平化生产管理模式转变为区域化、集约化精益生产管理模式,解决管理主体过多、资源配置不合理、管理效率偏低、经济效益增长受限的问题。

集控中心接入光伏电站、汇集站等的汇流箱逆变器监控系统、箱变监控系统、升压站监控系统、光功率预测系统、自动发电控制系统、自动电压控制系统、无功补偿装置、电能计量系统、故障录波系统、调度电话、安防监控系统等全量数据,具备电站的集中监视与远程控制功能,可实现场站无人值班、少人值守,大大提高人员利用效率。逆变器监控如图2所示,汇流箱监控如图3所示。

图2 逆变器监控

图3 汇流箱监控

通过集中监控的手段,可取代每个场站原本安排2名监控人员,转变为由集控中心集中监盘,实现场站无人值班。以新疆公司为例,目前运维的近十个新能源电站可减少10～15人的场站监控人员需求,同时可以将此部分监控工程师转变为区域检修工程师,进行区域巡检。区域监控总览如图4所示。

图4 区域监控总览

4 多维度报表

新疆公司采用的模式为代运维模式,场站前期建设完成后,电站整体交易给业主,由此新疆公司面临多个业主的管理规定,报表繁杂,填写工作量巨大,每天生产运行人员需要数个小时进行报表填报整理工作,重复性高。

集控中心的智能报表如图5所示,集成新能源行业业务经验,设置多套风电、光伏、储能等新能源行业较为通用的场站总览看板模板,主要包括集团看板、区域看板、场站看板。集团看板用于协助企业高层管理人员监督、洞察资产运行情况和资产收益水平。区域看板用于协助区域公司了解各场站发电效率和资产运维效率,为场站关键绩效指标考核提供数据基础,关注各场站发电效率、损失电量、运维成本。场站看板用于协助单个场站运维管理人员了解场站发电情况、分析损失电量、改进风场维护策略、制订运维计划和关键绩效指标考核制度。

图5 集控中心智能报表

集控中心通过精准的故障告警和两票管理功能实现故障隐患的及时处理和闭环管理。基于多维度的数据分析和指标分析,可以帮助运维人员掌握电站运行情况,及时发现并定位故障,保护核心资产,减少发电量损失,并及时发现发电单元离散率异常情况,对设备进行处理,确保度电必争,助力运维人员缩短20%以上的故障处理时间。

5 生产绩效精细化管理

通过对风光电站的数据分析,建立一套行业领先,适应集团管理体系的风光电站数字化生产绩效评估体系,具体包括资源类指标、电量类指标、能耗类指标、设备运行水平指标等,实现全方位评价。通过对电站资源指标、电量指标、能耗指标、设备运行水平指标、机组可靠性指标、机组经济性指标的精细化分析,实现精细化管理,洞察电量损失因素,使故障处理高效化,缩短故障时间,降低故障率达8个百分点。实现生产绩效精细化管理,提升发电量可利用率。进行端对端的场群绩效管理,精准提升发电量可利用率。结合预防性检修策略,提升2个百分点以上的发电量可利用率。

6 智慧运营中心

智慧运营中心采用电站级、区域级架构,构建无人值守、少人值班智能运维模式,集中管控电站,运检分离,实现光伏电站少人和无人值守。最大化复用运维专家资源,实现人员的最优化配置,可远程指导运维,现场解决问题,助力运维效率提升50%以上。

集控中心主页如图6所示。作为整个新疆区域的运营集控中心,能够实现对风电、光伏等新能源电站进行远程集中监视、控制、诊断,实现集中运营管理,以适应各新能源电站减员增效的发展需要,从而全方位保障新能源电站在发电周期中的安全运行、稳定产出、资产保值,提高新能源业务管理成效,提升新能源业务数据分析能力,满足电网安全防护等要求。

图6 集控中心主页

7 结束语

随着人工智能、大数据、云计算、物联网等新信息与通信技术数字化发展,智能化运维已经成为提升发电量,降低平准化能源成本的重要手段,也是推动电站资产保值增值的必然选择。监控系统已经实现同时运维管理多个电站,并且对各个电站数据进行横向对比。同时通过大数据分析提前对故障进行预警,提前对设备进行保养维修,提高电站运行检修效率,降低电站设备故障率,保障新能源产业的持续性发展。