风电场应用风电智慧管控一体化平台的相关研究

邱英强 黄新宇 陈伟 刘玮 唐晓萌

摘要：风电智慧管控一体化的风电场智慧管控平台可以将风机现场的各种设备运行数据、现场环境状况、视频监控信息等在统一的平台上实现集中管理、监控，帮助运行人员对问题进行快速响应;辅以移动化的作业终端等手段，实现现场与控制中心的实时、直观的互动。可以有效的提升风电场的管理效率、集约运行人力资源、提升设备运行水平、提高整体发电效率。

关键词：智慧平台;风電场;应用

一、风电场运行管理的现状

1. 安全管理困难

由于风电场分布广阔、环境开放，风机分布较为分散，且长期在野外运行，故障率相对集中式的发电厂要高，需要运维人员经常到现场进行巡视、维护、修理，加之通讯条件差，安全管理更加困难。

2. 运行管理模式相对陈旧

风电场在我国的大规模开发建设时间较短，整个行业长期处于高速发展阶段，风电场的开发建设一直是行业高度关注的重点;而风电场的运行管理受重视程度相对不足，管理人才匮乏，管理模式较为陈旧。

目前国内的风电场普遍存在信息化水平偏低、缺乏智能化的管理手段，例如大量的日常统计、报表、流程等重复性工作都通过运行人员人工完成，占用大量的时间，导致人员工作效率偏低，类似这种现象都影响了风电场的管理效率。

二、风电场应用风电智慧管控一体化平台的重要性

随着计算机技术、信息技术、智能技术等一系列技术的发展，风电场在智能化发展方便有了很大的进步。通过建立智能一体化的风电场运行管理平台，并在风电场现场布置边缘计算设施，可以将风机现场的各种设备运行数据、现场环境状况、视频监控信息等在统一的平台上实现集中管理、监控，辅以移动化的作业终端等手段，实现现场与控制中心的实时、直观的互动。可以有效的提升风电场的管理效率、集约运行人力资源、提升设备运行水平、提高整体发电效率。

三、风电场应用风电智慧管控一体化平台的措施

1.通信网络

风电智慧运维管控一体化平台采用光纤+WIFI网络，实现风电场作业区域内网络覆盖，采用场区内独立组网，光纤环网及汇聚交换机达到1000Mbps，风机节点带宽达100Mbps及以上。满足视频信号传输、安全管理、两票管理、检修管理、设备安全管理等风电日常工作的通讯需求。

2.塔筒倾斜与摆振监测分析系统

结合风机振动监测系统，实现对山地风场塔筒、轴窜、主传轴对中及齿轮箱、轴承等故障监测、诊断、报警及潜在故障风险的分析和健康状况的预测，建立关键设备的故障模型和健康状况的预测模型，制定关键设备监测指标，定期形成状况健康检测报告，具体为：

（1）塔筒倾斜角监测

监测静态倾斜角和动态（塔筒晃动和摆动时）倾斜角，塔筒倾斜程度分析，塔筒倾斜报警，塔筒倾斜趋势分析，给出倾斜潜在风险预警信号，提醒管理人员对塔筒潜在倾斜风险的预警，山地塔筒倾斜角监测指标：塔筒倾斜角度、塔筒倾斜方向，地基倾斜角度、地基倾斜方向、塔筒和地基倾斜趋势分析、塔筒和地基倾斜倾斜角报警阈值等。

（2）塔筒健康状况预测

对塔筒结构和强度特性分析，预测塔筒的健康状况，监测的技术指：塔筒摆动的模态特性、摆动的本征频率、塔筒静态摆动幅度、频谱特性，监测塔筒安装和结构连接故障引起的结构强度的变化;风作为塔筒外部激励，在风作用下，塔筒发生的振动特性发生变化，检测激振源的强度、方向，监测和预警塔筒的结构损伤、材料强度变化等引起的结构强度变化情况，指标包括振动强度、振动频率和振动频谱，预测结构内部的缺陷和材料的疲劳损伤带来的风险。

（3）塔筒晃动轨迹监测

塔筒的连续晃动轨迹指标：晃动轨迹的幅值、晃动的角速度范围、线速度的范围、晃动频率、晃动的趋势，通过对晃动特性的分析，监测运行状况，给出塔筒健康状况的判断。

3.基于“端-云融合计算”架构智慧风电终端

（1）系统架构

系统采用“端-云融合计算”架构，风电场集中管控平台（云）提供开放式统一平台，实现数据共享和终端的统一管理。智慧风电终端将边缘计算（Edge Computing）部署在靠近风机及数据源头的网络边缘侧，部署融合网络、计算、存储、应用核心能力的边缘计算网关和终端通信模块，为边缘计算提供包括设备域、网络域、数据域和应用域的平台支撑。设备域通过终端通信模块支撑现场设备的实时智能互联;网络域为系统互联、数据聚合与承载提供实时联接及管理服务;数据域提供边缘数据聚合及优化服务，并保障数据的安全与隐私性;应用域则基于开放接口，实现边缘行业应用本地化部署，支撑边缘业务运营。

（2）功能应用

1、边缘计算能力

基于上述架构，可根据需要在每台风机的智慧风电终端部署本地部署定制应用（APP），根据用户需求合理适配在线监测功能，如风机安防、消防、设备温度、塔筒摆振、风机震动、风机工况和气象信息等，实时执行数据分析并根据分析结果触发预定义的风机异常告警响应策略，第一时间发现设备潜在故障。边缘计算同时提供本地存活，一旦与云端联接故障，数据可以本地保存和处理，联接恢复后，本地高价值数据自动同步到云端，确保为云端提供完整的产品运营数据。

2、“端-云融合”协同计算

端计算（边缘计算）与云计算（风电场集中管控平台）互相协同，集控平台的云计算聚焦非实时、长周期数据的大数据分析，能够在周期性维护、故障隐患综合识别分析，风机健康度检查等领域发挥特长;智慧终端的边缘计算聚焦实时、短周期数据的分析，能更好地支撑故障的实时告警，快速识别异常，毫秒级响应。

3、云端统一管理

部署在风电场集中管控平台（主站）的敏捷控制器（AC），可实现所有风电指挥终端的计算资源、协议、应用和数据的统一管理和自动化部署，实现全网智慧终端状态监控、海量设备即插即用、业务应用自动化部署，可大幅度提高运维便利性，并降低运营成本。

（3）系统效果

1.满足低延时计算要求

边缘计算聚焦高实时与短周期数据采集与分析处理，可实现毫秒级的高速数据采样和分析，避免了网络传输造成的数据时滞以及时标不一致的问题，能够更好更准确地支撑风机在线实时监测。

2.提高整体效率

通过在边缘节点处实现对数据的过滤和预处理分析，不需要将大量高频高重复的数据送往风电场集中管控平台处理，节省了云端计算资源，也节省了网络传输带宽。

四、结束语

通过采用风电智慧管控一体化平台能够实现风电场运维信息化，整合数据资源，有效提高运维效率，创造更佳的盈利能力，全面提高经济运行水平，大幅降低运维成本，获得更好的经济效益和社会效益。