海上风电场运维一体化平台的开发运用探究

林杰

(福建海电运维科技有限责任公司 福建福州 350001)

在我国社会不断发展的当下，社会对于电能的需求量日渐增多。在节能环保的社会背景之下，海上风电场在我国大规模发展，切实为我国电力领域发展建设奠定了良好的基础保障。相比陆地风电场来说，海上风电场设备运维难度更大，一方面是海上风电场特定的工作环境影响，另一方面是海上风电场当中新机组应用之后，各项性能未得到验证，缺乏专业的检修维护团队，远程故障诊断、处理效率相对较低。根据《第三届中国海上风电智能运维高峰论坛》数据统计，截至2019 年中国海上风电运维市场规模达到4.9 亿，2024年整体规模将达到31亿左右，年复合增长率达到45%左右[1]。智能海上风电场运维一体化平台建设，可以借助先进的科学技术和互联网技术，有效解决海上风电场运维难题，在降低检修运维成本的基础上，促进我国海上风电事业稳定发展。该文将针对海上风电场运维一体化平台的开发运用相关内容开展详细分析。

1 海上风电场运维现状

我国当前海上风电场发展速度非常快，海上风电场的规模也在不断扩展。但是相比陆地来说，海上的气候自然环境非常恶劣，很容易造成海上风电场设备损坏、故障、锈蚀等诸多问题，给海上风电场整体机组带来不良影响。为此，海上风电场运维工作必须要定期开展，以便满足海上风电场发电标准，提升海上风电场各个机组的应用效率。从客观角度上来看，风电是当前世界上发电速度最快、最具备竞争力的可再生能源，因为风电场是依靠风力发电，海上的风能资源更多，风湍流度更低、风向更稳定。一般情况下，海上风电场一般会靠近一些对电能需求相对较大的沿海发达城市，借助宽阔的海风资源进行发电，并且不会占用较大的土地。在我国海上风电领域不断发展的当下，未来海上风电运用范围广阔。当前我国积极践行生态环保战略，2018 年5月，国家发改委发布《关于2018 年度风电建设有关要求的通知》《风电项目竞争配置指导方案》；2019年5月，国家发改委发布《关于完善风电上网电价政策的通知》，为我国海上风电领域发展奠定良好制度保障。

在海上风电场运行的过程中，由于海上自然环境非常恶劣，在抄袭、海雾、台风、气流等诸多因素影响之下，促使海上风电场的设备很容易出现锈蚀、损坏、故障，若故障无法排除，不仅影响了海上风电场正常生产与运行，甚至会出现严重的安全风险[2]。但是相比陆地风电来说，海上风电场的设备运维难度高、费用高，尤其是在海况恶劣的环境下，如果海上风电场运维人员缺乏专业经验，很容易造成附加运维成本，甚至会造成更为严重的设备故障。因此，海上风电场设备运维检修是影响海上风电场发展的重要因素之一。

2 海上风电场运维特点

2.1 技术标准严格

海上风电场运维最为主要的特点之一便是技术标准严格特点，相比陆地风电厂来说，海上风电场运维对技术要求非常高，并且对高技术具备一定依赖性，其标准也相比较严格。尤其是针对距离陆地相对较远的海上风电场来说，海上的水文条件、设备安装、技件运输、日常管理、海水侵入等诸多问题，都会对海上风电场运维带来非常严重的要求。

2.2 自然环境干扰显著

海上风电场设备在日常运行的过程中，因为海面上独特的气候条件，所以很容易导致海上风电场设备受到外界自然环境干扰。海上风电场机组存在管理多层面、分布范围广、维护难度大等诸多特点，涉及海洋的管理措施存在较大的实施难度。海洋气候环境非常复杂，很容易受到台风、季风、气候交替等诸多因素干扰，在一定程度上缩短了电场的维护时间，导致海上风电场运维时间紧任务重[3]。

2.3 海上风电场运维成本高

从客观角度上来看，海上风电场运维难度比陆地电场运维难度高，并且成本费用也相对比较高。因为海上风电场属于高端制造设备，这些高端制造设备在我国并未掌握核心研发和制造技术，所以技术层面上存在一定的局限性。为了确保海上风电场经济效益最大化，需要对海上风电场各个设备进行动态化的更新增设，促使海上风电场机组设备数量日渐增多，为后续的日常检修维护工作带来了严重影响。此外，在进行海上风电场运维时，一般需要耗费诸多的运输船舶设备，专业人才的雇佣价格也相对较高，据调查海上风电场运维相比陆地电场运维来说，一般会消耗4 倍左右的成本。

3 海上风电场运维一体化平台的开发运用策略

3.1 海上风电场运维一体化平台概述

海上风电场运维一体化平台的是按照智慧化、自动化的要求进行构建的，致力于打造出即使无人值守，也可以自主开展设备运维的系统平台。在海上风电场运维一体化平台当中，可以结合海上风电场自身实际情况，动态捕捉海上风电场各项运行数据信息，借助大数据信息分析技术手段，采集、存储、使用海上风电场设备机组运行数据情况。借助大数据和人工智能技术，将海上风电场运营各个环节打通，实施集中统一设备监测、故障预警分析、状态分析。备件调度、运维决策。在海上风电场运维一体化平台建设的过程中，必须要实现“设备、人、环境、数据、安全”融为一体，这样便可以第一时间对海上风电场设备运行情况进行细致化分析，不仅可以缩短响应故障的时间，而且还可以强化运营工作效率，真正实现生产和人力资源管理集约化，构建出统一调控、统一检修的智能化运维平台系统，切实强化海上风电场运维效率[4]。

3.2 海上风电场运维一体化平台功能

3.2.1 运维全程跟踪管理

在海上风电场运维一体化平台运行的过程中，非常注重数据驱动，以数据驱动海上风电场运维一体化平台运行。借助动态化、全天候的数据信息检测，若发现了设备出现异常、设备出现故障等现象，便可以发布预警，系统地结合预警特征值和故障知识库，对故障实际产生的情况进行分析。由于出海成本相对较高，因此要系统计算该次维护所需运维船、燃料等费用，系统性开展运维管控，在满足运维效率的基础上，将运维成本降至最低。

针对故障情况，科学设置零部件、备品备件、工具等诸多内容，选择科学故障处理方式，制订成本最优化的运输策略与检修方案。如果天气不满足检修运维要求，就只能等待，确保天气满足检修维护需求之后才能够进行检修处理。在数据驱动海上风电场运维一体化平台当中，可以精准地获取数据信息，在维护任务成功之后，计算出该次海上运维工作方式和内容，从而构建出完善的数据库，为海上风电场运维工作奠定扎实的基础保障。在设备维护任务全部完毕之后，便可以对该次设备检修维护的情况进行分析，动态化实现运维过闭环总结管控，并对该次运维工作进行评分，为后续运维工作改进奠定基础，实现海上风电场运维整个过程闭环[5]。

3.2.2 设备管理

海上风电场运维一体化平台的设备管理功能，是能够对海上风电场当中的各个设备运行情况和状态进行分析管控。一般海上风电场的规模较大，涉及的设备种类、设备数量也相对较多，为了实现全面动态化的设备把控，在海上风电场运维一体化平台当中设置了设备树的部件父子级联关系，这样便可以为后期设备状态检测、设备运维等诸多工作奠定基础。海上风电场设备管理工作当中涵盖了对风机、船舶设备、工器具设备等的管理[6]。在海上风电场运维一体化平台系统当中，设备台账记载了每台设备的机组、主要部件生产厂家、型号参数、设备期缺陷隐患、设备运维记录等诸多内容。相比陆地电场来说，海上风电场运维需要考虑的因素相对较多，需要对海上潮汐变化、台风、团雾、季风气流、雷雨天气等诸多内容进行分析。另外，海上风电场运维总成本相对较高，对船只、人员、配置维护的时间差别较大，所以必须要做好海上风电场运维设备统筹管控。

3.2.3 数据分析与运维优化

海上风电场运维一体化平台当中建设的运维数据中心，以便于为后续机组长期稳定运行奠定良好的基础。结合当前海上风电场智能化发展趋势来看，运维数据库搭建成为了智慧统一化运维系统建设的主要趋势[7]。借助多种数据信息挖掘技术手段，对数据信息开展综合性挖掘对比，做好线性分析，将各个特定趋势进行分析，最终得出海上风电场运维检修的数据分析报告。借助大数据信息挖掘系统，对海上风电场运维历史数据进行分析和计算，对不同风电机组的相同部件运行功能与指标进行分析。由于海上风电场机组的差异性与功能相差较大，在进行设备状态检测的过程中，应该结合数据信息分析结果，有针对性地分析动态监测设备、机组运行当中潜在的问题。在大数据风电机组历史运行数据情况当中开展分析，从多个角度上分析历史机组运行工况。以目标指标作为评价基准，借助历史数据寻优方式，采用历史数据来优化边界条件、运行状态、设备特点、工况特点，满足机组运行情况评价、故障预警等需求。在开展海上风电场运维数据分析的过程中，可以通过大数据、人工智能技术等手段，开展动态化风功率预测，对风资源评估，动态优化机组运行参数，以便于最大程度上提升海上风电场机组运行效率。此外，可以对运维全过程进行检测跟踪，分析出不同部件在不同海上风电机组当中的运行特点。充分展现出海上风电场运维一体化平台构建价值，做好运维数据库更新、设计、装配、运输安装等。

3.2.4 故障预警与专家诊断

结合当前海上风电场运行故障来看，种类较多并且设备种类复杂。在大数据信息技术的支撑下，可以构建出机器学习算法，对海上风电场运行各个机组情况记性分析，对海量运行数据进行诊断分析。针对设备状态预警，便是动态把控设备数据信息，对其进行分类跟踪、精准挖掘和转型分析，对设备应用原理数据信息把控，提升设备故障警报效率。此外，还应可以实现设备健康安全管理，借助训练好的模型，在线检测风机的健康状态。故障诊断是借助风机设备运行数据，引入相互比较法和最小二乘法开展数据分析，将特征提取之后的数据库带入故障诊断信息当中。

借助视屏图像、数据信息等诸多内容建模，实现在线监测风机状态。此前，在机电设备故障诊断的过程中，故障诊断最早是通过在线获取风机设备运行数据，借助最小二乘法开展数据清洗，结合不同设备部件的特点标库，将特征提取之后的数据[8]。积极带入被误诊模型，能够建立专业远程诊断模式，让具备专业技术的专家参与远程故障预警冲突当中，为设备故障提供辅助决策。

3.2.5 运维策略评估

运维策略评估也是海上风电场运维一体化平台的重要功能，主要是对海上风电场运维之后的情况进行分析。运维评估结合海上风电场实际情况，制定出海上风电场运维策略，并且统筹人力物力财力资源，确保运维工作稳定、高质量开展。在运维活动结束之后，对运维情况进行科学评估。在进行运维评估的过程中，还可以对运维工作可达性、安全性、经济型等内容进行评估，及时发现运维工作现存问题，并有效对存在的问题进行优化，最大程度上保障海上风电场运维高质量实施。

3.3 海上风电场运维一体化平台的开发策略

3.3.1 平台构架

海上风电场运维一体化平台搭建的过程中，便是将运维管理和智慧风电场运营体系紧密结合，打造智能化风电机组，切实满足“智能化故障诊断、智能化故障预测”等功能实现。这样即使在无人值守、少人值守的情况之下，可以保障海上风电场运行稳定和安全。在搭建海上风电场运维一体化平台的过程中，主要由风电机组生产集中运行监管系统、运维应用一体化业务平台以及相关联运维数据中心、运维评价中心、设备资产管理系统等组成[9]。

3.3.2 智慧运维管理系统搭建

智慧运维系统是海上风电场运维一体化平台当中最为核心的系统，主要是分析海上风电场运维各个要素，构建出智慧化管理模型，结合大数据、物联网、智能技术等内容，进行海上风电场智慧运维系统构建。在智慧化运维系统当中，主要涵盖了用户层、应用层、平台层、组件层、数据层、基础层等诸多模块，基础层负责数据信息存储和处理；用户层实现用户系统应用、功能处理交互；平台层、组件层、数据层等，主要是对核心功能进行处理，制定出优化的运维策略。

3.3.3 运维数据中心构建

海上风电场运维一体化平台当中数据中心的意义重大，尤其是在当前大数据时代当中，借助数据中心处理，可以有效地对海上风电场机组设备开展动态化数据信息整合管控，实时监控风电系统、振动检测系统、升压站综合自动化系统、海洋气象风功率检测系统、海缆检测系统、运维船舶定位管理系统、能量管理系统等诸多系统的数据信息动向，对各类系统的数据信息进行管控，生成数据信息报表台账。引入大数据信息挖掘技术手段，对复杂数据信息背后有价值的数据信息进行挖掘，基于时间序列数据混合型数据构架，灵活对接实时数据，提升数据信息获取效率。在海上风电场运维一体化平台数据中心中，结合人工智能与计算智能技术手段，引入数理统计技术，实现动态化的数据信息分析，对潜在具备安全隐患的系统和设备进行分析，做好风资源评估、机组效能评价、可靠性统计、历史工况运维优化策略制定等，确保故障诊断和故障运维策略制定的科学性。