风电场智能化维护技术研究

建水新天风能有限公司 郭琦 刘克川 朱聪 范凯良 李亚宁

1 智慧风场的概念及我国风电发展的现状

1.1 智慧风场的概念

智慧风电场的概念起源于欧美等发达国家。2010 年9月美国IBM 公司首次在国内发布了“智慧的电力”战略以及系列解决方案。随后逐步出现了“智能风电场”“智慧风电场”等概念。现如今，随着数字化技术的发展和能源产业化的加快，市场对能源企业的要求已经从数字化、智能化逐步过渡到智慧化的阶段。智慧已经不再是智能的简单升级，而是提出了更高层次的要求，需要电厂在生产运作过程中充分展现出“拟人”的特点，即具有“思维”“判断”和“决策”的能力[1]。

1.2 我国风电的发展现状

我国正处于风电项目迅速发展的阶段，但风电环境管理体系却刚刚起步。虽然风能具有可再生、无污染的特点，但在风电开发和营运过程中，如果规划、选址、建设、管理不当，仍然会产生一系列环境问题，主要表现为对鸟类迁徙的影响，风机噪声、光影等污染及生态破坏等。

风能作为清洁能源，在发电时不会对环境产生破坏。同时，风力发电设施属于立体设施，不会对陆地环境的稳定性产生破坏。因此，在未来发电行业中，风力发电会成为重要的技术手段。风力发电的经济性很好，整体成本较低。目前，由于技术越发先进可靠，以至于风力发电的成本已经接近了煤炭的发电成本。风力发电在提升效益方面有着非常明显的优势。在未来新技术的引入和使用过程中，必然会进一步降低相关成本。数据统计显示，如果风力发电的能力再次翻倍，成本将会下降35%左右。如果风电实际使用的增长率突破30%，市场成本会进一步降低。此外，我国幅员辽阔，风力资源的储备量比较丰富，在日后持续发展的过程中，特别是在风力发电大面积铺开的过程中，带来的经济效益会更加可观，这也符合新时期的绿色、生态发展理念[2]。

相比其他项目，风力发电的建设工期比较短，建设完毕后也可以迅速投产。在风力发电项目落地时，由于建设周期的快速性，大部分项目会按照周或者月来进行结算，在短期就可看到建设的效果，这对于急需缓解用电资源紧缺问题的项目地区有着十分重要的价值。

2 人工智能技术在智能化风电场维护的应用

2.1 建立健全智能风电场运行维护体制

智能风电场运行中的维护和管理工作，是确保其正常运行的前提。智能风电场的运行和维护系统是智能风电场建设的重要内容。在设计运行管理系统时，要充分考虑到智能风电场的特殊情况，并加以完善。在具体工作中，要严格执行操作管理制度，加强监管，确保各部门的工作分工，并建立相应的岗位责任制。对风电场进行的智能化维修与管理，保证风电场在运行过程中能够及时地发现并解决问题，提高风电场的工作质量和工作效率。

2.2 加强智能风电场的巡检工作

智能风电场设备的巡检工作质量直接影响到整个风电场的安全、可靠，所以必须加强巡检工作，做好所有的巡检工作以避免出现事故。智能风电场一般都位于偏远地区，而且地理环境极为恶劣，时常遭遇强风和雷电。如果不进行有效的控制，很难在短时间内检测出问题，从而影响电力系统的安全运行。所以，在智能风电场的运行中，要根据电网的实际运行状况，对其进行监控，在保证监测方案的科学性和合理性的前提下，应充分考虑当地的环境特征。

2.3 详细分析智能变电设备存在的异常问题

在智能变电设备的使用过程中，不可避免会遇到一些问题。在此过程中，运维人员要能及时发现故障，并对故障进行精确的定位，并对故障进行细致的分析，以正确地判断故障的种类。如果问题不大，可以通过检修解决。问题比较严重，严重到危害程度，要及时进行汇报，同时要对问题现场进行控制，并收集有关数据，以便有关部门能根据问题的性质，采取相应的对策。同时，电力系统运行中存在的安全隐患也是急需解决的问题。为了防止事故的发生，可以采取I级临时措施，对风电场的运维工作做详细的记录，尤其是在风电场出现故障时，要对其原因和处理方法作详尽的记录，并根据所记录的内容对其产生的原因和规律进行分析，从而采取有效的预防措施[3]。

2.4 做好智能风电场的监测工作

在智能风电场运行维护中，应加强对风电场的监控，并选用适当的测控技术。在采用测控技术的过程中，将监测传感器置于变电装置上，利用因特网，实现对电网运行状态的实时监测。同时，对风电场运行过程中的故障进行实时监控，可以对其进行正确的定位，并对其进行及时的维修，为变电设备的安全运行提供了保障。

2.5 应用继电保护校验技术

只有在数字化保护的情况下，才可以进行检测。严格遵守有关规定是继电保护的基本要求。其中，保护性测试仪是主要的设备，通常采用单对单或者单对多，再通过两根电力网将保护测试仪连接在一起，从而完成测试。

2.6 提升安全性和稳定性

本文针对风电场智能化维护中存在的不稳定和不安全问题，提出了相应的改进措施。首先，在电力设备起动时，利用微型设备、电子技术，把波形和电压有效地集中起来，保证一定的时间内的电压稳定。其次，就是监控仪器的工作状态，一旦发现有问题，立刻进行处理，这是非常重要的。接着进行自我检查，对风电场、重要断路器进行全面的监测，一旦出现异常，就会发出报警，让运维人员在最短的时间内进行维护。最后，针对设备的故障，应根据设备类型，选用适合的检修方法，以确保在最短的时间内得到解决。

2.7 积极研制引导智能设备

目前，风电场智能化维护技术的应用范围很广，例如，双母线接线、小车开关柜等，从而使风电场自动化系统的集成更加科学化。将智能技术与数字化技术有机地结合起来，将其重点放在风电场智能化维护技术上，重点是对风电场的管理与操作，主动开发引导智能设备，而不是被动地接收，使风电场的智能化管理技术更加成熟。

2.8 加入二次系统

风电场智能化维护技术中，二次控制的优势在于控制效率高、操作稳定、数据识别度高以及时间有序。如果在原有的风电场智能化维护技术基础上进行二次系统的开发，该系统能实现对数据的自动采集与测量，有利于有效地进行控制。随着二次供水系统的不断发展，风电场将会成为一种高环保性、高精度、高集成度的智能化风电场。

3 新时代下加强风电场智能运维集控系统建设策略

在新基建时代背景下，风电场大数据智能运维集控系统包括数据采集系统、实时生产监视系统、集中控制系统、生产管理系统、数据分析与故障预警等功能模块。数据中心对所属新能源场站的集中控制运行、维护检修、现场管理等。集控系统搭建大数据平台、风电光伏预警、商业智能、综合展示等子系统，根据新能源公司生产系统的预警数据核对及规范，将相关数据传输给生产管理系统，实现预警推送生产管理系统，并将生产管理系统进行后续的预警确认后生成缺陷，缺陷处理过程中形成工作票等后期处理结果归集至新建的设备预警系统，实现预警的全生命周期闭环处理，通过闭环反馈信息统计和展示预警准确率，预警及时率，预警完结。除上述功能建设，集控系统还包括监控中心大屏、UPS 后备电源、模块化冷通道数据机房、运营商链路、调度电话、场站视频接入、机房等。集控系统完成所有数据采集清洗和融合并转发至区域大数据平台，并完成测点标准化及测点核对工作，实现公司本部生产管理人员对本次接入场站智能监控、关键指标分析、商业智能等功能，并完成分级展示在Web端和移动端。

风电场大数据智能运维集控系统功能如图1所示。

图1 风电场大数据智能运维集控系统功能

3.1 风电场集中功率预测及状态监测

风能作为未来能源的重要组成部分，对今后人类的发展具有重要意义。相较于传统火力发电和水力发电，风力发电设备对环境的依赖性较大，如风力的大小、风力的方向、风力的递减、降雨、阴天等要素均会在一定程度上影响设备的发电量。而这种情况显然无法适应电力系统的基本要素，即需求与供给之间的平衡。同时，在风能软硬件设备快速发展基础上，风能发电的规模越来越大，开始成为电力系统重要构成元素，这就导致电网对风能发电的需求越来越明显。实践证明，要想拉近风能供给与需求距离，强化供能过程的稳定性，要有计划、有目的、有方向地优化风电并网系统，例如调度。电功率预测作为风力发电厂主要发展方式，其能够对预测一些数据，为电池规模化发展提供一定帮助。在该技术基础上，电厂提前了解本地电力系统对电能的需求，能够提前做好供能的调度工作，能够进一步提升调查策略的有效性，避免不确定因素影响对电网的功能，使风力发电成为可调度的电源。集控中心主要是指通过汇总设备的预测结果，设计应对措施，如预测风光功率等。例如，该系统能够动态收集测试仪器传输的数据，并进行再存储其中有价值的数据基础上，动态对比分析历史数据，继而精准地预测未来一定时间内电厂的发电量。

3.2 生产信息管理及故障预警

生产信息管理平台是风电场大数据智能运维集控系统的主要内容之一，用于各级公司运营管理的同时打通区域数据纵向连接，形成区域新能源数据共享、标准共享、资源共享，减少站端投资。打通区域管理要求，统一设备和生产数据标准，并对齐所产生的数据进行集中化分析、管理，继而打造区域数据共享平台。同时，基于此所形成的数据资产，可作为区域内龙头公司数据化管理、发展的参考要素，例如为本区域的决策分析提供三维立体数据，或联动各个部门管理，实现部门、流程、人员的精简，或基于故障预警，提前处理相关设计风险防控措施等。这种数据管理形式，还能够有助于企业更优地控制相关设备和技术，例如基于数据库整合现行资源，基于标准化建设设计适应性强的管理体系。

4 结语

风电场规模不断扩大以及风力发电技术的快速发展，建立智慧企业是解决多种风机运行维护问题的有效手段。风电场智能化维护技术是风电场的发展方向，不但能够维护风电场的正常运行，而且还能够为风电场智能化维护技术的运行和维护提供专业的保障。目前的风电场智能化维护技术虽然有一些不足之处，但总体来说，仍然有着巨大的优势。只要不断地提高工作人员的技术水平，不断地解决和优化问题，将会大大提高风电场的运行效率。