基于工業大數據的新能源風電場遠程集中管控解決探究

畢明

摘 要：本文基于對新能源電場集中管控需求的介紹，分析了依托網絡通訊與大數據分析、云計算等先進技術，構建新能源電場遠程集中管控系統的可行性，并且具體探究了系統基本架構和各個系統層級的數據采集、分析與處理模式，對新能源電場在運維與管理過程中產生的各類數據信息的挖掘與應用目標進行了深入分析，以期通過遠程集中管控系統對生產管理、設備運行狀態參數以及電力調配與設備運維檢修數據信息的大數據分析和挖掘，實現新能源發電設備、設施的檢修、生產管理以及電力調配等的智能化集中管控，讓設備運行效率以及生產運營的經濟效益得到實時優化。

關鍵詞：集中管控;大數據;新能源風電場;解決方案

雖然新能源技術理論上對保護環境和維護經濟與社會發展有諸多益處，但是在新能源電場的建設和運維過程中，由于其發電機組與設施的地理位置相對分散、各種設備運行監測數據信息的標準不一致以及在線監控管理系統之間缺乏實時的協調能力，導致新能源電場的運維與管理成本較高，制約了其發展和應用。

一、新能源的遠程集中管控需求分析

雖然新能源的開發與應用技術近年來有了顯著進步，相關電場的設計和建設規模正在極速增加，但是在風電場和光伏發電設施的運行維護、生產管理以及系統接入區域輸配電網絡等方面，還存在不少技術性難題有待破解。而這些也是導致新能源系統運維成本居高不下和難以短時間內大范圍推廣的首要原因，據統計在目前我國的發電量當中，火電所占比例依然高于70%，而光伏發電僅占約1%，風電則大約有4.3%，可見在新能源的利用方面依然有很大進步空間。而提高其運維效率、降低成本和解決并網問題，是其中最亟需攻克的技術難點，業內人士在這幾個領域都進行了大量研究，探尋解決問題的新思路和新途徑，其中通過優化管控系統來解決運維管理問題是比較常見的課題。

（一）實現遠程集中管控可以有效提高新能源企業效益

目前新能源系統的信息化管控系統存在數據標準不一致、數據和相關信息沒有進行有效利用的問題。這是由于新能源系統的發電機組設備、變電設施以及相應的監測控制系統由不同供應商生產，因此其信息化管理數據使用的標準和設備的數據接口存在差異。而這使得各個監控模塊和子系統之間無法建立順暢的通訊聯系，導致現有監控系統所采集的數據以及分析結果得不到進一步處理，無從利用這些信息之間的關聯性實現對系統運行狀態的精確實時調整。因此一方面由于新能源系統設備和設施的分散導致系統運行管理占用過多資源，拉高了運營成本^[1]。另一方面又因為現有系統監控數據信息價值沒有被充分挖掘，使得新能源系統的運營效率不夠理想。所以亟需找到對其進行集中管控的解決方案，實現對數據信息的集中處理和深度挖掘，簡化系統的運行維護和生產管理工作，以便有效降低新能源系統的運營成本。

（二）實現新能源系統的運行狀態實時調控和遠程智能化運維

由于電力生產和營銷方式的特殊性，需要根據用電需求調節設備的運行狀態。因此對系統進行實時調控以保證其在最優模式下運行非常重要，決定了設備的使用效率和電力企業的經濟效益能否最大化。而基于大數據分析的遠程集中管控系統，可以基于對系統所有運行參數、生產管理數據以及設備運維歷史數據等的實時分析，精確預測和實時調整系統運行狀態，使其持續保持效率最優化的狀態，這對降低系統運行管理成本而言無疑會起到明顯作用。此外在大數據分析技術的應用下，通過系統智能化硬件設備和管理軟件的運行，可以實現系統故障的預警和自診自愈，讓系統運行更加可靠和安全，這對處于高度分散狀態的新能源系統設備和設施的運維管理工作而言，具有及其重要的意義。

二、基于大數據分析實現新能源遠程集中管控的可行性

（一）新能源基礎數據信息的采集環節已經具備良好的基礎

在新能源系統目前的管控模式下，信息化管理系統已經覆蓋了從設備狀態監控、日常生產運營以及設備和設施運行維護等環節，因此在數據信息的采集環節已經具備良好的基礎。目前主要的問題存在于在數據信息的處理和應用方面，首先由于既有監控體系以多個相對獨立的系統存在，不利于實現新能源系統運行狀態的宏觀遠程智能化管控。其次數據信息的標準不一致，價值加之信息量級超出了現有管控系統的運行處理能力，因此導致信息的應用價值被浪費^[2]。而目前云計算等技術的成熟，給實現新能源系統的遠程集中管控提供了新的途徑。

（二）云計算與物聯網技術已經日臻成熟

新能源系統的數據信息處理需要解決信息異構化、海量信息過濾處理以及分布式存儲等問題，而云計算技術和云平臺的廣泛應用恰好能夠滿足這一要求。云計算技術讓企業無需進行大規模硬件升級，就可以使用基于云平臺的分布式服務器和網絡設備實現遠程信息管控^[3]。這對于擁有良好信息化和自動化管理基礎的新能源企業而言，是實現系統遠程集中管控的契機。此外此前由于新能源電場地理位置相對偏僻且設備和設施分散，利用物聯網技術實現系統設備之間的實時通訊并建立遠程集中管控系統成本很高，而目前因為無線通訊和光纖通訊網絡基本實現了全覆蓋，加之即將實現商用的5G移動無線網絡網絡技術，這一問題已經迎刃而解。

（三）大數據分析技術能夠完成對新能源所有數據信息的集中處理

大數據分析技術的根本優勢就在于其可以集中處理所有類型的數據，依靠云計算平臺提供的資源高效的過濾和加工數據信息，提煉出對于企業管理決策、設備狀態調控以及生產管理具有直接參考價值的信息^[4]。新能源遠程集中管控系統需要處理的大數據構成見圖1所示。因此基于大數據分析可以更好的應用人工智能技術，全面提升新能源管控系統的智能化水平，實現所有設備的在線狀態檢測和故障自診自愈。

三、新能源遠程集中管控系統的解決方案與具體目標

（一）新能源遠程集中管控系統的基本架構

針對新能源系統的設備運行與管理維護工作的特點，基于大數據分析的遠程集中管控系統架構分為三個層級。首先在發電機組、升壓站、逆變器以及變壓器等設備和設施處布置大數據采集和分布式控制裝置，組建物聯網并通過無線網絡通訊實現設備之間、設備和設施與區域集控中心之間的雙向實時通訊聯絡。通過各類傳感和智能化監控裝置采集設備運行參數和狀態參數，由集控中心進行集中處理，實現信息標準的統一并根據需要發布監控指令，實現對設備運行狀態的遠程實時監控^[5]。其次根據電力企業的運營要求設置區域集控中心，負責對所在區域內所有新能源設備和設施進行遠程集中管控。最后基于電力企業對宏觀生產運營的管理需要，設置企業層面的遠程集控中心，對各區域集控中心所采集和挖掘的大數據信息進行統一管理和應用，實現整個新能源系統的遠程集中運維管理，分析系統的運行狀態并進行實時調控。

（二）新能源遠程集中管控系統的運行目標

在基于大數據分析的新能源遠程集中管控系統中，設備和設施運行狀態監控模塊的管控目標是通過對所有設備狀態參數的大數據分析，一方面即時掌握各關鍵設備的狀態，基于實現設備運行效率最大化對其運行參數進行自動調節。另一方面通過智能化管控系統軟件的運行，對所有參數的實時與歷史數據進行比對分析，實現對設備故障的預測和預防。當通過分析判定某一設備存在故障風險時，給系統管理和運維人員發布預警信息。以便提前采取必要的在線或實地檢測，以防其影響新能源系統的正常運行^[6]。其次區域集控中心的主要管控目標是接收相關信息并結合企業的運營數據信息，實現對生產管理和系統運行狀態數據的大數據分析，用于進行相關決策和系統監控。而企業層面的新能源系統集控中心則重在基于企業戰略發展目標，通過大數據分析優化生產運營，并且利用相關分析結果與設備供應商和業務合作伙伴探索技術革新途徑，以期解決新能源利用方面依然存在的諸多技術難題。

四、結束語

工業大數據技術應用以及網絡通信技術的發展，給遠程集中管控新能源電場提供了技術方面的基礎，讓解決風電場以及光伏發電場高度分散的機組和設施的運維與管理難題有了新的途徑。集中管控系統在實踐應用中已經初見成效，實現了新能源電場的少人值守、無人值守，通過遠程集中管控，能有效升了新能源企業的經濟效益，降低運營成本。

參考文獻：

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