新能源電站智能運維技術研究

上海勘測設計研究院有限公司 劉 波

隨著經濟的高速發展，電力能源需求不斷增加，傳統的火力發電因環境污染較為嚴重，在電力行業中占比逐漸減少，風力發電、光伏發電等新能源發電模式得到了較快發展，新能源從補充能源向主流能源快速轉型，在建和已運行的風電場、光伏電站遍布世界各地，已逐步形成了一定規模、體系相對完整的新能源發電產業。

新能源發電項目選址偏遠、地理位置分散、不便于運行維護，而且隨著行業的發展，陸上好的集中式電站資源已基本被利用殆盡，行業已開始向海上風電、分散式、儲能等方向發展，運維人才需求在不斷增長，企業成本也在不斷增加，然而電價卻比原來有明顯下降。人才的短缺和電價的下跌給各運營單位帶來很大的壓力，同時有些電站已運行多年，設備老舊、故障率偏高導致運維成本也在逐漸增長。為節約企業成本，提高運維效率和設備利用率，傳統的運行管理模式已無法滿足運營單位的需求，新的運維模式勢在必行。智能運維技術集合現代科技、網絡信息技術于一體，近年來在新能源發電領域得以廣泛應用并不斷升級完善。

1 電站的集中控制

1.1 集中控制的必要性

新能源電站一般建立在位置偏遠的山區、戈壁、海上等人煙稀少地方，地理位置分散、分布區域廣，現場運行條件復雜，周圍環境相對惡劣。現有運維模式較多的是駐廠維護，運維人員的生活環境比較艱苦且人才需要較多。隨著項目的不斷增加人員需求也成比例上漲，人才短缺、經濟成本增大等問題日益凸顯，且由于運行條件復雜，運行檢修人員不能及時到達現場，尤其是海上風電，經常因海況問題人員不能及時到達現場，導致設備無法及時檢修和維護，影響設備控制，控制不當隨時可能造成系統癱瘓、部件損壞等安全隱患問題。實現新能源發電安全、穩定、經濟運行是新能源行業亟需解決的問題，對新能源發電企業來說，建立統一的智能集中監控系統是實現安全運行、便于管理、降低成本的最佳解決方案。集控中心建設利用先進的計算機網絡技術、通信技術來實現各風電場及光伏發電站的集中控制和優化、提供完整的系統運行信息、控制手段和分析決策，以保證設備安全穩定運行、減少人員投入、提高設備可利用率，實現了對多個設備運行狀態的實時監控，具備了與風電場主控室監控系統相同的功能[1]。

1.2 硬件配套

集中控制中心設備首先得滿足現代化的管理要求：滿足電網的生產管理要求。可使運行人員對設備的運行狀態進行分析和控制，及時掌握設備運行參數和異常情況，從而制定合理的檢修計劃和運行方式，以保證電網的質量和安全性，同時可提高設備的可利用率；滿足新能源發電技術進步的要求。積累其運行的水平、發電的狀態對設備影響及各項原始的數據，及時制定技改或升級計劃，為設備的長期穩定運行提供技術支撐；滿足新能源發電技術的安全生產管理要求。如發生安全生產問題，須確定引起事故發生的原因及其地點，從而及時快速的啟動預案切除故障點，以減少事故的損失；滿足對于負荷預測的要求。合理的安排發電廠發電計劃，降低電能生產費用，以此來實現電網的經濟調度。利用系統的電壓控制功能和綜合功能來改善整個系統的無功分布，從而提高電壓的質量；滿足對于場站監控的要求。根據場站設計合理安裝布局監控設備，保證隨時可以監視場站設備和設備周邊環境安全，及時掌握環境狀態，制定相應措施，保護相關設備和人員的安全。

新能源場站在建設時需將每個設備都接入監控系統，如風電場每臺風機的齒輪箱、發電機等主要部件，光伏電站的每個匯流箱、組串等，這樣方便集控中心對每個設備的運行狀態進行隨時監控，并根據設備的運行情況進行統計分析，及時發現設備存在的潛在隱患、及時處理，避免給設備造成不必要的安全隱患。新能源電站與集控中心之間通過光纖進行通訊，這樣可提高傳輸速率，保證監控的及時性和穩定性，同時集控中心通過視頻監控系統實時對升壓站、電站發電設備，廠區環境進行監督、監視，為運行檢修人員提供可靠的環境信息，保證人員安全。

對于海上風力發電廠，因運行環境更加惡劣，且檢修人員需根據海況和天氣情況才能安排檢修工作，故集控中心建立海況預測和分析系統，及時掌握海況信息，合理布局設備檢修和維護人員，保證設備的可利用率和檢修工作效率以及檢修人員的人身安全，同時需與海上升壓站間建設備用衛星通訊設施，防止光纖通訊設備異常時，及時掌握現場情況，對站內設備進行必要的控制，如人員發生異常情況時也可及時向集控中心匯報，及時安排相關救援工作，具體通訊方式為：升壓站通過光纖通訊、視頻監控分別與新能源電站發電設備和集控中心進行雙向聯系，并通過衛星通訊與集控中心雙向聯系。

1.3 智能化的應用

集控中心除具備電力SCADA的數據采集、補采、數據查詢統計、事件告警、控制調節等功能外，針對發電設備眾多、電站分布廣、管理分散的特點，應建立設備集控模型、分布式實時庫、圖模一體化、統一編碼等技術，從根本上解決電站遠程集控中遇到的各種問題，既保證監控的實時性，又實現了遠程集中管理，實現電站無人值守、少人值班目標。

建立發電領域三級（總部、區域、電站）生產運維管理系統。以“互聯網+”理念深挖電站生產管理流程，通過智能化信息采集、大數據分析處理、云平臺技術，為發電企業量身打造最適合的運營分析、投資決策、生產管理平臺。系統可涵蓋數據采集、實時監測、運行管理、運營管理、區域運維、故障診斷、預警告警、數據分析、對標分析、量化考核、設備管理、物資管理、運行評價等全方位的功能，同時系統還可提供引入移動運維移動管理的理念，通過便捷的移動APP，實現真正的隨時隨地、全天候移動運維管理。

建立無人機智能巡檢診斷系統，基于可搭載熱紅外成像相機和可見光成像相機的無人機，采集發電設備運行數據信息，針對電站幅員遼闊、地形起伏等特點，利用圖像處理技術和故障檢測技術及最新的圖像處理算法，結合攝影測量技術實現自動探測灰塵、污垢、裂痕、遮擋、發熱等異常情況，通報異常詳情及精確位置信息，使電站高效的、智能化的完成巡檢工作。

安全生產智能巡檢管理系統，為現場運維人員提供智能檢測、故障診斷、巡檢防誤、操作指導、應急指揮、巡檢記錄、路徑導航、虛擬監護和安全預警等功能，提高對新能源電站的感知能力、分析能力、行動能力、處理能力和安全防護能力，打造出新能源發電行業的“特種兵”；為中控室和集控中心的管理人員提供遠程監督、巡檢管理、專家指導等功能，實現現場與遠程實時互動、高度集成的一體化運維巡檢，提高新能源電站運行管理水平。

2 電站的集中管理

2.1 物資的集中管理

隨著技術的不斷更新，企業的不斷發展，場站設備也呈現出廠家和型號的多樣化，設備運維檢修的備品備件成本也出現顯著提升，如采取現有的場站管理模式，需配備相應的備品備件儲存設施，配套相應的物資采購和管理人員，成本較高。采取設備集中管理可以解決該問題：首先，通過培訓、考核選擇專業的管理團隊，采購集中物資管理設施并完善相關制度；其次，采用統一的命名規則，對場站所有設備按電站類型、設備類型、物資名稱等進行統一編號，做到位置定點定位管理，便于采購和信息追蹤。物資編碼型式具體為：電站類型-設備類型-物資名稱-物資編號-存放位置。其中電站類型即表明是風電場、光伏電站或其他發電站；設備類型即表明是一次設備、二次設備、發電設備還是其他設備等；物資名稱即說明備件的具體名稱是啥，如繼電器、傳感器等；物資編號即根據物資的類型、名稱等按設計順序進行的編號，便于統計和查找；存放位置是物資采購入庫后，物資管理員根據分類對物資存放地點進行標注的一種方式，便于物資的查找和統計。

按以上型式管理，同一類型備品備件可供多個場站使用，廢棄更換的備件也可采取集中處理，節約危廢處置成本，同時也節約了人員和設備設施維護方面相關的成本支出，利用智能二維碼技術通過集中管理、集中調配物資，不僅可以提高管理效率，同時也有利于公司根據備品備件的消耗情況對場站設備進行評級和分析，制定具體整改計劃和維護保養方案，提高設備利用率，提升場站發電量和經濟效益。

2.2 人才的集中管理

提升電站設備的運行水平，不僅僅依靠年檢的預防性試驗、設備的消缺、清掃等來減少設備發生短路、接地、異常等故障的概率，同時也離不開現場值守人員的認真監控及數據的判斷分析。具體如下：定期現場了解設備的運行工況，對監控系統與現場實際機械、電氣儀表指示、數據顯示等進行分析、比較，提出疑問，對集控后臺數據顯示的準確性做到心中有數，為故障分析提供依據；故障錄波及保護裝置是電氣設備發生異常、短路、接地等故障判斷的直接依據。因此運行值班人員應懂得各保護含義、類型、保護范圍等以及能否正確、熟練的查看保護動作數據，并結合故障錄波的波形、幅值等進行故障的綜合分析；運行值班人員應不定期翻閱后臺各報警項、光字牌、曲線等，查閱設備的運行數據，對各報警項、數據范圍做到心中有數，明確出現該報警項的原因、位置，同時值班人員應懂得如何將電氣后臺的數據、報警與保護裝置報警、故障錄波曲線相結合進行綜合分析，做出準確判斷[2]。

作為集控中心的運行人員，必須具備扎實的專業技能和強大的分析判斷能力，故需通過技能培訓、考核等方式，選擇熟悉場站設備、運行管理、檢修技能等全方面的專業人員負責集控中心的運行工作，通過集控中心監控所有場站的設備運行情況，開展日常報表、結算、綜合管理等工作，這樣可為各場站省去相關人員的儲備，減少人員需求，從而節約運維成本，提高工作效率。集控中心所有人員應定崗定責，完善組織機構和管理制度，建立專業化運行隊伍，提高日常工作效率。

新能源電站設備的檢修管理，需有專業的人才來完成，因電站中的發電設備、變電設備運行時都存在很大電流和電壓，操作不當不光會導致設備損壞，嚴重時可能導致電網沖擊以及人員傷亡，故可靠的人才隊伍是檢修、維護工作開展的必須。人才集中管理有利于人才的培養和教育：首先，根據公司項目設備廠家、型號進行歸類，將檢修人才按照設備廠家和類型進行分類，定期開展相關的培訓、實踐活動，長期檢修相關廠家、型號的設備，可在工作中學習成長、總結經驗，提高檢修質量和效率；同時公司定期對發現的問題進行歸類分析、相互學習，從中總結經驗，舉一反三、共同進步，如此長期開展，將會不斷培養出一批批專業人才，提高設備的可利用率。

綜上，本文針對風電場、光伏電站等新能源發電站分布分散、運行環境復雜、運行成本高、檢修維護不方便等問題，通過集中控制和集中管理的智能運維技術，減少了運行、檢修人員數量需求，提高相關人員的技能，從而保證設備運行、檢修質量，提高設備可利用率，為企業節能增效。