智慧風電場發(fā)展方向探索

吳勁芳　李旭　曹俊磊　龐建霞　賈洪巖

摘要：風電行業(yè)起步較晚，智能化水平相對于水電和火電較低，隨著數(shù)字化、信息化、智能化技術的不斷發(fā)展，利用信息通信技術、大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、移動應用、傳感技術等先進手段，提升風電行業(yè)智慧化水平勢在必行。智慧風電場的不斷發(fā)展可實現(xiàn)提高工作效率，降低運維成本，減少人員配置，提升設備安全性和可靠性等目標。

關鍵詞：智慧風電場;發(fā)展;方向

1智慧風電場特征

智慧風電場主要基于測控技術、通信技術、信息化技術、大數(shù)據(jù)處理技術以及各類智能算法，實現(xiàn)對風機控制的自動化、設備狀態(tài)感知及判斷智能化、運維決策智慧化。智慧風電場通過各類傳感器準確獲知各設備的狀態(tài)，實現(xiàn)對風電場各設備狀態(tài)的有效監(jiān)控;通過較準確地風功率預測，并結合電網(wǎng)調(diào)度需求信息、各風機設備狀態(tài)信息自動調(diào)節(jié)風機的輸出功率，滿足電網(wǎng)的調(diào)度需求;同時能對各設備的故障進行智能診斷，對設備狀態(tài)進行智能評估，結合運維經(jīng)驗，實現(xiàn)運維決策自動化、智慧化。智慧風電場的基礎是風電場各類信息的數(shù)字化，其核心為數(shù)據(jù)、信息綜合處理及智能分析系統(tǒng)（簡稱信息智能分析系統(tǒng)），本質(zhì)是信息化與智能化技術在風電領域的高度發(fā)展和深度融合。

2智慧風電場建設存在主要問題

2.1風機數(shù)據(jù)存量和質(zhì)量問題

實現(xiàn)智慧風電場，數(shù)據(jù)是基礎，數(shù)據(jù)的存量和質(zhì)量直接決定了后續(xù)分析工作的成敗。較火電和水電相比，風電行業(yè)的數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)存量和數(shù)據(jù)質(zhì)量偏低問題。針對風電行業(yè)數(shù)據(jù)存量和質(zhì)量偏低問題可采取三方面措施解決，一是在經(jīng)濟性允許范圍內(nèi)，采取技改方式，優(yōu)化風機數(shù)據(jù)采集、傳輸和存儲配置;二是利用先進的軟件系統(tǒng)對已采集的數(shù)據(jù)進行篩選、過濾、擬合，剔除壞點數(shù)據(jù)，恢復部分異常數(shù)據(jù)，提升數(shù)據(jù)精度;三是選用新風機SCADA系統(tǒng)時，推薦采用“雙機熱備”模式，保證數(shù)據(jù)的完整性和可靠性。

2.2風電機組狀態(tài)監(jiān)測存在盲區(qū)

風電機組主要靠各種傳感設備監(jiān)測運行狀態(tài)，由于傳感系統(tǒng)的不完善造成了機組狀態(tài)監(jiān)測存在盲區(qū)。主要有以下四點原因：一是早期生產(chǎn)的風電機組設計簡單，只接入了基本的數(shù)據(jù)傳感系統(tǒng)，如電流、電壓、溫度、轉(zhuǎn)速等;二是部分新開發(fā)的傳感技術尚未成熟，還有待完善。例如風電機組在線振動檢測技術，在預警的準確性和分析精度上還有待提高;三是新的傳感技術還有待開發(fā)，例如葉片軸承裂紋問題，嚴重威脅機組的安全穩(wěn)定運行，但尚未有成熟的傳感技術能夠解決;四是成本原因，部分傳感技術實施成本高，在剩余機組運行年限內(nèi)，很難回收成本。解決措施可分為以下三點：一是大力開發(fā)關鍵部件的傳感技術。由于風電起步晚、發(fā)展快、實際經(jīng)驗缺乏，導致部分關鍵部件在設計時裕度偏低，造成了一系列批次性損壞和風機安全問題。因此，開發(fā)關鍵部件的傳感技術，實現(xiàn)預先報警，可較大程度上提高風機的可靠性和減少電量損失二是完善尚未成熟的傳感技術。傳感技術不成熟的原因，一方面由于風機運行工況惡劣，在開發(fā)和設計產(chǎn)品時對外部環(huán)境影響考慮不足;另一方面產(chǎn)品開發(fā)時間短，數(shù)據(jù)積累不足，導致判斷誤差。隨著技術發(fā)展和產(chǎn)品迭代，傳感技術一定會趨于成熟。三是深度發(fā)掘數(shù)據(jù)間的關聯(lián)性。在缺少關鍵部件的傳感數(shù)據(jù)時，可通過發(fā)掘其它部件傳感數(shù)據(jù)的關聯(lián)關系，找出變化規(guī)律，利用數(shù)據(jù)建模進行分析，間接判斷其它部件的運行狀態(tài)。

2.3數(shù)據(jù)分析建模復雜

風電作為新興行業(yè)，在技術上的探索十分廣泛，風電機組的形式和結構呈多樣化，按照來流風向機組可劃分為水平軸和垂直軸;按照變槳動力來源可分為電動變槳和液壓變槳;按照變頻方式可分為軟并網(wǎng)、部分變頻和全變頻技術;按照大部件布置形式可分為直驅(qū)、半直驅(qū)和齒輪箱傳動結構等等。配套的控制系統(tǒng)，根據(jù)廠家設計理念不同，更是數(shù)不勝數(shù)，針對不同的控制系統(tǒng)都要開發(fā)不同的數(shù)據(jù)模型進行分析，難度可想而知。同時數(shù)據(jù)建模需要有經(jīng)驗的風電檢修人員配合，根據(jù)現(xiàn)場實際運行情況進行模型的校正和調(diào)整，難度進一步加大。解決措施可分為以下三點：一是選取主流風機結構和控制系統(tǒng)開發(fā)分析模型，逐步向其它風機結構和控制系統(tǒng)延伸，提高分析模型的利用率。二是針對質(zhì)量缺陷和安全問題突出的機型，優(yōu)先開發(fā)分析模型，提升風機的安全性和可靠性。三是培養(yǎng)風機技能人才，精通機組故障檢修和數(shù)據(jù)分析，為分析建模提供人才保障。

2.4網(wǎng)絡安全問題

為了確保電網(wǎng)及能源供給的安全，按照當前電力監(jiān)控系統(tǒng)安全防護規(guī)定，發(fā)電側一區(qū)、二區(qū)與三區(qū)及以上區(qū)間應裝設縱向隔離裝置，一、二區(qū)信息可進入三區(qū)，但三區(qū)信息不能進入一、二區(qū)。智慧風電場信息智能分析系統(tǒng)在三區(qū)，各類數(shù)據(jù)信息經(jīng)分析后結果不能直接反饋到一、二區(qū)，也就無法直接控制相關設備，目前只能以運維建議的形式推送給風電場相關人員，即使信息智能分析系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)某設備存在嚴重故障需立刻停機，信息智能分析系統(tǒng)也無法直接控制風機停機或進行必要的調(diào)整。在國家高度重視網(wǎng)絡安全的形勢下，想要開拓信息反饋渠道難上加難，所以只能在分析系統(tǒng)精準的前提下，對于危重故障與風機廠家協(xié)商，完善運行程序。

2.5智能巡檢技術待完善

智慧風電場智能巡檢技術近年逐步走向市場，從技術發(fā)展層面看，還有很大的上升空間。目前智能巡檢技術主要存在三方面問題：一是使用功能不全。目前智能巡檢主要靠視覺成像和紅外感溫進行設備缺陷識別，部分設備間隙和螺栓松動類檢查還需要人工檢測，不能完全代替人工巡視。二是使用場景受限制。定置安裝的巡檢設備，是按照預定滑軌運動并開展巡視的，但滑軌安裝位置受設備區(qū)域限制，無法做到面面俱到。輪式或履帶車式巡檢設備，受路面情況影響較大。三是檢測精度有待加強。以無人機巡視葉片為例，可利用高清攝像機對葉片表面進行拍照，但葉片內(nèi)部缺陷很難發(fā)覺，同時拍照后也無法精準判斷裂紋類缺陷和污染物缺陷。為完善智能巡檢技術，應不斷融入工業(yè)遠程傳感技術，豐富傳感器種類。同時，巡檢設備還應小型化和便捷化，使設備能夠到達更多的區(qū)域，減少區(qū)域限制。

結語

雖然，目前建成的或在建的數(shù)字化智慧風電場還處于較初級階段，但隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”、信息化與人工智能等技術的飛速發(fā)展，大型數(shù)字化智慧風電場建設必將成為未來風電場的發(fā)展趨勢。

參考文獻

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