風(fēng)電場智能化集中控制的研究與探索

李京雷 張紹尉 程昊 劉晶 張赫寧

隨著中國經(jīng)濟(jì)水平的快速提高，社會(huì)大眾工作、生產(chǎn)和日常生活中對(duì)電力的需求不斷增加，我國風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域也呈跨越式發(fā)展態(tài)勢(shì)，發(fā)電公司對(duì)風(fēng)電場的管理形式也需逐漸優(yōu)化和創(chuàng)新。以往的風(fēng)電場管理不夠集中，通常需要逐一去管理某個(gè)風(fēng)電場，管理方面缺乏統(tǒng)一性。鑒于風(fēng)電場獨(dú)特的地理環(huán)境和風(fēng)機(jī)建設(shè)的復(fù)雜性，風(fēng)電運(yùn)維目前面臨檢查任務(wù)重、檢查難度高、監(jiān)測(cè)盲點(diǎn)多等挑戰(zhàn)。要想實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場運(yùn)維的智能化、精細(xì)化管理，就需要打造智能化管理新模式。通過集中控制管理方式不僅可提升風(fēng)電場的巡檢效率，而且還能夠確保風(fēng)電場的安全穩(wěn)定運(yùn)行，促進(jìn)風(fēng)電場站的智能化轉(zhuǎn)型。

一、風(fēng)電場智能化集中控制模式

為了滿足風(fēng)電場智能化集中控制的目標(biāo)，需要設(shè)置集中控制中心。集中控制中心包括3個(gè)組成部分：一是場站監(jiān)控部分；二是智能故障診斷與生產(chǎn)調(diào)度部分；三是綜合辦公部分。

（一）場站監(jiān)控

為了有效處理風(fēng)電場站運(yùn)行管理方面面臨的問題，需要設(shè)置風(fēng)電場監(jiān)控模塊。由于風(fēng)電場建設(shè)分散。各類風(fēng)電場的裝備設(shè)施以及環(huán)境存在差異。所以，管理者需密切跟蹤每個(gè)風(fēng)電場的運(yùn)營狀況，且認(rèn)真分析比較不同風(fēng)電場的運(yùn)行情況，以有效獲悉整體情況，每個(gè)風(fēng)電場現(xiàn)有的本地監(jiān)控系統(tǒng)不易滿足這一要求。此外，風(fēng)電場相對(duì)偏遠(yuǎn)，地理環(huán)境普遍復(fù)雜。臨時(shí)駐扎在現(xiàn)場的工作人員給他們的生活以及工作均造成不便，影響到工作人員的穩(wěn)定性。場站控模塊的設(shè)置能夠彌補(bǔ)這方面的不足。本模塊包括以風(fēng)機(jī)集控、升壓站集中控制、站場安保視頻監(jiān)控，由于升壓站集中控制比較成熟，在這里重點(diǎn)闡述風(fēng)機(jī)集控和站場安保視頻監(jiān)控兩部分。

1.風(fēng)機(jī)集控

現(xiàn)階段，大部分風(fēng)電場都在現(xiàn)場集中控制室部署了對(duì)應(yīng)的監(jiān)控系統(tǒng)。因?yàn)轱L(fēng)電場周圍氣候、環(huán)境、風(fēng)速等條件的差異，使用的風(fēng)機(jī)廠家并不完全一樣，配套的風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)軟件也不存在差別。不同廠家的機(jī)組，所生產(chǎn)的監(jiān)控系統(tǒng)不相同，數(shù)據(jù)接口不一致，兼容性方面也不夠理想。所以，部署兼容性好、可操作性強(qiáng)的風(fēng)電場遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)十分必要，這成為集中控制中心對(duì)風(fēng)電場盡早智能化管理的關(guān)鍵組成部分。高性能的監(jiān)控裝置適宜于風(fēng)電場的自動(dòng)化、智能化運(yùn)行，不僅能夠節(jié)約運(yùn)營經(jīng)費(fèi)，而且還可以促使風(fēng)電場發(fā)電效率得到進(jìn)一步提升。為了有效達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，每個(gè)風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口應(yīng)該保持一致，以實(shí)現(xiàn)采集服務(wù)器的采集功能，最好可以使用OPC接口進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。OPC技術(shù)基于微軟的OLE技術(shù)，此技術(shù)比較開放、高效，且可行性較強(qiáng)，可以將訪問接口的部署工作委托給硬件制造商，并借助于OPC服務(wù)器向用戶給予服務(wù)，可以有效處理軟件和硬件之間的矛盾，促使系統(tǒng)的可行性得到有效提升。此外，需要構(gòu)建完善的監(jiān)控軟件系統(tǒng)，將風(fēng)電場的實(shí)時(shí)狀況進(jìn)行直接反映，使操作員可以較好地遠(yuǎn)程控制以及管理風(fēng)電場情況。

2.場站安防視頻監(jiān)控

考慮到風(fēng)電場“少人值守、無人值守”的管理方式，再加上風(fēng)電場設(shè)備檢查面積大、操作人員工作量大、資料需要實(shí)時(shí)傳輸，在監(jiān)控管理方面的標(biāo)準(zhǔn)比普通的站場高得多，所以需要部署風(fēng)電場安全運(yùn)行監(jiān)控的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。遠(yuǎn)程視覺系統(tǒng)是一類綜合利用計(jì)算機(jī)信息等技術(shù)以及其他相關(guān)的現(xiàn)代化技術(shù)，把風(fēng)電場的情況以圖像、視頻等方式向集控中心以及管理中心的新型自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸，這使主站能夠較好地遠(yuǎn)程監(jiān)控管理站內(nèi)電氣設(shè)備的工作狀態(tài)，從而確保站內(nèi)可靠運(yùn)轉(zhuǎn)。遠(yuǎn)程視覺系統(tǒng)是對(duì)風(fēng)電場無人值守以及安全作業(yè)的需求而形成的。此外，結(jié)合風(fēng)電場的具體狀態(tài)，在重點(diǎn)位置、區(qū)域需要部署報(bào)警系統(tǒng)，這可以促進(jìn)風(fēng)電場的安全生產(chǎn)水平得到有效提升。

（二）智能故障診斷與生產(chǎn)調(diào)度

智能故障診斷和生產(chǎn)調(diào)度部分通常是用于處理現(xiàn)場運(yùn)維的狀況。首先，該系統(tǒng)通過智能計(jì)算指導(dǎo)現(xiàn)場操作，在節(jié)約人力資源的同時(shí)，提升生產(chǎn)效率。其次，由于風(fēng)電場之間存在一定的距離，并且各風(fēng)電場都有大量的風(fēng)機(jī)，各類設(shè)備供應(yīng)商也存在差異，在維護(hù)和維修方碰上不少棘手問題。所以，若無法對(duì)設(shè)備的運(yùn)行異常情況進(jìn)行事先分析，或者無法及時(shí)檢測(cè)到故障問題或者異常情況，便不能及時(shí)協(xié)調(diào)以及監(jiān)督維修人員在短時(shí)間內(nèi)對(duì)故障問題進(jìn)行排除，導(dǎo)致設(shè)備無法及時(shí)恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài)，從而對(duì)正常發(fā)電帶來不良影響，并且?guī)砭薮蟮膿p失。而通過部署智能故障診斷和生產(chǎn)調(diào)度這一功能板塊，能夠獲取生產(chǎn)設(shè)備故障情況，并且能夠采集以及組織實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，從而對(duì)機(jī)組安全漏洞和存在異常的部分進(jìn)行科學(xué)分析。憑借對(duì)風(fēng)電預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)以及調(diào)度指令等資料的收集以及統(tǒng)計(jì)，積極發(fā)布與現(xiàn)場具體情況相關(guān)的維護(hù)、檢查規(guī)劃等，并且科學(xué)部署風(fēng)電場的檢查和維修維護(hù)工作。通過此部分的分析以及規(guī)劃各種現(xiàn)場資料，可以為現(xiàn)場檢查以及維護(hù)人員的操作提供科學(xué)指導(dǎo)。具體來說，就是把風(fēng)電場調(diào)度指令、風(fēng)電預(yù)測(cè)資料、機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)以及相關(guān)資料數(shù)據(jù)進(jìn)行相連接。通過科學(xué)系統(tǒng)地分析，最終得出現(xiàn)場工作方案。智能故障診斷以及生產(chǎn)調(diào)度模塊的部署可以盡可能地降低生產(chǎn)以及管理經(jīng)費(fèi)，提升設(shè)備的可操作性，確保設(shè)備的安全性以及風(fēng)電場發(fā)電量，提升風(fēng)電單位的總體運(yùn)營能力以及水平，推動(dòng)風(fēng)電公司的健康發(fā)展。

（三）綜合辦公模塊

綜合辦公模塊用于集成生產(chǎn)運(yùn)營信息，主要涉及生產(chǎn)運(yùn)營平臺(tái)以及調(diào)度辦公系統(tǒng)（OMS）。為了做到對(duì)數(shù)據(jù)的融合以及分析，通常會(huì)設(shè)置一個(gè)數(shù)據(jù)分析以及報(bào)告系統(tǒng)。具體分析內(nèi)容包括風(fēng)扇功率曲線和可用性的統(tǒng)計(jì)分析；風(fēng)電場經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、可靠性指標(biāo)和生產(chǎn)指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)；風(fēng)機(jī)故障信息統(tǒng)計(jì)分析等。現(xiàn)階段，所有風(fēng)機(jī)制造商的內(nèi)置監(jiān)測(cè)系統(tǒng)均可以完成這些任務(wù)，但是需一個(gè)平臺(tái)來整合不同的資料以及自動(dòng)生產(chǎn)資料。通過本部分的部署能夠降工作人員的工作強(qiáng)度，提升自動(dòng)化運(yùn)行水平，降低差錯(cuò)率，還可以通過比較數(shù)據(jù)提前識(shí)別潛在故障。

二、風(fēng)電場集控運(yùn)行管理模式的主要優(yōu)勢(shì)

（一）降低工作強(qiáng)度

風(fēng)電場一般在自然條件復(fù)雜的區(qū)域建設(shè)，那里人煙稀少，風(fēng)力資源豐富，對(duì)于風(fēng)力發(fā)電比較有益。然而，生活、工作條件特別困難。若只安排技術(shù)以及維護(hù)人員在這些區(qū)域工作，對(duì)工作人員的壓力特別大。要想優(yōu)化工作環(huán)境，就需要積極應(yīng)用風(fēng)電場智能化集中控制模式，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)電場的智能化管理，降低工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度。

（二）管理方法創(chuàng)新

為了促使集中運(yùn)行管理水平得到有效提升，風(fēng)電場集中運(yùn)行管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)若干設(shè)備與風(fēng)機(jī)工作情況的集約化監(jiān)測(cè)以及遠(yuǎn)程控制各種設(shè)備。此外，在監(jiān)測(cè)期間還能夠生成一系列統(tǒng)計(jì)報(bào)告。本智能化集控方式的創(chuàng)新性通常反映在兩個(gè)方面。一方面做到了對(duì)風(fēng)電場操作情況資料的及時(shí)采集以及分類管理。在風(fēng)電場集中運(yùn)營管理期間，集中運(yùn)營管理系可以有效管理風(fēng)電場，它能夠自動(dòng)收集操作期間的方方面面的資料。風(fēng)機(jī)運(yùn)行期間的薪資資料通常通過集中控制操作系統(tǒng)自動(dòng)記錄以及梳理。在對(duì)資料進(jìn)行分析時(shí)，能夠隨機(jī)截取某個(gè)時(shí)間段的資料，以完成對(duì)資料的集約化管理和有效應(yīng)用。另一方面，管理界面更具創(chuàng)新性。在智能化集中控制體系中，在風(fēng)電場現(xiàn)場的管理人員可以進(jìn)入集中控制中心進(jìn)行管理，降低工作壓力，使其管理人員能夠在優(yōu)良的環(huán)境中開展管理事項(xiàng)，提升管理效率。

三、風(fēng)電場智能化集中控制對(duì)策

（一）優(yōu)化風(fēng)電場的集中控制管理體系

首先，應(yīng)該建立一個(gè)應(yīng)急預(yù)防和控制系統(tǒng)。對(duì)于風(fēng)電場而言，需要充分整合現(xiàn)有電廠的資源，統(tǒng)一管理應(yīng)急事故處理人員以及應(yīng)急電源，以保證在發(fā)生事故時(shí)能夠即刻安排人員開展電力操作和供電故障維修工作，且在最短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)正常運(yùn)營狀態(tài)。有必要構(gòu)建高效高質(zhì)量的事故應(yīng)急管理體系。與此同時(shí)，要不斷優(yōu)化設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)制度。作為風(fēng)電場運(yùn)營期間不可或缺的部分，設(shè)備檢修十分必要。例如，風(fēng)機(jī)以及其他相關(guān)設(shè)備的性能會(huì)對(duì)風(fēng)電場的管理能力產(chǎn)生不同程度的影響。在集中控制期間，有必要提高電力生產(chǎn)設(shè)備的智能化化工作能力。具體來說，在風(fēng)電場管理期間，不僅要集約化監(jiān)測(cè)以及管理風(fēng)電場設(shè)備，使故障處理能力得到有效增強(qiáng)，而且還需要促使電力生產(chǎn)裝置的智能化運(yùn)行水平得到大幅提升。例如，一些裝置能夠進(jìn)行智能化診斷以及具備一定程度的修復(fù)能力。當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，可自動(dòng)采取應(yīng)急措施，同時(shí)即刻出現(xiàn)警報(bào)，使集控中心管理人員可以及時(shí)獲取報(bào)警信息，并進(jìn)行處理，最大限度地減少故障風(fēng)險(xiǎn)。最后，要建不斷健全安全責(zé)任管理體系。平時(shí)需要強(qiáng)化對(duì)風(fēng)電場員工進(jìn)行業(yè)務(wù)培訓(xùn)，例如操作技能、工作守則、安全生產(chǎn)等相關(guān)內(nèi)容均需要強(qiáng)化學(xué)習(xí)，以提升風(fēng)電場員工的業(yè)務(wù)能力和安全責(zé)任意識(shí)，保障風(fēng)電場可靠、有序運(yùn)行。

（二）優(yōu)化集中控制系統(tǒng)的功能

為了滿足風(fēng)電場智能化集中控制的需要，可以對(duì)集控系統(tǒng)的性能進(jìn)行不斷優(yōu)化。例如，可添加數(shù)據(jù)分析、風(fēng)機(jī)啟停記錄報(bào)告等功能板塊，從而做到有效分析風(fēng)電場工作期間的各類資料。為了改進(jìn)數(shù)據(jù)處理部分，在風(fēng)電場工作期間，相關(guān)信息資料的收集、組織以及分析工作均需要工作人員進(jìn)行實(shí)時(shí)開展。此外，集控中心管理工作者可借助于監(jiān)控系統(tǒng)同時(shí)分析多種類型的資料，如分析風(fēng)電場的日發(fā)電量曲線，比較分析不同風(fēng)電場中相同風(fēng)機(jī)型號(hào)的輸出。比較分析同一風(fēng)電場中風(fēng)機(jī)的風(fēng)資源，從而為風(fēng)電場的科學(xué)管理提供指導(dǎo)。

四、結(jié)語

二十一世紀(jì)以來，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)得到了迅猛發(fā)展和普及，成為可再生能源領(lǐng)域的重要構(gòu)成部分。對(duì)于風(fēng)電場而言，通常需要對(duì)幾十臺(tái)甚至上百臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行監(jiān)測(cè)管理。為了提升風(fēng)電場管理效率，積極探索風(fēng)電場智能化集中控制模式，以對(duì)多個(gè)風(fēng)電場以及風(fēng)電設(shè)備進(jìn)行集中化管理，提升風(fēng)電場運(yùn)行水平。

作者單位：內(nèi)蒙古巴音新能源有限公司