呂思明

摘要：近年來(lái)，隨著大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、5G通信、人工智能等新基建技術(shù)的不斷進(jìn)步，風(fēng)力發(fā)電行業(yè)與整個(gè)工業(yè)系統(tǒng)正在進(jìn)行深度融合，以實(shí)現(xiàn)風(fēng)電行業(yè)工業(yè)產(chǎn)品的智能化升級(jí)，推動(dòng)風(fēng)電智能運(yùn)維技術(shù)發(fā)展，這符合行業(yè)發(fā)展的客觀需求。同時(shí)，在風(fēng)電整機(jī)產(chǎn)品嚴(yán)重同質(zhì)化、風(fēng)電上網(wǎng)售電平價(jià)化的政策背景下，通過(guò)數(shù)字化智能運(yùn)維方法提升產(chǎn)品附加價(jià)值，合理化降本增效，是在本輪產(chǎn)業(yè)發(fā)展中提升風(fēng)電產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力和行業(yè)地位的必要手段。

關(guān)鍵詞：智能運(yùn)維;大數(shù)據(jù);新基建;風(fēng)力發(fā)電;平價(jià)時(shí)代;降本增效

引言

資產(chǎn)的保值增值是投資者關(guān)心的重要問(wèn)題。近些年隨著風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展、裝機(jī)容量及運(yùn)行時(shí)間快速增加，如何提升風(fēng)電設(shè)備的利用率、降低風(fēng)電設(shè)備龐大的運(yùn)行維護(hù)成本等問(wèn)題已經(jīng)成為風(fēng)電場(chǎng)管理者關(guān)心的首要問(wèn)題，從計(jì)劃性維護(hù)到預(yù)防性維護(hù)的演變將為投資者實(shí)現(xiàn)投資收益的最大化提供必要的條件。而大數(shù)、云平臺(tái)等IT技術(shù)的發(fā)展，為建立電子化、系統(tǒng)化的風(fēng)電場(chǎng)智能運(yùn)維管控系統(tǒng)來(lái)提升風(fēng)電運(yùn)維技術(shù)水平提供了有力的支撐。IT技術(shù)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)及云平臺(tái)的高速發(fā)展、智能手機(jī)的普遍使用為風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維管理系統(tǒng)提供良好的運(yùn)行平臺(tái)。

1智能運(yùn)維系統(tǒng)軟件架構(gòu)

1.1業(yè)務(wù)板塊

業(yè)務(wù)板塊是整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)智能運(yùn)維系統(tǒng)的核心，數(shù)據(jù)板塊和平臺(tái)運(yùn)維板塊的存在都是為了更好地支撐業(yè)務(wù)板塊功能。根據(jù)風(fēng)電行業(yè)目前的運(yùn)營(yíng)管理方式分析及未來(lái)發(fā)展的展望，業(yè)務(wù)板塊主要分為集控系統(tǒng)、運(yùn)行維護(hù)、智能預(yù)警和專(zhuān)家系統(tǒng)4大部分。

集控系統(tǒng)基于遠(yuǎn)程監(jiān)控及全景展示實(shí)用化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集、傳輸、存儲(chǔ)及實(shí)時(shí)展示，達(dá)到“集中監(jiān)控、專(zhuān)業(yè)化檢修維護(hù)”的集約化管理模式。集控系統(tǒng)設(shè)計(jì)為2大業(yè)務(wù)模塊：實(shí)時(shí)監(jiān)控和報(bào)表系統(tǒng)。

1.2數(shù)據(jù)板塊

實(shí)現(xiàn)智能運(yùn)維數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和備份，需滿(mǎn)足如下要求：

a.支持海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，支持?jǐn)?shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)擴(kuò)容。

b.支持關(guān)系型數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化存儲(chǔ)，提供關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)操作接口;主要用來(lái)存儲(chǔ)集控系統(tǒng)采集的每個(gè)風(fēng)場(chǎng)、每臺(tái)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)等。

c.支持半結(jié)構(gòu)化的日志文件（文本或者其他格式）存儲(chǔ)，提供日志文件操作接口。

d.支持圖片、視頻及聲音等媒體文件的存儲(chǔ)，提供操作接口。所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)包含平臺(tái)數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、集控?cái)?shù)據(jù)、運(yùn)維數(shù)據(jù)及專(zhuān)家數(shù)據(jù)5個(gè)部分。其中平臺(tái)數(shù)據(jù)主要為智能運(yùn)維系統(tǒng)平臺(tái)自身的運(yùn)行維護(hù)（權(quán)限分配、模塊動(dòng)態(tài)接入、界面動(dòng)態(tài)布局等）提供支撐;基礎(chǔ)數(shù)據(jù)則為智能運(yùn)維系統(tǒng)業(yè)務(wù)開(kāi)展（經(jīng)緯度數(shù)據(jù)、GIS數(shù)據(jù)、行政區(qū)域數(shù)據(jù)等）提供支撐;集控?cái)?shù)據(jù)、運(yùn)維數(shù)據(jù)及專(zhuān)家數(shù)據(jù)統(tǒng)一歸為業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，為智能運(yùn)維系統(tǒng)業(yè)務(wù)的開(kāi)展提供支撐并記錄臺(tái)賬。

2風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維技術(shù)現(xiàn)狀

風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維是風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)營(yíng)管理的重要環(huán)節(jié)之一，其目的在于維持和提高設(shè)備可利用率，提升設(shè)備的發(fā)電性能并降低運(yùn)營(yíng)成本，從而保證風(fēng)電場(chǎng)在整個(gè)生命周期內(nèi)的投資收益率。因此，風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維水平對(duì)風(fēng)電機(jī)組發(fā)電性能及發(fā)電量有著直接的影響，并決定了整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)效益。

目前，風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維模式主要包括計(jì)劃性維護(hù)和非計(jì)劃性維護(hù)。計(jì)劃性維護(hù)依靠現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維人員按照運(yùn)維計(jì)劃對(duì)風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行維護(hù)檢查及消缺，該運(yùn)維方式存在間斷性和滯后性特點(diǎn)，難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組的缺陷。非計(jì)劃性維護(hù)依靠風(fēng)電機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)的故障告警提示，在機(jī)組報(bào)出故障后由現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維人員對(duì)故障進(jìn)行處理。該運(yùn)維方式受備件、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境及故障發(fā)生時(shí)間等因素的影響，易出現(xiàn)故障處理響應(yīng)慢、風(fēng)電機(jī)組停機(jī)時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題。

傳統(tǒng)的風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維以分散式運(yùn)維為主，主要表現(xiàn)為機(jī)組分散、運(yùn)維人員分散、備品備件分散，即以單個(gè)風(fēng)電場(chǎng)為單位的分散式運(yùn)維，風(fēng)電場(chǎng)間的人力資源和備品備件相互獨(dú)立、互不共享。在分散式運(yùn)維模式下，因無(wú)法實(shí)現(xiàn)資源共享和集中統(tǒng)一協(xié)調(diào)，各個(gè)風(fēng)電場(chǎng)為保證運(yùn)維效率，避免機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間故障停機(jī)，通常在風(fēng)電場(chǎng)部署充足的運(yùn)維人員及備品備件，導(dǎo)致風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維成本高，難以滿(mǎn)足風(fēng)電平價(jià)時(shí)代的要求。同時(shí)，傳統(tǒng)的風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維方式缺乏統(tǒng)一的運(yùn)維標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，運(yùn)維人員水平參差不齊，風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行維護(hù)和定期檢查缺少有效的運(yùn)維監(jiān)管，導(dǎo)致部分運(yùn)維工作流于形式，運(yùn)維質(zhì)量難以保證，從而無(wú)法發(fā)揮機(jī)組的最優(yōu)發(fā)電性能，造成發(fā)電量損失，機(jī)組的安全性也經(jīng)受到嚴(yán)峻考驗(yàn)。因此，如何在低運(yùn)維成本的壓力下實(shí)現(xiàn)機(jī)組運(yùn)維質(zhì)量的不斷提升、提高機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性，這將是風(fēng)電企業(yè)一個(gè)亟待解決的課題。

3新基建時(shí)代下風(fēng)電場(chǎng)智能運(yùn)維體系建設(shè)

在新基建時(shí)代背景下，傳統(tǒng)風(fēng)電運(yùn)維技術(shù)將與物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字孿生、人工智能、邊緣計(jì)算、云計(jì)算、無(wú)人機(jī)、5G通信、智能終端等新技術(shù)進(jìn)行深度融合，并借助大數(shù)據(jù)平臺(tái)和信息化技術(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)性維護(hù)和遠(yuǎn)程診斷，實(shí)現(xiàn)行業(yè)智能化、數(shù)字化轉(zhuǎn)型。風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維體系的智能化將從多層面、多維度進(jìn)行精細(xì)化滲透。

3.1智能風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維

在智能風(fēng)電機(jī)組的基礎(chǔ)上，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)及5G通信技術(shù)，將邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)上傳云端，并基于數(shù)字孿生技術(shù)構(gòu)建與實(shí)際風(fēng)電機(jī)組一一對(duì)應(yīng)的虛擬風(fēng)電機(jī)組，形成基于數(shù)據(jù)模型的可視化虛擬風(fēng)電場(chǎng)。同時(shí)，借助無(wú)人機(jī)蜂群系統(tǒng)捕捉實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)風(fēng)電機(jī)組數(shù)據(jù)，為數(shù)據(jù)檢測(cè)和驗(yàn)證提供依據(jù)。無(wú)人機(jī)群系統(tǒng)通過(guò)蜂群編隊(duì)、智能巡檢，可有效提高運(yùn)維效率。后端利用大數(shù)據(jù)平臺(tái)與云計(jì)算技術(shù)，匯總風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維信息，并基于機(jī)器學(xué)習(xí)的模型算法與PHM系統(tǒng)，支撐場(chǎng)級(jí)管理決策，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組的故障預(yù)測(cè)和健康管理，最終達(dá)到風(fēng)電場(chǎng)效益提升的目的。與傳統(tǒng)風(fēng)電場(chǎng)相比，基于這些新興技術(shù)所構(gòu)建的智能風(fēng)電場(chǎng)的智能化、自動(dòng)化及運(yùn)維效率將極大提高，可實(shí)現(xiàn)場(chǎng)站的少人化甚至無(wú)人化值守。這有利于降低運(yùn)維成本和因調(diào)度計(jì)劃性限電所致的棄風(fēng)率，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)收益最大化。

3.2大數(shù)據(jù)分析在風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維中的全息應(yīng)用

全息應(yīng)用是對(duì)大數(shù)據(jù)分析深層應(yīng)用的橫向拓展，以深層應(yīng)用為中心，結(jié)合“云計(jì)算”與“人工智能”，賦予風(fēng)電場(chǎng)“智慧”，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)設(shè)備“自我管控”的最終目標(biāo)。智慧風(fēng)場(chǎng)包含以下2種智能系統(tǒng)：

（1）智能故障預(yù)警系統(tǒng)。智能故障預(yù)警系統(tǒng)以短期、超短期風(fēng)速波動(dòng)數(shù)據(jù)和傳感數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，經(jīng)過(guò)大數(shù)據(jù)中心分析，根據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行故障點(diǎn)預(yù)測(cè)，并向現(xiàn)場(chǎng)人員提供故障預(yù)警分析以及故障預(yù)警報(bào)告，通過(guò)提前更換折損部件，縮短機(jī)組故障停機(jī)時(shí)間，變相提升運(yùn)維效率。

（2）智能故障診斷系統(tǒng)。智能故障診斷系統(tǒng)根據(jù)設(shè)備部分歷史周期信息和當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)，結(jié)合設(shè)備運(yùn)行中產(chǎn)生的信息，自主比對(duì)數(shù)據(jù)中心內(nèi)歷史故障信息。基于比對(duì)結(jié)果給出故障針對(duì)信息，出具初步排障方案和步驟，減少排障時(shí)間，降低排障難度。

結(jié)語(yǔ)

隨著風(fēng)電行業(yè)大規(guī)模、快速發(fā)展，風(fēng)電場(chǎng)低成本運(yùn)維需求越來(lái)越強(qiáng)烈，傳統(tǒng)的風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維模式在風(fēng)電平價(jià)政策下所存在的局限性也隨之凸顯。本文分析了當(dāng)前風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維技術(shù)現(xiàn)狀，認(rèn)為在國(guó)家提出大力發(fā)展新基建的時(shí)代背景下，未來(lái)的風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維技術(shù)將融合大數(shù)據(jù)、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、5G通信等新基建技術(shù)，并利用智能化、數(shù)字化技術(shù)手段，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)實(shí)行集約式統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)有效降本增效;并從風(fēng)電機(jī)組、風(fēng)電場(chǎng)及場(chǎng)群角度出發(fā)，分析了不同維度下的風(fēng)電運(yùn)維智能化發(fā)展方向，構(gòu)建了風(fēng)電智能運(yùn)維生態(tài)體系，在一定程度上為風(fēng)電行業(yè)“服務(wù)型制造”的轉(zhuǎn)型之路提供參考。

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