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摘要：通過5G技術(shù)，可為海上風(fēng)力發(fā)電工業(yè)控制、檢修維護(hù)、運(yùn)行監(jiān)控等不同屬性業(yè)務(wù)提供隔離獨(dú)享的網(wǎng)絡(luò)切片，保障不同業(yè)務(wù)的差異化需求與通信質(zhì)量，確保風(fēng)力發(fā)電更加高效安全可靠地運(yùn)行。同時(shí)對(duì)提升海上風(fēng)電場(chǎng)的管理效率和管理水平，實(shí)現(xiàn)運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)數(shù)字化有重要意義。本文主要對(duì)5G技術(shù)在海上風(fēng)電場(chǎng)智慧運(yùn)維中的應(yīng)用進(jìn)行了簡(jiǎn)單的探討，以供相關(guān)人員參考。

關(guān)鍵詞：5G技術(shù);海上風(fēng)電場(chǎng);智慧運(yùn)維

1、5G技術(shù)特點(diǎn)及其在海上風(fēng)電應(yīng)用現(xiàn)狀

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織3GPP的R15標(biāo)準(zhǔn)定義5G三大應(yīng)用場(chǎng)景：增強(qiáng)移動(dòng)寬帶場(chǎng)景（eMBB）低時(shí)延高可靠場(chǎng)景（uRLLC）和大連接低功耗場(chǎng)景（mMTC）。各項(xiàng)功能在電力行業(yè)的應(yīng)用需求具體如下：

1）超高可靠超低時(shí)延需求：典型代表場(chǎng)景包括智能分布式配電自動(dòng)化、毫秒級(jí)精準(zhǔn)負(fù)荷控制、主動(dòng)配電網(wǎng)差動(dòng)保護(hù)等工業(yè)控制類下行業(yè)務(wù)，對(duì)應(yīng)的切片類型為URLLC超高可靠性超低時(shí)延切片。

2）海量物聯(lián)終端接入需求：典型代表場(chǎng)景包括低壓用電信息采集、智能汽車充電站/樁、分布式電源接入等信息采集類上行業(yè)務(wù)。對(duì)應(yīng)的切片類型為mMTC海量機(jī)器通信接入切片。

3）高清視頻回傳需求：典型代表場(chǎng)景包括輸變電線路狀態(tài)監(jiān)控、無人機(jī)遠(yuǎn)程巡檢、變電站機(jī)器人巡檢、AR遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)等需要高清視頻回傳的業(yè)務(wù)場(chǎng)景，對(duì)應(yīng)的切片類型為eMBB增強(qiáng)帶寬切片。

4）高清語音通信需求：典型代表場(chǎng)景包括調(diào)度電話、管理電話、遠(yuǎn)程巡檢、應(yīng)急通信等需要高安全、高可靠、高接通率和高清通。

據(jù)調(diào)查研究，國(guó)內(nèi)多個(gè)海上風(fēng)電項(xiàng)目已有移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)成功應(yīng)用的案例。如江蘇如東海上風(fēng)電場(chǎng)和大豐海上風(fēng)電場(chǎng)均建設(shè)了4G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。但5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)還沒有在海上風(fēng)電項(xiàng)目成功應(yīng)用的案例。

2、5G技術(shù)在海上風(fēng)電場(chǎng)智慧運(yùn)維中的應(yīng)用

本文依托規(guī)劃建設(shè)的5G+4G混合專網(wǎng)，按無人風(fēng)場(chǎng)巡檢、離岸現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)2個(gè)維度對(duì)海上風(fēng)電場(chǎng)的智慧運(yùn)維應(yīng)用進(jìn)行探討。

2.1、無人風(fēng)場(chǎng)巡檢

海上風(fēng)電場(chǎng)由于環(huán)境特殊，運(yùn)維人員無法長(zhǎng)期駐守，需借助視頻和傳感器實(shí)現(xiàn)日常的遠(yuǎn)程運(yùn)行監(jiān)控;海上風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)機(jī)分布較為離散不易達(dá)到、且水下情況難以監(jiān)測(cè)，也需要無人機(jī)和無人艇來輔助巡檢;加之風(fēng)機(jī)內(nèi)部構(gòu)造復(fù)雜，一些區(qū)域人工到達(dá)不易甚至難以到達(dá)，這時(shí)可以通過特種作業(yè)機(jī)器人代替人工完成相關(guān)作業(yè)任務(wù)。

（1）風(fēng)電機(jī)組及升壓站智慧監(jiān)控。風(fēng)電機(jī)組及升壓站智慧監(jiān)控是基于4K視頻監(jiān)控設(shè)備、傳感器數(shù)據(jù)采集等手段實(shí)現(xiàn)的，是最基礎(chǔ)的海上風(fēng)場(chǎng)智慧運(yùn)維手段，主要滿足風(fēng)電場(chǎng)遠(yuǎn)程巡檢場(chǎng)景下“能看”“可感”的直接需求。具體實(shí)現(xiàn)上，4K攝像頭可部署在風(fēng)電機(jī)組及升壓站等區(qū)域，通過導(dǎo)軌移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)部署區(qū)域的全面監(jiān)控，視頻數(shù)據(jù)通過5G網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)回傳;同時(shí)數(shù)據(jù)采集主機(jī)收集回傳風(fēng)機(jī)的相關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù)。

（2）風(fēng)場(chǎng)無人機(jī)巡檢。風(fēng)場(chǎng)巡檢無人機(jī)系統(tǒng)是一套軟硬件結(jié)合的全自動(dòng)飛行系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)用戶可以在海上風(fēng)電場(chǎng)的升壓站部署自動(dòng)機(jī)庫和無人機(jī)，連接風(fēng)電場(chǎng)專網(wǎng)即可遠(yuǎn)程控制無人機(jī)全自動(dòng)起降、自動(dòng)更換電池、連續(xù)執(zhí)行任務(wù)，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化和真正“無人化”。風(fēng)場(chǎng)無人機(jī)巡檢流程主要包括3個(gè)步驟：一是無人機(jī)任務(wù)路徑規(guī)劃，二是無人機(jī)巡檢任務(wù)執(zhí)行，三是巡檢任務(wù)報(bào)表生成。

（3）風(fēng)場(chǎng)水下無人艇監(jiān)測(cè)。位于海洋環(huán)境中的海上風(fēng)電場(chǎng)，其水下環(huán)境的監(jiān)測(cè)是運(yùn)維工作的重要內(nèi)容。傳統(tǒng)的水下環(huán)境監(jiān)測(cè)一般只包括海底線纜排查，而且需要依靠人工探摸，風(fēng)險(xiǎn)高、周期長(zhǎng)。搭載高精度實(shí)時(shí)三維聲吶和淺地層剖面儀等儀器的無人艇能夠避開人工巡檢的弊端，自動(dòng)對(duì)風(fēng)電機(jī)組周邊水下區(qū)域進(jìn)行探測(cè)，檢測(cè)風(fēng)電機(jī)組樁基沖刷情況、風(fēng)電機(jī)組周邊水下地形地貌、風(fēng)電海底電纜沖刷與掩埋狀況、海上升壓站基礎(chǔ)沖刷情況等，根據(jù)調(diào)查結(jié)果評(píng)估樁基與線纜安全性和可靠性，為海上風(fēng)場(chǎng)后續(xù)的檢測(cè)作業(yè)和維護(hù)性施工提供依據(jù)，為海上風(fēng)電日常運(yùn)維提供可靠支撐。

作業(yè)時(shí)，無人艇可從碼頭出航或隨母船（運(yùn)維船）作業(yè)，可通過公網(wǎng)、5G專網(wǎng)、衛(wèi)通或借助升壓站與陸地部分通信鏈路實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，工作人員在岸端或母船上即能實(shí)現(xiàn)海上風(fēng)電檢測(cè)運(yùn)維工作。

2.2、離岸現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)

（1）運(yùn)維船舶安全輔助駕駛系統(tǒng)。運(yùn)維人員需搭乘運(yùn)維船舶前往海上風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行作業(yè)。海上航行環(huán)境復(fù)雜，運(yùn)維船舶駕駛員對(duì)船舶自身狀態(tài)、周圍航行環(huán)境、碰撞風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警等有天然需求，引入船舶安全輔助駕駛系統(tǒng)可以使駕駛員更好地感知船舶自身狀態(tài)，了解周圍航行態(tài)勢(shì)，消除駕駛員的感知不足，補(bǔ)充駕駛員的判斷不足，避免因視野盲區(qū)或者能見度較低出現(xiàn)船舶碰撞風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的情況。一套船舶安全駕駛輔助系統(tǒng)一般包括監(jiān)控測(cè)距模塊、遠(yuǎn)距離監(jiān)控聲光模塊、紅外在線測(cè)溫模塊和控制系統(tǒng)，監(jiān)控測(cè)距模塊設(shè)置在船舶的船身四周，遠(yuǎn)距離監(jiān)控聲光模塊設(shè)置在船舶的船頂位置，紅外在線測(cè)溫模塊設(shè)置在船舶的船艙內(nèi)部，監(jiān)控測(cè)距模塊、遠(yuǎn)距離監(jiān)控聲光模塊和紅外在線測(cè)溫模塊均與控制系統(tǒng)連接。

（2）北斗海上人員落水安全救援系統(tǒng)。為進(jìn)一步保障運(yùn)維傳輸人員安全，可通過部署北斗海上人員落水安全救援系統(tǒng)，確保人員落水后能得到及時(shí)救援。系統(tǒng)可實(shí)時(shí)獲取船舶位置和落水人員位置，船上人員一旦落水，北斗個(gè)人救生示位標(biāo)立即自動(dòng)開始向監(jiān)控中心上報(bào)人員位置，保證及時(shí)救援。本系統(tǒng)使用快速穩(wěn)定的5G網(wǎng)絡(luò)和寬帶衛(wèi)星通信鏈路，保證數(shù)據(jù)互聯(lián)互通的及時(shí)性和可靠性。

結(jié)束語

當(dāng)前，伴隨著5G、人工智能、機(jī)器人等技術(shù)的逐漸成熟，部分產(chǎn)品已經(jīng)在海上風(fēng)電場(chǎng)的日常運(yùn)維工作中得到應(yīng)用，使海上風(fēng)電場(chǎng)日常運(yùn)維工作實(shí)現(xiàn)“少人化”甚至在部分工作中已經(jīng)能夠達(dá)到“無人化”。但是要全面實(shí)現(xiàn)真正的“無人化”還需要相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)的不斷發(fā)展，并針對(duì)海上風(fēng)電場(chǎng)的場(chǎng)景進(jìn)行優(yōu)化，比如，5G專網(wǎng)組建能否更便捷，能否搭建一個(gè)綜合位置服務(wù)平臺(tái)對(duì)這些智慧運(yùn)維裝置進(jìn)行統(tǒng)一管理以及各類作業(yè)機(jī)器人能否再進(jìn)行針對(duì)性的定制等，這些都是后續(xù)工作中需要考慮的。筆者相信隨著相關(guān)技術(shù)的不斷迭代升級(jí)，在不遠(yuǎn)的將來，一定能夠?qū)崿F(xiàn)海上風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維“無人化”。

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