廣東省能源集團有限公司 駱文波

風(fēng)能尤其是海上風(fēng)能資源的開發(fā)利用是緩解能源緊張的重要途徑。由于海上風(fēng)電工作環(huán)境復(fù)雜，外界因素的影響導(dǎo)致海上風(fēng)電機組運行可靠性低，維護成本高，這是造成海上風(fēng)電機組運行成本居高不下的主要因素。隨著海上風(fēng)力發(fā)電市場容量的日益增加，海上風(fēng)電機組的運行維護也面臨新的標(biāo)準(zhǔn)和要求。

1 海上風(fēng)力發(fā)電機組影響運維的安裝技術(shù)分析

海上風(fēng)電機組運行中，風(fēng)電場電纜設(shè)施、風(fēng)電機組設(shè)備的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)、風(fēng)電機組設(shè)備等相關(guān)組件安裝對后續(xù)運維影響密切。做好技術(shù)交底工作，根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機組的安裝方案準(zhǔn)備各項施工設(shè)備和物資，滿足發(fā)電機組現(xiàn)場施工要求。

在進行發(fā)電機組安裝時，利用GPS 技術(shù)進行準(zhǔn)確定位，結(jié)合DP 動力裝置找準(zhǔn)定位進點，保證發(fā)電機組安裝船舶進點距離準(zhǔn)確。塔筒安裝前先對基礎(chǔ)環(huán)進行檢查，檢查塔筒、吊具，無誤后吊裝。塔筒分為下塔筒、中塔筒和上塔筒。塔筒保證沒有損傷后安排主輔吊機就位，啟動后注意控制速度，緩慢起升吊鉤，通過主輔吊機良好配合將中塔筒平穩(wěn)吊起來。對塔筒內(nèi)設(shè)置的爬梯做好位置確定，根據(jù)施工圖紙要求正確選擇爬梯方位，安裝好塔筒、緊固螺旋。上塔筒安裝要點與中塔筒的安裝技術(shù)要點相同。

安裝機艙和輪轂時，先進行吊裝準(zhǔn)備，利用主副吊機進行配合，將葉片從運輸船舶上吊到甲板上的葉片支撐架上。安裝機艙和輪轂時，先進行吊裝準(zhǔn)備，無誤后正式實施吊裝。然后再安裝葉片，利用主副吊機進行配合，將葉片從運輸船舶上吊到甲板上的葉片支撐架上。利用主吊機對葉片專用吊具進行掛設(shè)，系好纜風(fēng)繩，然后將葉片緩慢吊起，拆除葉片支架。葉片吊裝到輪轂葉根軸承相應(yīng)的法蘭接口處，調(diào)整輪轂軸承，緊固螺栓。

安裝機艙時應(yīng)注意掛好所需吊具，系好安全纜風(fēng)繩。注意卸下運輸機艙支架上的螺栓，然后將吊鉤緩慢吊起，將運輸支架卸下。做好機艙相應(yīng)法蘭面的清理，起吊過程注意控制速度，調(diào)整機艙方向，引導(dǎo)定位銷法蘭孔準(zhǔn)確對中，最后緊固螺栓。葉片起吊注意做好安全防護，利用泡沫板對輔助吊點位置進行鋪墊，防止安裝葉片后重心發(fā)生偏離。安裝好葉片后連接接地線[1]。吊裝葉輪時注意檢查吊具是否妥善到位，在主吊點兩側(cè)位置設(shè)置好纜風(fēng)繩對葉片進行防護。

由于海上風(fēng)電工作環(huán)境復(fù)雜，外界因素的影響導(dǎo)致海上風(fēng)電機組運行可靠性低、維護成本高，這是造成海上風(fēng)電機組運行成本居高不下的主要因素。大容量風(fēng)電場，采用大容量機型可在一定程度上降低運維成本，但需要的運維傳播和運維人員數(shù)量也增加。且傳統(tǒng)運維方式對工作人員來說作業(yè)危險性高、能耗大，對海洋環(huán)境又不利影響。

應(yīng)用水下機器人利用人工智能技術(shù)是解決上述問題的重要途徑。水下機器人使用3D 計算機視覺技術(shù)，利用機器學(xué)習(xí)技術(shù)可完成海上復(fù)雜危險環(huán)境各項作業(yè)。通過同步定位和映射技術(shù)識別關(guān)鍵特征和異常自動標(biāo)記，并根據(jù)置信度進行分級。利用水下機器人及時發(fā)現(xiàn)海上風(fēng)電機組運行異常，岸上維護管理人員可根據(jù)機器人標(biāo)記的信息檢查工作并確認(rèn)結(jié)果，提高了維護效率。隨著水下機器人技術(shù)的發(fā)展，各項功能的自主性越來越強，在機器人運行途中遇到導(dǎo)航障礙時更好地完成策略修正。運維人員在岸上進行遠程監(jiān)控，使工作人員遠離危險環(huán)境，減少現(xiàn)場傳播尺寸和數(shù)量，更有利于保護海洋環(huán)境。

2 海上風(fēng)力發(fā)電機組的運行安全及診斷

2.1 海上風(fēng)力發(fā)電機組的運行安全分析

海上風(fēng)力發(fā)電機組所處的環(huán)境波動性大，風(fēng)力波動會對葉片造成影響，一旦控制不當(dāng)容易給葉片造成嚴(yán)重?fù)p害，通過對海上風(fēng)力發(fā)電機組運行安全情況進行分析，做好對缺陷故障的診斷，為發(fā)電機組運行安全高效提供保障。

2.1.1 對發(fā)電機組的電控系統(tǒng)進行安全分析

一般發(fā)電機組采用自動控制的運行方式，值守人員數(shù)量少，為避免機組發(fā)生嚴(yán)重故障，借助發(fā)電機組的電控系統(tǒng)對機組設(shè)備的運行情況進行監(jiān)測和控制；對發(fā)電機組的安全鏈進行分析。一旦出現(xiàn)突發(fā)狀況時，發(fā)電機組是否可啟動緊急應(yīng)對措施是保證機組設(shè)備壽命的重點。因此在對風(fēng)力發(fā)電機組電控系統(tǒng)進行安全分析的同時，也要考慮到突發(fā)危險時應(yīng)采取怎樣的暫停措施。如風(fēng)機在遇到風(fēng)速過大、震動、變槳超限的情況時，可通過啟動緊急暫停模式，及時制止整套發(fā)電裝置運行，保證發(fā)電機組設(shè)備安全。

2.1.2 對風(fēng)機運行控制策略進行分析

采用變槳距控制技術(shù)能夠使發(fā)電機組在停機時的槳葉角度自動調(diào)整到最大位置，使機組設(shè)備處于安全狀態(tài)，從而減少發(fā)電機組整體設(shè)備承受的負(fù)載壓力，減少對設(shè)備的損害。在外界環(huán)境發(fā)生突變時，在一些較為極端的情況下，通過氣動剎車使葉片恢復(fù)到最大槳葉角，可以減少發(fā)電機組設(shè)備受到的壓力，對發(fā)電機組起到有效的保護；對發(fā)電機組的遠程監(jiān)測系統(tǒng)進行分析。

海上風(fēng)力發(fā)電機組采用現(xiàn)場無人值守模式，遠程監(jiān)測系統(tǒng)是利用現(xiàn)代信息技術(shù)和控制技術(shù)對海上風(fēng)電機組的運行情況進行監(jiān)測，幫助管理人員獲取最新數(shù)據(jù)信息，及時掌握發(fā)電機組的運行情況。對發(fā)電機組遠程監(jiān)測系統(tǒng)進行分析，保證系統(tǒng)運行工況安全，為海上風(fēng)電機組提供保護。

2.2 海上風(fēng)力發(fā)電智能診斷分析

海上風(fēng)力發(fā)電機組的運行管理重點在于識別機組設(shè)備的缺陷異常，對故障進行準(zhǔn)確診斷，從而妥善處理、消除故障。智能化故障診斷主要包括對故障特征進行提取、對故障進行診斷。故障特征的提取一般采用數(shù)據(jù)驅(qū)動技術(shù)對機組的運行數(shù)據(jù)進行采集、統(tǒng)計和分析，對機組設(shè)備運行的異常信號進行處理，結(jié)合人工智能技術(shù)對數(shù)據(jù)進行多元統(tǒng)計、變模式分解。通過對發(fā)電機組故障特征進行提取，對風(fēng)電系統(tǒng)運行和故障狀況進行分析，降低信號特征向量中的噪音和異常值，為后續(xù)的故障診斷提供重要信息[2]。由于海上風(fēng)力發(fā)電機組運行受到多種不確定性因素的影響，再加上系統(tǒng)的復(fù)雜性，故障特征信息提取的維度也在增加。

如何在復(fù)雜的非線性系統(tǒng)中避免特征信息維度的混亂，保證故障特征提取結(jié)果的準(zhǔn)確性是十分重要的。提取的故障特征信息與正常特征信息的偏差較小，以及提取故障特征信息的方法存在局限性，這些是阻礙風(fēng)力發(fā)電機組智能診斷技術(shù)發(fā)展的重要問題。

目前業(yè)內(nèi)對風(fēng)電機組故障特征進行提取的理論集中在隨機集理論、粗糙集理論、模糊集理論等，利用信息融合領(lǐng)域中的多種理論對機組數(shù)據(jù)進行處理，更好地提取故障特征屬性。對發(fā)電機組的故障診斷主要采用的方法是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、聚類分析計算。通過對算法的優(yōu)化改進及人工智能深度學(xué)習(xí)技術(shù)的應(yīng)用，自動編碼器和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在故障診斷中的應(yīng)用越來越多。隨著故障診斷模型的不斷完善，將在海上風(fēng)力發(fā)電智能診斷中發(fā)揮出越來越充分的積極作用。

3 海上風(fēng)力發(fā)電機組運行維護及控制分析

3.1 海上風(fēng)力發(fā)電機組運行維護策略

采用風(fēng)力發(fā)電智能監(jiān)控運行策略。智能監(jiān)控運行策略中，根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機組運維的實際需求可采用如下技術(shù)：風(fēng)電機組和風(fēng)電場智能化傳感技術(shù)、風(fēng)電場大數(shù)據(jù)采集技術(shù)、風(fēng)電場數(shù)據(jù)分析計算、風(fēng)電機組故障特征提取技術(shù)。根據(jù)不用風(fēng)電機組間通信兼容性的不同，制定科學(xué)的通信兼容解決方案，建立風(fēng)力發(fā)電機組運行監(jiān)控系統(tǒng)信息模型。利用風(fēng)電場集群遠程通信技術(shù)實現(xiàn)風(fēng)電場之間通信協(xié)議和數(shù)據(jù)可視化平臺，實現(xiàn)風(fēng)電場集群各部分信息的無縫集成。

采用風(fēng)力發(fā)電智能運維策略。隨著風(fēng)電智能化運維技術(shù)的發(fā)展，信息化、集群化的特點日益凸顯。在傳感技術(shù)、智能控制技術(shù)、高速數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的支持下，多種技術(shù)的融合對分析風(fēng)電機組運行狀態(tài)和工況條件提供支持，實現(xiàn)對風(fēng)電機組運行參數(shù)的及時調(diào)整，保證風(fēng)電機組設(shè)備配合度更高，機組整體運行更加可靠高效。風(fēng)電智能運維目標(biāo)的實現(xiàn)建立在信息的深度融合基礎(chǔ)上，具體包括風(fēng)電機運行數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)信息、電網(wǎng)信息等，通過構(gòu)建數(shù)據(jù)分析平臺，對單一風(fēng)電場和集群風(fēng)電場進行系統(tǒng)分析和協(xié)同控制，提高風(fēng)電機組運行整體銷量，使發(fā)電功率優(yōu)化。

風(fēng)力發(fā)電智能運維以減少維修資源消耗為原則，兼顧到機組設(shè)備固有可靠性和運行安全性，通過應(yīng)用邏輯決斷方法對機組設(shè)備進行預(yù)防性維護，減少機組發(fā)生故障的概率[3]。利用云計算平臺對風(fēng)電場設(shè)備運行數(shù)據(jù)進行挖掘，結(jié)合發(fā)電機組診斷技術(shù)，將數(shù)據(jù)分析范圍覆蓋到風(fēng)電場建設(shè)、運行的全過程中，發(fā)揮出大數(shù)據(jù)的積極效用。

3.2 海上風(fēng)力發(fā)電機組的控制措施

對風(fēng)電機組設(shè)備的安裝質(zhì)量進行控制。風(fēng)電機組設(shè)備安裝過程中進行質(zhì)量的嚴(yán)格把控，對安裝設(shè)備部件的材料質(zhì)量、性能進行檢驗審查，保證機組設(shè)備部件的材料質(zhì)量合格，性能符合風(fēng)電場生產(chǎn)工藝技術(shù)要求。機組設(shè)備安裝過程中，制定嚴(yán)格的施工質(zhì)量控制辦法，嚴(yán)格把控各個作業(yè)環(huán)節(jié)。通過嚴(yán)格把控機組設(shè)備的安裝質(zhì)量，確保風(fēng)電機組投入使用后安全可靠。

對風(fēng)電機組的設(shè)備檢修加強控制。加強風(fēng)電機組設(shè)備的巡查檢修，尤其是惡劣天氣來臨前加強對機組設(shè)備狀態(tài)的檢查，對周邊環(huán)境的風(fēng)險隱患進行排查，消除風(fēng)險隱患。根據(jù)發(fā)電機組的運行計劃做好定期檢修，做好檢修過程記錄，總結(jié)設(shè)備檢修工作中發(fā)現(xiàn)的問題，制定合理的應(yīng)對策略。通過對風(fēng)電機組設(shè)備檢修加強控制，為發(fā)電機組運行中硬件和軟件設(shè)施安全可靠奠定保障。

對風(fēng)電機組運行數(shù)據(jù)加強監(jiān)測分析。注重對風(fēng)電機組運行數(shù)據(jù)的監(jiān)測分析，包括風(fēng)力變化狀態(tài)下的機組運行參數(shù)、機組運行功率、溫度變化情況等。結(jié)合現(xiàn)場監(jiān)測到的數(shù)據(jù)信息，通過數(shù)據(jù)軟件提取有效信息，抓住特征數(shù)據(jù)，挖掘潛在規(guī)律。通過對數(shù)據(jù)的收集和分析，為遠程控制提供有力條件，為維護發(fā)電機組運行安全提供有力支持。

對風(fēng)電機組運行加強維護管理。維護管理要采用動態(tài)靈活的機制，將傳統(tǒng)的被動管理轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃庸芾怼＝L(fēng)電機組運行檔案，結(jié)合運行檔案中的數(shù)據(jù)，對發(fā)生故障率較高的設(shè)備部件和部位加強安全檢查和日常維護。根據(jù)機組設(shè)備部件的使用壽命情況，制定機組各個部位的養(yǎng)護計劃，提高對機組設(shè)備運行維護的科學(xué)性和精準(zhǔn)性。通過科學(xué)制定機組運行維護方案，嚴(yán)格執(zhí)行機組運行維護計劃，延長機組設(shè)備使用壽命，保證風(fēng)電機組運行安全高效。

3.3 海上風(fēng)力發(fā)電前景展望

海上風(fēng)能是重要的再生型清潔型資源，在新能源戰(zhàn)略中得到國家的支持。隨著海上風(fēng)力發(fā)電項目的建設(shè)和投產(chǎn)，海上風(fēng)力發(fā)電項目也正在向著多元化的方式發(fā)展。電網(wǎng)友好型技術(shù)為風(fēng)電接入形式提供了支持，風(fēng)電接入形式從單一集中接入遠距離輸送方式向著多元化方式發(fā)展，未來分散式接入和微網(wǎng)應(yīng)用將越來越多。隨著應(yīng)用場景的多樣化發(fā)展，海上風(fēng)力發(fā)電將更直接的面對用戶需求，以用戶為中心在風(fēng)電電能品質(zhì)方面建立更高的標(biāo)準(zhǔn)。分散式應(yīng)用在能源市場中也將有較快的發(fā)展，根據(jù)電力市場的發(fā)展情況，風(fēng)電能源和傳統(tǒng)電能、其他新能源、儲能、智能配電保護等方面將有越來越多的融合，在電力系統(tǒng)的運行控制、信息交互方面有廣闊的發(fā)展空間。

4 結(jié)語

海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)已被納入到廣東省海洋經(jīng)濟發(fā)展戰(zhàn)略體系中，立足于海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)解決廣東能源消耗增大的問題。立足于海上風(fēng)電開發(fā)的需求和特點，提升大型風(fēng)電機組運行維護和控制技術(shù)研究水平，完善風(fēng)電機組設(shè)備供應(yīng)鏈，推動創(chuàng)新設(shè)計和智能制造的融合發(fā)展，為海上風(fēng)電機組運行質(zhì)量水平提供保障，以科技促進廣東加速形成海上風(fēng)電完整產(chǎn)業(yè)鏈，推動海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展。