黃永堤，吳占友，郝斌

（中海石油（中國(guó)）有限公司北京新能源分公司，北京 102209）

海上風(fēng)力資源豐富，有風(fēng)力發(fā)電的良好條件。在當(dāng)下國(guó)家能源戰(zhàn)略調(diào)整的過程中，海上風(fēng)電項(xiàng)目逐步增多，在長(zhǎng)期的項(xiàng)目中行業(yè)內(nèi)陸續(xù)形成了相對(duì)完善的技術(shù)體系。但當(dāng)下海上風(fēng)電項(xiàng)目中，人們對(duì)運(yùn)維提出了新要求，有關(guān)部門應(yīng)摒棄原先的運(yùn)維觀念及方法，科學(xué)引進(jìn)信息技術(shù)等構(gòu)建運(yùn)維一體化平臺(tái)。部分海上風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維一體化平臺(tái)建設(shè)取得了一定的成就，但依舊存在諸多問題，未來海上風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目中，有關(guān)人員還需持續(xù)更新運(yùn)維技術(shù)，構(gòu)建功能更全面的運(yùn)維一體化平臺(tái)。

1 海上風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維難點(diǎn)

海上風(fēng)電場(chǎng)不同于陸地風(fēng)電項(xiàng)目，其特殊性主要表現(xiàn)在環(huán)境上。因?yàn)楹Ｉ巷L(fēng)電場(chǎng)建在海上，海洋環(huán)境相對(duì)復(fù)雜和多變，給風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行帶來了負(fù)面影響。因此，海上風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維工作面臨難度大、時(shí)間長(zhǎng)、安全風(fēng)險(xiǎn)大的特征。針對(duì)目前海上風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)維情況，主要存在以下難題：（1）風(fēng)電場(chǎng)通達(dá)困難。海上天氣相對(duì)多變，經(jīng)常面臨惡劣天氣，在此天氣條件下，運(yùn)維人員無(wú)法像陸上風(fēng)電場(chǎng)一樣及時(shí)達(dá)到風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行日常巡檢與維護(hù)，如風(fēng)電機(jī)組面臨故障，有關(guān)人員需考慮天氣等情況制定最佳的維修計(jì)劃，增大了運(yùn)維難度。（2）大部件出現(xiàn)故障的情況下，動(dòng)用大型工程船進(jìn)行吊裝與運(yùn)輸?shù)某杀据^高。

2 海上風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維平臺(tái)概念及架構(gòu)

2.1 平臺(tái)概念

海上風(fēng)電場(chǎng)一體化運(yùn)維平臺(tái)，就是要以信息技術(shù)、人工智能等新技術(shù)建立運(yùn)維大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)平臺(tái)，在海上風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行過程中，該平臺(tái)自動(dòng)采、存儲(chǔ)各種設(shè)備信息，其內(nèi)部集成了不同來源及類型的數(shù)據(jù)。大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等新技術(shù)促進(jìn)了海上風(fēng)電場(chǎng)各個(gè)部分的集成，使每個(gè)部分能獨(dú)立開展工作，又能協(xié)調(diào)方式完成各方面任務(wù)。平臺(tái)不僅能在海上風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行期間采集各種狀態(tài)、參數(shù)信息，還能自動(dòng)分析信息，識(shí)別異常并啟動(dòng)預(yù)警。在當(dāng)前技術(shù)發(fā)展的今天，運(yùn)維一體化平臺(tái)中可采用的技術(shù)類型相對(duì)較多，在平臺(tái)自帶功能支持下，由運(yùn)維人員統(tǒng)一負(fù)責(zé)設(shè)備運(yùn)行與維護(hù)，達(dá)到設(shè)備、人、數(shù)據(jù)、安全、環(huán)境的高度統(tǒng)一，即使部分設(shè)備在運(yùn)行中存在問題，也能快速整合信息確定故障類型及原因，制定最佳的解決措施，恢復(fù)設(shè)備的正常運(yùn)行。因此，與傳統(tǒng)的運(yùn)維方式相比，運(yùn)維一體化平臺(tái)可為相關(guān)工作提供便捷，用自動(dòng)化取代人工作業(yè)，減少在運(yùn)維方面的人工投入，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。

2.2 平臺(tái)架構(gòu)

為凸顯運(yùn)維一體化平臺(tái)在海上風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目中的作用，相關(guān)人員在具體的工作中應(yīng)合理設(shè)計(jì)平臺(tái)架構(gòu)，此架構(gòu)應(yīng)包含運(yùn)維數(shù)據(jù)中心、風(fēng)電機(jī)組生產(chǎn)運(yùn)行監(jiān)管系統(tǒng)、資產(chǎn)管理系統(tǒng)、運(yùn)維評(píng)價(jià)系統(tǒng)等，能在平臺(tái)運(yùn)行時(shí)自動(dòng)采集、智能分析，替代原先的人工運(yùn)維模式。運(yùn)維一體化平臺(tái)投入使用后，風(fēng)電機(jī)組的各類數(shù)據(jù)均能在平臺(tái)內(nèi)集中管理，使平臺(tái)數(shù)據(jù)模塊自動(dòng)處理各類信息，以信息為基準(zhǔn)制定最佳的運(yùn)營(yíng)策略。

2.3 運(yùn)維數(shù)據(jù)中心

運(yùn)維一體化平臺(tái)中運(yùn)維數(shù)據(jù)中心為關(guān)鍵構(gòu)成，承擔(dān)著數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、集成等關(guān)鍵任務(wù)。以數(shù)據(jù)采集為例，主要由運(yùn)維數(shù)據(jù)中心來實(shí)現(xiàn)，該中心可收集到不同來源與不同類型的數(shù)據(jù)，再將數(shù)據(jù)分類存儲(chǔ)于對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)，在需要時(shí)調(diào)取。數(shù)據(jù)中心采集到的數(shù)據(jù)有實(shí)時(shí)監(jiān)控類；運(yùn)行計(jì)劃管控指標(biāo)類；技術(shù)支撐類，如設(shè)備運(yùn)行、試驗(yàn)、檢修等數(shù)據(jù)；運(yùn)行管理類，主要為各種生產(chǎn)報(bào)表、設(shè)備運(yùn)行臺(tái)賬。這些數(shù)據(jù)的來源廣，數(shù)量龐大，且數(shù)據(jù)格式不一，運(yùn)維一體化平臺(tái)的數(shù)據(jù)中心應(yīng)整合各類數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)篩選、分析，從中提取出更有價(jià)值的數(shù)據(jù)，在此過程中數(shù)據(jù)處理效率高，能在后續(xù)的運(yùn)維工作中發(fā)揮數(shù)據(jù)價(jià)值。

3 海上風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維一體化平臺(tái)的開發(fā)應(yīng)用

3.1 關(guān)鍵技術(shù)

3.1.1 運(yùn)維全過程管理

海上風(fēng)電場(chǎng)包含了多種設(shè)備，這些設(shè)備的種類繁多，每個(gè)設(shè)備都有其各自的運(yùn)行特點(diǎn)。在運(yùn)維過程中為降低設(shè)備故障概率，應(yīng)利用運(yùn)維一體化平臺(tái)實(shí)現(xiàn)全過程管理，由系統(tǒng)自動(dòng)監(jiān)控風(fēng)電場(chǎng)SCADA、CMS 系統(tǒng)，一旦在風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行中設(shè)備發(fā)生了故障，平臺(tái)中的設(shè)備健康管理模塊能自動(dòng)對(duì)比異常數(shù)據(jù)與正常數(shù)據(jù)的偏差，如偏差超出標(biāo)準(zhǔn)時(shí)反饋信號(hào)，提醒相關(guān)模塊注意處理異常部分，當(dāng)相應(yīng)模塊接收到反饋后，全面分析故障預(yù)警特征值、知識(shí)庫(kù)，以確定故障類型、位置及原因。因?yàn)楹Ｉ巷L(fēng)電場(chǎng)環(huán)境的特殊性，出海維護(hù)時(shí)的難度系數(shù)較大，系統(tǒng)可綜合諸多信息，自動(dòng)計(jì)算維護(hù)此故障時(shí)的成本消耗、資源投入，通過確定故障對(duì)海上風(fēng)電場(chǎng)其他部分造成的危害程度、維修期間需投入的人力、物力等資源，再綜合分析設(shè)備安全情況，判定是否需實(shí)施出海維護(hù)，如必須出海維護(hù)，則需制定工作計(jì)劃，選擇備品備件、工具等查詢天氣情況，得到完整且準(zhǔn)確的風(fēng)、浪等基本信息，選擇恰當(dāng)?shù)某龊r(shí)機(jī)，避免出海時(shí)受異常氣象的干擾；不需要出海維護(hù)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)結(jié)合已有信息生成維護(hù)任務(wù)包。

運(yùn)維過程中考慮到海洋環(huán)境的特殊性，相關(guān)人員也需要合理選擇運(yùn)維工具，但在此過程中需綜合分析故障零部件、備件備品、工具特征。如海上天氣條件相對(duì)穩(wěn)定，無(wú)異常風(fēng)、浪等情況，需立即生成出海維護(hù)計(jì)劃；如氣象條件異常，應(yīng)維持原狀，等待最佳的出海維護(hù)時(shí)機(jī)，實(shí)施暫時(shí)性維護(hù)。出海維護(hù)船應(yīng)按既定路線抵達(dá)故障區(qū)域，立即開始運(yùn)維工作，在此期間，應(yīng)完整、準(zhǔn)確地記錄工作期間的過程、結(jié)果等；有關(guān)人員按既定計(jì)劃實(shí)施了一系列維護(hù)操作后，由系統(tǒng)根據(jù)其內(nèi)部記錄，計(jì)算本次維護(hù)工作下的人力、物力消耗情況，得到總成本，構(gòu)成維護(hù)成本數(shù)據(jù)庫(kù)，該數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息在后續(xù)可直接調(diào)用，指導(dǎo)有關(guān)的故障處理。

3.1.2 設(shè)備管理

海上風(fēng)電場(chǎng)包含多種專業(yè)化設(shè)備，不同設(shè)備之間存在一定的關(guān)聯(lián)性，在各項(xiàng)運(yùn)維工作中相關(guān)人員需理清不同設(shè)備之間的關(guān)系。由于海上風(fēng)電場(chǎng)中的設(shè)備類型多樣，具體的工作中相關(guān)人員需制定分類標(biāo)準(zhǔn)，在將設(shè)備分類后選擇恰當(dāng)?shù)墓芾矸绞?。設(shè)備臺(tái)賬中記錄的信息相對(duì)較多，如每臺(tái)風(fēng)電機(jī)組、主要部件的生產(chǎn)廠家、型號(hào)等基本參數(shù)，在實(shí)際的工作中相關(guān)人員需定期更新臺(tái)賬中的設(shè)備故障、維護(hù)等信息。

海上風(fēng)電項(xiàng)目的各項(xiàng)管理、維護(hù)工作中，交通條件的限制性較大，確定維護(hù)和管理方案之前有關(guān)人員需著力分析可達(dá)性，這一分析結(jié)果與工具檢修船舶的出行息息相關(guān)，需通過氣象等因素制定出行計(jì)劃。如遇淺灘等特殊條件，通道十分困難，海上維護(hù)作業(yè)中面臨諸多風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)海上風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)，海上船只成本占運(yùn)維總成本的比重較高，海上風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)維任務(wù)艱巨，對(duì)不同部件、不同故障的維護(hù)，所需用到的工具、船只、人員等有明顯區(qū)別，為合理安排運(yùn)維工作，相關(guān)人員必須合理安排調(diào)度任務(wù)。船舶調(diào)度的難度較大，需由海圖GIS 來實(shí)現(xiàn)，借助其實(shí)時(shí)定位等功能，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)調(diào)度，在整個(gè)工作期間可統(tǒng)計(jì)、管理船舶編號(hào)、作業(yè)類型、船舶類型、狀態(tài)、噸位等基本信息。

3.1.3 數(shù)據(jù)分析及優(yōu)化運(yùn)維

運(yùn)維數(shù)據(jù)中心可集成、存儲(chǔ)、分析、調(diào)用數(shù)據(jù)，以數(shù)據(jù)為參考確定運(yùn)維策略，符合風(fēng)電場(chǎng)智能化運(yùn)維的要求。在實(shí)際的工作中相關(guān)人員可引入多樣化數(shù)學(xué)方法，對(duì)各類數(shù)據(jù)展開橫向與縱向比對(duì)，借助專業(yè)工具開展線性和相關(guān)性分析、總結(jié)規(guī)律等，生成分析報(bào)告。大數(shù)據(jù)系統(tǒng)能對(duì)挖掘歷史數(shù)據(jù)，計(jì)算實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，從而綜合這些數(shù)據(jù)信息統(tǒng)計(jì)風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行情況。

風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行過程中，風(fēng)速為影響機(jī)組運(yùn)行效率的直接因素，不同的風(fēng)速條件下機(jī)組運(yùn)行效率等各有不同。在設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障預(yù)警時(shí)相關(guān)人員應(yīng)考慮工況情況，分析不同工況條件下的設(shè)備運(yùn)行情況。如在實(shí)際的工作中以風(fēng)機(jī)出廠性能曲線劃分工況的方式來全面分析機(jī)組的運(yùn)行情況，顯然難以與當(dāng)下的實(shí)際情況相一致。為此，實(shí)際的工作中應(yīng)基于大量運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)從空間分布角度劃分工況簇，這一劃分方式具有智能化特點(diǎn)，參考目標(biāo)指標(biāo)為評(píng)價(jià)基準(zhǔn)，從不同工況簇工況中尋優(yōu)，并綜合運(yùn)行邊界條件、運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)備特性等基本情況，完成機(jī)組能效評(píng)價(jià)、故障檢測(cè)與分析。

運(yùn)維一體化平臺(tái)中風(fēng)功率特性功能模塊為其中的關(guān)鍵部分，在實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中集成了風(fēng)機(jī)運(yùn)行、運(yùn)維等完成信息，平臺(tái)有關(guān)模塊能自動(dòng)統(tǒng)計(jì)、篩選信息，得到風(fēng)機(jī)機(jī)組風(fēng)速與電功率之間存在的聯(lián)系，以曲線圖呈現(xiàn)，再由系統(tǒng)自動(dòng)分析在線離散度偏差情況，以數(shù)據(jù)結(jié)果判定風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)等基本情況，采取一系列調(diào)整與控制措施，保持機(jī)組良好的運(yùn)行狀態(tài)。由于運(yùn)維一體化平臺(tái)中采用了大數(shù)據(jù)與人工智能等技術(shù)，在實(shí)際的工作中能綜合歷史和現(xiàn)有數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)風(fēng)功率，并評(píng)※※估風(fēng)資源分布和使用情況，從而以這些情況為前提優(yōu)化機(jī)組相關(guān)參數(shù)，提升風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行水平。

3.1.4 設(shè)備故障預(yù)警及專家診斷

海上風(fēng)電場(chǎng)在運(yùn)行過程中可能面臨諸多不確定因素，引發(fā)突發(fā)故障，這類型故障的維修難度大、費(fèi)用高，引發(fā)的經(jīng)濟(jì)損失較大。為了有效解決這一問題，運(yùn)維一體化平臺(tái)中的故障預(yù)測(cè)與健康管理系統(tǒng)可自動(dòng)建立故障預(yù)測(cè)模型，該模型在后續(xù)的工作中能自動(dòng)挖掘、整合與篩選數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)中分析故障信息。設(shè)備狀態(tài)預(yù)警指當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到機(jī)組數(shù)據(jù)有異常時(shí)，將立即反饋信息，并同步發(fā)送預(yù)警，展開分類統(tǒng)計(jì)、狀態(tài)跟蹤、精準(zhǔn)挖掘、專項(xiàng)分析。設(shè)備狀態(tài)預(yù)警主要依托相似性原理的閾值自建模技術(shù)，該技術(shù)支持下幾乎不會(huì)出現(xiàn)誤報(bào)、漏報(bào)問題。

設(shè)備健康度管理EME 選用深度學(xué)習(xí)框架，通過對(duì)SCADA、CMS、音視頻圖像等數(shù)據(jù)進(jìn)行建模并分析，經(jīng)由相應(yīng)模型，在線監(jiān)測(cè)風(fēng)機(jī)的狀態(tài)健康度，一旦健康度不達(dá)標(biāo)，需立即發(fā)送預(yù)警信號(hào)，提醒相關(guān)人員進(jìn)行故障處理。

3.2 平臺(tái)應(yīng)用

3.2.1 運(yùn)維過程業(yè)務(wù)管理

運(yùn)維一體化平臺(tái)兼具多重功能，即使在海洋復(fù)雜多變的環(huán)境，該平臺(tái)也能克服諸多限制，集成各種機(jī)組信息，以數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)開展相應(yīng)的工作。如在機(jī)組運(yùn)行動(dòng)態(tài)信息的監(jiān)測(cè)方面，平臺(tái)能自動(dòng)監(jiān)測(cè)風(fēng)機(jī)的停機(jī)/運(yùn)行、故障、檢修、報(bào)警等情況。在統(tǒng)計(jì)機(jī)組信息方面，平臺(tái)內(nèi)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理能力決定了其在這一方面存在明顯優(yōu)勢(shì)，如機(jī)組的啟停機(jī)次數(shù)及時(shí)間、風(fēng)能利用情況、風(fēng)機(jī)推力系數(shù)、扭力曲線、功率曲線、溫度數(shù)據(jù)、風(fēng)速、風(fēng)向等數(shù)據(jù)都能在該平臺(tái)內(nèi)被應(yīng)用起來。

總之，在運(yùn)維一體化平臺(tái)中的運(yùn)維過程業(yè)務(wù)管理方面，平臺(tái)可發(fā)揮其功能優(yōu)勢(shì)，嚴(yán)格按照機(jī)組維護(hù)的有關(guān)要求，由專業(yè)技術(shù)人員、管理人員協(xié)商制定檢修維護(hù)方案，為實(shí)際工作指導(dǎo)。結(jié)合實(shí)際的工作需求，維護(hù)計(jì)劃內(nèi)應(yīng)包含完整的信息，如維護(hù)機(jī)組編號(hào)、維護(hù)設(shè)備編號(hào)、維護(hù)時(shí)間、維護(hù)人員、維護(hù)內(nèi)容、所需設(shè)備類型等，只有保障內(nèi)容的完整性，并確保其中方法、技術(shù)等的合理性，才能使后續(xù)相關(guān)人員嚴(yán)格執(zhí)行該計(jì)劃，提高設(shè)備維護(hù)整體水平。在相關(guān)部門批準(zhǔn)了維護(hù)計(jì)劃后，維護(hù)人員需立即在系統(tǒng)內(nèi)打印維護(hù)過程記錄表，該表格中包含維護(hù)結(jié)果、維護(hù)人員、維護(hù)所用時(shí)間、費(fèi)用等基本信息。

3.2.2 移動(dòng)電子兩票

在完善的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中，可保持工作票與操作票的電子簽名確認(rèn)、簽發(fā)與許可，這一方面的管理功能為海上風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)維工作創(chuàng)造了較大便捷。風(fēng)電場(chǎng)負(fù)責(zé)電子工作票的填寫與簽發(fā)，前期所制定的安全隔離措施需由現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維人員來實(shí)施，當(dāng)其按照相應(yīng)規(guī)定完成了任務(wù)后再將相應(yīng)結(jié)果拍照上傳到審核平臺(tái)，由集中控制中心完成最終審核。

4 結(jié)語(yǔ)

風(fēng)電事業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展趨勢(shì)下，海上風(fēng)電場(chǎng)應(yīng)采用全新的運(yùn)維模式，相關(guān)人員需借助現(xiàn)代信息技術(shù)構(gòu)建科學(xué)且合理的運(yùn)維一體化平臺(tái)，保障該平臺(tái)功能的多樣性。未來相關(guān)人員針對(duì)海上風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目，必須持續(xù)注重運(yùn)維工作，克服原來運(yùn)維模式的限制，引進(jìn)新技術(shù)開發(fā)全新的運(yùn)維一體化平臺(tái)。