智慧風電場發(fā)展現(xiàn)狀及規(guī)劃建議

智慧風電場發(fā)展現(xiàn)狀及規(guī)劃建議摘要：近年來社會用電需求的不斷增大，電力工程建設數(shù)量也逐漸增多。隨著新能源行業(yè)的快速發(fā)展，我國風電裝機總量及裝機容量急劇增加，截止到2019年11月底，我國風電累計并網(wǎng)容量已超過2億千瓦，新增風電裝機容量達1646萬千瓦。隨著風電裝機容量的攀升及機組運行時間的增長，如何降低設備故障率，提高機組利用率，降低設備運維成本，進而提升風電場的收益，成為風電場運維工作的主要目標。隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”、大數(shù)據(jù)處理、通信、人工智能、信息、云計算等技術以及風電技術的不斷發(fā)展，為數(shù)字化智慧風電場建設提供了前提條件，也給智慧風電場的發(fā)展帶來新的契機。本文就智慧風電場發(fā)展現(xiàn)狀及規(guī)劃建議展開探討。關鍵詞：智慧風電場；數(shù)字化風電場；智能監(jiān)測引言近年來，自然資源能耗不斷加大，環(huán)境保護頗受重視，世界各國都在大力開發(fā)和使用新型、環(huán)保、綠色能源，風力發(fā)電得到了大力支持和快速發(fā)展。風電行業(yè)快速發(fā)展的同時，必然會對風電運維人員提出相應的管理要求，特別是安全管理，其目的在于不斷地提高和確保設備安全可靠、減少或杜絕人員三違，確保人的安全，在整個風電場的運營期內，使設備始終保持安全穩(wěn)定的運轉狀態(tài)，從而提高風電場的發(fā)電量和發(fā)電效率。1智慧風電場發(fā)展現(xiàn)狀目前，國內外對智慧風電場建設及其關鍵技術的研究十分活躍，其相關技術也隨之不斷發(fā)展。智慧風電場關鍵技術包括：風機關鍵設備狀態(tài)智能監(jiān)測技術、智能故障診斷技術、風力機智能控制技術、智慧運維技術、大數(shù)據(jù)智能分析技術、精準風功率預測技術、備品備件智能管理技術、風電場信息智能管理技術等。其中，風力機智能控制技術已進行了大量的研究，并取得了較好的成果。目前，兆瓦級風機已普遍實現(xiàn)了自動啟停、自動偏航、自動變槳、自動功率調節(jié)等功能。目前，風機廠家及科研機構雖然在數(shù)字化智慧風電場建設方面做了大量的工作，但現(xiàn)有風電場與數(shù)字化智慧風電場還存在較大差距，主要體現(xiàn)在以下幾個方面。（1）缺少對風場選址、機組選型、基建過程信息的數(shù)字化智能化管理功能，無法實現(xiàn)設備全壽命周期相關過程的智慧化監(jiān)管。（2）缺少對運維過程及質量、運維安全監(jiān)督的智能評估體系及方法。（3）對風電場各系統(tǒng)、設備健康狀態(tài)的評估還需人工參與，未實現(xiàn)真正的智能評估。（4）由于業(yè)內競爭及數(shù)據(jù)保密等原因，各風機廠家開發(fā)的平臺及系統(tǒng)對其他廠商生產(chǎn)的機型適用性相對較弱，不能滿足風電場對多家廠商、多種機型信息綜合分析管理的需求。（5）初步整合的信息管理平臺雖然實現(xiàn)了部分生產(chǎn)、管理和經(jīng)營業(yè)務間的協(xié)同，但仍存在部分信息孤島如狀態(tài)監(jiān)測（CMS）數(shù)據(jù)、離線檢測數(shù)據(jù)等。積累的海量歷史數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)未得到有效的分析和充分利用。（6）智能決策能力不足，僅完成了數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析等基本功能，離智能管控一體化要求還存在一定差距。設備狀態(tài)數(shù)據(jù)、備品備件信息與管理平臺缺乏有效關聯(lián)，無法根據(jù)數(shù)據(jù)分析結果自動推出運行優(yōu)化、檢修方案和備件采購工單等一系列運維決策建議。2智慧風電場建設對策2.1要加快制定統(tǒng)一的安全生產(chǎn)標準上級安全管理和高層領導們要充分調研生產(chǎn)一線在安全管理方面的需求，更新優(yōu)化更加切合實際的安全生產(chǎn)標準，因為經(jīng)過多年的積累和沉淀之后，有可能公司整合、部門調整、行業(yè)法律法規(guī)、制度標準、管理體系等都發(fā)生了不小的變化，與當下安全生產(chǎn)工作的期望要求已不般配，給安全管理人員監(jiān)管增加難度。有時，上級公司會拿著其他的管理標準去查所管轄的風電場，或者是檢查人員拿著各種國家規(guī)范查現(xiàn)場，風電場的管理標準不統(tǒng)一，即便是同屬于一家上級公司，各家也有各家的管理標準或制度規(guī)范，這樣即使公司制定了一套規(guī)章制度，也無法滿足這種如同大海撈針式的檢查，通常弄得現(xiàn)場無所適從。2.2設備及數(shù)據(jù)問題現(xiàn)階段風電場對各設備狀態(tài)的監(jiān)測與感知、控制優(yōu)化、設備故障預警等方面存在較多不足。（1）風電場對各設備狀態(tài)監(jiān)測存在盲區(qū)，目前風電場僅能監(jiān)測風機部分設備以及升壓站的部分運行狀態(tài)。由于風機簡配以及投資成本等原因，部分設備、系統(tǒng)的運行狀態(tài)一直未得到有效監(jiān)測，如葉片、變槳軸承、變槳系統(tǒng)后備電源、偏航減速器、通信滑環(huán)以及發(fā)電機絕緣狀態(tài)等，這導致風電場無法實時獲取各關鍵設備的狀態(tài)數(shù)據(jù)信息，進而導致風電場評價設備狀態(tài)用數(shù)據(jù)信息的不完整。（2）目前，風機的自動化控制程度雖已很高，但仍存在以下不足：①同一風場來自不同廠家的設備普遍存在配備不同控制系統(tǒng)的情況，特別是風機廠家數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制（SCADA）系統(tǒng)開放性不夠，導致底層數(shù)據(jù)不能有效整合利用；②控制策略的控制效果不盡如人意，部分風機廠家甚至仍未掌握核心控制算法；③對風機群的操作仍以簡單的、經(jīng)典的SCADA系統(tǒng)自動控制為主，缺少從提高全場發(fā)電量及降低單機載荷角度出發(fā)的控制方法；④針對單機的優(yōu)化控制手段不足，導致無法從整體風場及單機角度對控制策略進行優(yōu)化。（3）風機大部件可靠性有待進一步提高。近幾年風電技術飛速發(fā)展，風機單機容量不斷增大，新機型、新設備不斷出現(xiàn)，導致在新設備研制過程無歷史運行數(shù)據(jù)可參考，加之缺乏必要的試驗手段，增加了新設備出現(xiàn)各類故障的概率。此外，對設備狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析與診斷多采用人工方式，智能化水平較低，無法精確判斷設備的狀態(tài)，不能滿足智慧風電場建設的要求。（4）風電場普遍存在多源異構數(shù)據(jù)，處理困難。智慧風電場需要對龐大的數(shù)據(jù)資源進行統(tǒng)一采集、存儲、挖掘和分析，卻遇到了數(shù)據(jù)格式不規(guī)范、數(shù)據(jù)編碼不統(tǒng)一、數(shù)據(jù)不完整、設備狀態(tài)分類數(shù)據(jù)不完備、能獲取的設備狀態(tài)數(shù)據(jù)少、數(shù)據(jù)采集成本高等問題。為了全面獲取各設備的運行狀態(tài)，智慧風電場建設過程應從經(jīng)濟性、設備可靠性及安全性出發(fā)，開展故障模式、影響及危害性分析（FMECA）X作。風電場還應統(tǒng)一各風機數(shù)據(jù)通信接口、數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)編碼，以滿足直采風機數(shù)據(jù)的條件，降低風電場數(shù)據(jù)采集成本及數(shù)據(jù)處理難度，以便全面、自主地獲取智慧風電場建設所需數(shù)據(jù)。此外，風電場應配置通用一體化集控系統(tǒng)，從而降低維護費用，提高人員的工作效率以及智慧運維水平。2.3風電機組與儲能技術結合電力系統(tǒng)是一個動態(tài)平衡系統(tǒng)，發(fā)輸變電與配用電必須時刻保持平衡。而風能是一種間歇性能源，且風速預測存在一定的誤差，因此風電場不能提供持續(xù)穩(wěn)定的功率，發(fā)電穩(wěn)定性和連續(xù)性較差。大容量儲能系統(tǒng)與風電機組結合，可以有效抑制或緩解風電的波動性，減小風電對電網(wǎng)的影響。只要儲能裝置容量足夠大而且響應速度足夠快，就可以實現(xiàn)任何情況下系統(tǒng)功率的完全平衡，從而達到一種主動致穩(wěn)的狀態(tài)。3直流風電場的發(fā)展展望隨著風電場的逐步增多，直流輸電系統(tǒng)將逐步呈現(xiàn)從兩端到多端直流系統(tǒng)再到直流電網(wǎng)的發(fā)展趨勢，這也為大規(guī)模交直流電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定分析提出了新的挑戰(zhàn)。通過對直流輸電基礎理論的深入研究，來實現(xiàn)系統(tǒng)拓撲結構的優(yōu)化創(chuàng)新，從而降低建設成本，將會成為直流輸電系統(tǒng)未來的研究方向。直流風電場智慧化管理系統(tǒng)能夠將信息化技術及精益化管理理念相結合，這方面的研究也將會取得長足發(fā)展，從而進一步提高深遠海風電場的運維效率。結語雖然，目前建成的或在建的數(shù)字化智慧風電場還處于較初級階段，但隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”、信息化與人工智能等技術的飛速發(fā)展，大型數(shù)字化智慧風電場建設必將成為未來風電場的發(fā)展趨勢。參考