2024海上風電場智慧型監(jiān)控管理一體化系統

海上風電場智慧型監(jiān)控管理一體化系統主輔設施的全面一體化監(jiān)控管理是海上風電場運檢高效的有力措施。首先分析了目前在運的海上風電場監(jiān)控系統的現狀及提升對策;其次提出了以全場信息數字化、信息共享標準化、系統功能一體化、主輔設備智能化、高級應用互動化、運行狀態(tài)可視化、運維管理智慧化為特征的海上風電場智慧型一體化監(jiān)控管理系統的設計思想;最后研究分析了系統的體系架構和技術特征。研究成果為海上風電場的智慧化建設指明了方向。引言能源安全氣候變暖等問題日益突出。我國向世界莊嚴承諾了碳達峰碳中和的溫室氣體減排目標把發(fā)展清潔能源作為能源戰(zhàn)略的重要方向。海上風資源具有年發(fā)電利用小時數高適宜大規(guī)模開發(fā)不占用土地靠近負荷中心等特點因此海上風電的開發(fā)速度驚人。海上風電正面臨平價上網政策的壓力。降低設備故障率提高機組利用率降低運維成本提升運營收益成為海上風電場經營管理的主要目標。主輔設施的全面一體化監(jiān)控管理是海上風電場運檢高效的有力措施。物聯網大數據處理云邊計算及移動通信人工智能無人機器智能穿戴等技術的不斷發(fā)展為海上風電場的智能化智慧化一體化建設提供了技術支撐。本文在分析目前在運海上風電場風電機組海上升壓站陸上站監(jiān)控系統現狀的基礎上針對海上風電場智能化運行監(jiān)控和智慧化維護管理的需求基于0通信標準提出以主輔設備智能化全場信息數字化信息共享標準化、系統功能一體化控制決策智能化高級應用互動化運行狀態(tài)可視化運維管理智慧化為技術特征的海上風電場智慧型一體化監(jiān)控管理系統的設計理念研究分析系統的體系架構技術特征希望為海上風電場的智慧化建設指明方向。海上風電場監(jiān)控系統的現狀及對策通常海上風電機組含箱變生產的電能中壓海纜匯集后接至海上升壓站升壓再通過高壓海纜輸送至陸上匯集站并入電網。目前我國海上風電機組通常來自不同廠商不同的技術發(fā)展水平各自的主控系統支持不同的通訊協議信息共享困難難以按電網一次調頻的新要求直接調控風電機組。海上風電運行環(huán)境惡劣機組故障率高。機組分布廣闊氣候復雜多變,巡檢維護十分困難。因此迫切需要為風電機組裝備智能的大腦和智慧的眼睛實現運行狀態(tài)提前感知故障早期預警機組遠程調控等功能有效降低設備故障率提高機組利用率。海上升壓站和陸上站內配置有常規(guī)的綜合自動化狀態(tài)在線監(jiān)測輔助監(jiān)控等系統但站內主輔控系統有子系統數量多功能不完善信息格式不規(guī)范相互間獨立等問題導致主輔設備間輔助設施間信息無法有效共享還有輔助設施覆蓋不全輔助設備型號多等問題。由于環(huán)境惡劣受潮汐海流等多種水文現象及振動腐蝕等因素影響較大海上日常值班運行與巡檢維護管理十分困難運維的可達性較差因此升壓站通常按無人值守的原則設計對自動化技術水平和通信系統的可靠性要求較高。全場缺乏運檢高效的管控手段海上升壓站亟需采用數字化智能化設備和調控手段提升主輔設備的智能化管控水平這是全場智慧化運維的基礎。在全場亟需建設以設備狀態(tài)全面感知無人機器巡視巡檢設備缺陷主動預警遠程操作一鍵順控主輔設備智能聯動人員設備智能管控行為決策智慧輔助為技術特征的智慧型一體化監(jiān)控管理系統這些是降低運維成本提升運營收益的最有效手段。智慧型一體化監(jiān)控管理系統的體系架構建設智慧型一體化監(jiān)控管理平臺旨在將全場作為一個整體考慮統一設計風電機組及箱變上升壓站陸上站的各類子系統采用統一的標準化接口使它們無縫融合在統一的信息數據交換平臺上使用統一的數據庫模型和人機交互界面行統一的運行控制和管理維護。在陸上集控中心的全景數據一體化信息平臺上就可實施對全場的遠程實時全景智能化監(jiān)控并進行各類數據如故障分析與預測設備管理工單管理等的統一智能化管理實現海上無人值守陸上少人集控的智慧化運維管理模式。系統的體系構架如圖1所示。開放式系統平臺,基于網絡通訊和IEC61850標準,采用統一的標準化接口,聯接多個現場(風電機組及箱變、海上升壓站和陸上站)的各類監(jiān)控管理子系統;構成面向全景數據的一體化監(jiān)控管理系統。系統包含3個層次:現場層的各類智能化監(jiān)控子系統,中間網絡通訊層,站控及集控層的一體化智慧監(jiān)控管理平臺。在集控平臺上實現對全場的全景智能化監(jiān)控,并進行各類數據信息(如運行管理、檢修管理、安全管理、設備管理、工單管理、備件管理、人員管理、財務管理、物資管理等)的統一智能化管理,實現故障預警、精準維護、最佳效能的安全運行目標,各子系統規(guī)范化存取訪問標準數據;還可通過電力調度通道,將風電場的信息遠傳上送電網調度,接受電網的統一調度指令,實現全場自動發(fā)電控制(automaticgenerationcontrol,AGC)、自動電壓控制(automaticvoltagecontrol,AVC)等高級應用功能,優(yōu)化全場整體出力控制,實現風電機組最優(yōu)化運行。智慧型一體化監(jiān)控管理系統平臺一體化監(jiān)控管理系統平臺主要由實時數據服務器歷史數據服務器b服務器操作員站工程師站核心以太網交換機音響報警系統同步時鐘系統不間斷電源系統二次安全防護等設備組成。有風電機組含箱變監(jiān)控升壓站綜合監(jiān)控陸上站綜合監(jiān)控風功率預測設備狀態(tài)監(jiān)測輔助設施監(jiān)控基礎及海底電纜監(jiān)測氣象預報生產管理移動辦公視頻監(jiān)控機器人與無人機巡檢等子系統軟件。在統一的數據交換平臺上進行各類數據的無障礙融合使用統一的數據庫模型人機交互界面進行統一運行統一維護管理使全場內各子系統進行有效的協調發(fā)揮最大的綜合利用效益。通常一體化監(jiān)控管理平臺與陸上站綜合監(jiān)控平臺共同一體建設同時簡化海上升壓站監(jiān)管平臺的配置。系統可靈活集成擴展各種應用功能。一體化監(jiān)控管理系統的安全分區(qū)一體化系統可分為安全ⅠⅡⅢ區(qū)。安全區(qū)是實時智能化監(jiān)控區(qū)包括風電機組含箱變監(jiān)控站內保護監(jiān)控系統安全穩(wěn)定C等子系統。安全區(qū)是非實時智能化監(jiān)測控制區(qū)包括功率預測狀態(tài)在線監(jiān)測輔助監(jiān)控消防環(huán)境燈光安防門禁等子系統基礎結構及海纜監(jiān)測等子系統。安全區(qū)是智慧化管理區(qū)包括生產圖1智慧型一體化監(jiān)控管理系統圖管理信息測風塔及天氣預報等子系統。安全區(qū)包括視頻監(jiān)控機器人與無人機巡檢等子系統。風電機組含箱變升壓站的綜合監(jiān)控管理系統的安全分區(qū)也遵照以上安全分區(qū)原則各分區(qū)縱向接入一體化平臺的對應分區(qū)。安全Ⅰ區(qū)之間采用防火墻隔離橫向通過隔離裝置與ⅢⅣ區(qū)聯系。縱向安全防護安全區(qū)ⅠⅡ區(qū)與調度中心發(fā)電集團遠程集控中心之間采用縱向加密認證裝置隔離安全Ⅲ區(qū)與遠程集控中心之間采用防火墻隔離。陸上站的智能化智慧化建設數字化智能化是智慧化的基礎融合了檢測診斷功能的高壓智能化設備能及時準確地判斷故障情況并做出準確的修復策略。以保護和自動化裝置為主的二次系統是智能化建設過程中的重點在智慧化建設中主要針對前期運維過程中暴露出的問題結合泛在物聯網等技術開展相關新技術應用如冗余測控寬頻測量等數字化技術。采用先進的傳感技術對設備狀態(tài)參量安消防環(huán)境動力海纜等進行全面采集同時應用物大云移智等先進技術使全場具備設備狀態(tài)全面感知設備異常主動預警倒閘操作一鍵順控主輔設備智能聯動巡視巡檢機器替代人員行為智能管控等功能這些是陸上站智慧化建設的重點?；?標準的主輔全面一體化智能監(jiān)控與管理系統為實現海上站無人值守陸上站遠程全景智能化監(jiān)控和智慧化管理奠定了基礎。海上升壓站的智能化智慧化建設基于0標準海上升壓站綜合監(jiān)控融合了綜合自動化設備狀態(tài)在線監(jiān)測輔助設施消防環(huán)境燈光安防門禁監(jiān)控基礎沉降監(jiān)測氣象預報導航與公共廣播應急通訊視頻監(jiān)控人機器巡檢等功能子系統。這也是全場智慧型一體化監(jiān)控管理的基礎。采用全面感知的先進傳感技術對設備狀態(tài)參量安消防環(huán)境動力海上平臺等進行全面采集;使用智能機器人巡檢氣體絕緣全封閉組合電器s室配電室等主要區(qū)域結合物聯網遠程圖傳人工智能,射頻識別三維建模等多種先進技術多維度實施動態(tài)監(jiān)測及預警主輔設施的智能互聯互動這些是海上升壓站智能化智慧化建設的重點內容,使例行檢修向狀態(tài)檢修模式轉變。海上風電機組的智能化智慧化建設基于C5標準對各型風機統一建模統一數據采集統一數據格式數據編碼實現對不同廠家風機的統一監(jiān)控。配置完善的狀態(tài)監(jiān)測是降低運維成本的措施對風電機組及附屬設施含基礎箱變進行全面的狀態(tài)監(jiān)測和智能診斷綜合了多參數信息使故障早期預警成為可能同時輔助監(jiān)控實現對動力設備環(huán)境安防P電話通訊的統一監(jiān)控。機艙塔底和塔外的視頻監(jiān)控,圖像的采集傳輸分析遠程即可直觀了解現場情況。在海上平臺上部署無人機實現對風機的航測巡檢利用智能眼鏡可實現遠程視頻會診。風電機組綜合監(jiān)控系統之間通過光纖環(huán)網聯網基于CC0標準與站級一體化監(jiān)管系統無縫融合?？v向接入一體化系統的對應安全分區(qū)貫通集控系統的監(jiān)控生產運維調度等使遠方及時掌握風電機組的運行數據和相關設備及氣象環(huán)境狀況實現對風電場的遠程集中智能調控和智慧化管理提高設備的可靠性提升風資源的轉化率。中間通信傳輸層中間通信傳輸層是聯結現場和集控中心的高速橋梁使各種信息數據有序高效快速地傳遞到目的地這是遠程監(jiān)控的關鍵所在。海陸之間主要采用海底光纜作為主要傳輸通道衛(wèi)星通信系統作為應急通信備用通道。智慧型監(jiān)控管理系統的技術特征智慧化的基礎是各類信息的數字化核心是信息數據的標準化處理與智能化分析本質是數字化與智能化技術的高度融合。關鍵技術包括主輔設備智能化數據共享標準化大數據智能分析故障智能診斷智慧化運維管理等技術以及各類智能化

算法。其主要技術特征如下文所述。主輔設備的智能化。智能高壓開關智能變壓器是一次設備和智能組件的有機結合體自身具備測控保護計量和狀態(tài)監(jiān)測功能。智能風機采用先進的狀態(tài)監(jiān)測數據分析智能控制技術使機組自身優(yōu)化調整運行在最佳工況。全場信息數字化。主輔設施的數字化是智能化管理的基礎。在設備上或現場安裝數字化智能傳感器實時準確獲知監(jiān)測對象和各類環(huán)境的信息。統一設備物資及備件的標準化編碼實現全場設備資產的數字化。信息共享標準化。統一數據采集統一建模統一數據格式數據編碼可以解決目前普遍存在的多源信息數據異構問題?；贑、5標準可以解決眾多孤立設備子系統互通難的問題具有更好的互聯互操作性。系統功能一體化。綜合自動化在線監(jiān)測視頻監(jiān)控消防控制安全防范環(huán)境監(jiān)測照明控制空調控制箱門鎖控等功能集中節(jié)省了設備投資統一控制統一管理為主輔設備的全面一體化綜合監(jiān)管以及互聯互動提供了極大的方便?？刂茮Q策智能化。激光測風傳感技術提前感知機組前方的風速信息精準的風功率預測結合電網調度需求及各風電機組狀態(tài)信息機組控制技術適應風速變化優(yōu)化機組性能控制自動調節(jié)輸出功率場群控制統籌全場內機組的控制以適應網源協調控制。高級應用互動化。高級應用互動涉及的子系統較多控制策略配置復雜。如消防子系統動作時會聯動視頻監(jiān)控環(huán)境監(jiān)測安防消防照明等子系統以提高應急響應速度。運行狀態(tài)可視化?；谌S可視化技術建立海上風機及升壓站的虛擬現實場景將風電機組海上升壓站在線監(jiān)測以及消防視頻等輔助系統的實時運行數據轉變成以圖像形式表示的隨時間和空間變化的物理模型。監(jiān)控系統的二維報表也跨入了空間化圖形化可視化展示時代。運維管理智慧化。開展運行檢修設備備件安全文檔等方面的智能化管理有效降低了運維成本顯著提升管理水平。移動辦公使管理人員可以隨時隨地掌握設備運行和狀態(tài)數據提高智慧化決策效率。結語智慧型一體化監(jiān)控管理平臺有效無縫融合了風電機組、升壓站和陸上站各自獨立的子系統,打破它們分屬不同系統、數據無法共享、不同風機廠家監(jiān)控操控不一致等各種不利局面。系統具有升壓站、陸上站的全部監(jiān)控管理功能;還可以圖形化地顯示各型風機的重要運行數據,如發(fā)電功率、風輪轉速等,通過統一的風機監(jiān)控界面,向各型風機下發(fā)如開停機等操作命令。統一的數據平臺和數據庫模型也為開展一系列高級應用如發(fā)