海上風電數(shù)字化智能化建設與運維

海上風電數(shù)字化智能化建設與運維

4月27日，華北電力大學技術轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化中心與中關村華電能源電力產(chǎn)業(yè)聯(lián)

盟聯(lián)合主辦的2021年智慧電廠論壇（第一期）在廣東深圳成功舉辦。

各位嘉賓大家早上好！很榮幸代表我們國家電投江蘇海上分公司做這次分

享，我分享的題目是海上風電數(shù)字化智能化建設與運維，

首先是背景介紹，介紹一下背景介紹、建設內(nèi)容及成果、亮點與效益。

一、公司介紹

國家電投海上分公司成立與2015年7月份，是集團專門從事海上風電開發(fā)、

建設、運營的全資三級單位，我們公司承擔集團公司海上風電先行先試的任務，

目前建設累計80萬規(guī)模的海上風電場，目前建H4、H7,也在80萬規(guī)模的海上

風電場，計劃將于今年年底并網(wǎng)。值得一提的是濱海H2風電廠是亞洲單體容量

最大的海上風電場，濱海南H3是集團首個數(shù)字化、智能化的海上風電場。

項目的背景，智慧化方面從國家層面而言，我們國家的“十四五”規(guī)劃以及

新基建都明確提出在智慧能源方面的建設，同時也是希望開展智慧能源建設幫助

我們企業(yè)進行智慧化轉(zhuǎn)型，當然國家層面大家可能理解得比我更加深入，這方面

不多贅述。國家電投集團的層面，為了貫徹落實數(shù)字中國、數(shù)字經(jīng)濟和智慧能源

等戰(zhàn)略，2035戰(zhàn)略為指引國家電投目標打造數(shù)字化國家電投，建設智慧能源體

系，將數(shù)字化、智能化融入到能源生產(chǎn)運營通過數(shù)字化實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)在規(guī)劃、設計、

建設、運營等環(huán)節(jié)提質(zhì)降本增效的目的。

江蘇公司為了落實國家、集團的戰(zhàn)略，以智能化為手段，以優(yōu)化生產(chǎn)與經(jīng)營

為目標的原則，積極探索開展海上風電數(shù)字化、智能化整體解決方案的研究。項

目將達到海上風電更安全、更高效、更經(jīng)濟的目的。

看一下目前海上風電面臨的挑戰(zhàn)，主要從兩個方面：一是海上風電機組可達

性差，一個是距離比較遠，江蘇濱海南距離海岸大概在38海里，基本上日常去

巡視一次大概三個小時左右，同時船舶耗燃油，單次航程6000,距離遠、費用

比較高。受到天氣、海浪的影響，可達性差，也就是說海上風電的窗口期比較短,

一般而言一天從陸上到海上的風機島、升壓站，工作大概三四個小時左右，對平

時的運維提出很大的挑戰(zhàn)。費用高這塊，目前已觸網(wǎng)的H1來說，單臺風機每年

檢修費用30萬元左右。對于人員而言，我們都知道一般出海坐的船不會是大船,

都是小船，小船在中國海岸上顛簸，有些人會暈船大家可以想象一下，日常的運

維人員坐三個小時的船到了風機、升壓站基本上己經(jīng)非常難受了，為了解決這些

痛點我們開展了海上風電的智慧化建設，希望通過數(shù)字化、智能化的手段改善我

們面臨的挑戰(zhàn)以及面臨的痛點。

這是我們整個項目的整體建設思路，統(tǒng)一規(guī)劃、分布實施。統(tǒng)一規(guī)劃就是在

我們整個項目開展之前對目前所要建設的東西進行全盤的規(guī)劃。分布實施，這個

項目計劃是分兩期建設，一期是在建設期做一些相關的功能模塊，第二期是已經(jīng)

投產(chǎn)之后運維期做一些功能模塊。另外是三個聚焦，聚焦重大的風險管控，聚焦

實用功能和聚焦成本效應，我們目前做的所有功能模塊都是圍繞這三個聚焦來出

發(fā)的。最終目的是提升項目全壽命周期運營管控能力和盈利水平，致力于打造國

內(nèi)第一個智能化海上風電場。我們目前項目是國家電投首個數(shù)字化、智能化的海

上風場項目。

一套編碼標準海上風電KKS編碼標準，陸上升壓站采集數(shù)據(jù)，在這個基礎上

進行應用。一套編碼標準也的是KBS,我們用的的RDS標準。十大應用工程，左

邊這幾個功能是我們在項目的基建期，一期開展一些功能模塊，右邊是我們項目

運維期所做的模塊。邊緣節(jié)點采集數(shù)據(jù)，我們項目沒有做集控，我們是單一的海

上風電場做項目，功能模塊是基于生產(chǎn)運行來做的?；ㄆ诙?，包括三維數(shù)字

化移交，智能巡檢、基于視頻安防、風機狀態(tài)監(jiān)測和基于整體平臺的安全態(tài)勢感

知和防御“對于生產(chǎn)運行期，對于風機的控制策略優(yōu)化和風機狀態(tài)評價、人員出

海，基于三維模型的培訓，這塊涵蓋海上風電目前可以做的內(nèi)容。同時平臺上搭

建知識庫體系包括專家?guī)?、故障庫、地理庫、氣象庫。同時會建立標準體系，包

括編碼標準、運維標準等。再往上層是交互層，我們對全場進行三維建模和三維

展示，大屏和移動應用是非常好的功能。針對于場站進行分析，包括人員績效的

分析等，這是海上風電建設的整體內(nèi)容。

具體的功能我會挑一些比較重要的功能講，由于時間的關系不會把所有的功

能介紹。

二、建設內(nèi)容及框架。

RDS-PP編碼，屬于國家推廣的編碼體系，這個主要應用于新能源方面比較

多，我們?yōu)槭裁匆鲞@個東西？目前據(jù)我們了解，RDS-PP編碼沒有針對于海上

風電這個細分領域的編碼，所以我們想通過這個項目建一個針對于海上風電的

RDS-PP編碼標準，希望通過這個編碼標準形成我們國家電投集團的編碼，乃至

于我們繼續(xù)推廣到國家的編碼標準，編碼體系已經(jīng)編完了，目前整個項目正在申

報中。

主要針對于風機本體以及陸上升壓站、海上升壓站的設各進行編碼，編碼的

層級己經(jīng)到了中央部件級。具體編碼大家很明白，就是助力我們對于現(xiàn)場的設備

進行全生命周期的管控。

三維可視化場站，我們拿到設計院給我們的三維模型，我們通過輕量化處理

做三維模型，三維模型的基礎上開展一些智慧化的應用。通過三維模型我們開展

仿真培訓，仿真培訓包括對現(xiàn)場檢修仿真培訓、運行仿真培訓和安全方面的仿真

培訓，仿真培訓的課件，典型的兩票三制相結合，在操作票、工作票和巡檢進行

工作，在工作中實施相關的關聯(lián)。

同時基于三維模型我們做三維數(shù)字化移交，基于三維模型我們和智慧安防設

備聯(lián)動，昨天我們也看到了安防的聯(lián)動，三維模型上可以看到一些信息、狀態(tài)和

電子圍欄等。

這塊是基于三維模型做的數(shù)字化移交，我們目前針對于設備管理這塊，我們

把前期整個的設備通過數(shù)字化移交平臺把合同、數(shù)據(jù)規(guī)格型號、人員、組織架構、

合同、文檔、資產(chǎn)，通過數(shù)字化移交平臺轉(zhuǎn)化為數(shù)字化的對象，從而實現(xiàn)生產(chǎn)期

到運行期的無縫對接.

安全知識管理，這是基建期上的系統(tǒng)，主要的目標就是零死亡，通過重大風

險管控，實用的功能研發(fā)和安全的管理保證零死亡的目標。具體的功能包括人員

的管控，視頻門禁止準入的系統(tǒng)，包括人員現(xiàn)場工作、外包商進來培訓的相關內(nèi)

容，以及實時的處理，包括人員、機械、安全檢查、工程監(jiān)督管理等，后期運營

會把功能模塊全部平移到生產(chǎn)過程中，當作安全管理的模塊運用。

狀態(tài)監(jiān)測，我們所有的狀態(tài)監(jiān)測都上了，包括風機而言，葉片、塔桶、螺栓,

風機島包括風機腐蝕監(jiān)測和沖刷監(jiān)測，我們都做了一些監(jiān)測。腐蝕監(jiān)測而言，我

們與院校合作，我們用應急保護技術,對于我們海水浸沒區(qū)進行監(jiān)測腐蝕的速率。

沖刷監(jiān)測也是購買服務通過來船上裝監(jiān)測設備，利用水下聲納技術掃測海水沖刷

區(qū)域形成報告，在我們的平臺上進行展示。沖刷監(jiān)測基本上每年掃測一次，掃測

的結果在平臺中生成，類似于我們看到的界面，我們可以在系統(tǒng)上對比兩年中的

沖刷結果，根據(jù)沖刷的趨勢判斷是否需要做一些加固、維護C

對于塔桶而言，我們做了他桶的晃度監(jiān)測，我們對塔桶的螺栓檢測，通過位

移判斷螺栓是否松動。對于葉片監(jiān)測，我們用無人機巡檢，為什么沒上傳感器？

主要是搶裝的原因，需要提前裝一些傳感器，我們用了無人機進行巡檢。值得一

提的是，無人機是區(qū)別于我們所買的一般無人機我們和院校合作，無人機利用微

距巡檢，飛行是比市面上的無人機強很多，微距拍攝的分辨率可以達到亳米級，

無人機精確巡檢是有幫助的，無人機巡檢我們會進行圖象識別和機器學習技術對

圖片進行分析、判斷，利用風機葉片的故障庫進行判斷，如果出現(xiàn)缺陷會在模型

上進行定位，目前的做法是風機葉片分成三個段，分別為夜間、中部進行判斷，

哪個地方出現(xiàn)問題，三維模型會顯示出來，通過顏色進行區(qū)分。

海纜監(jiān)測，江蘇公司遇到過這個問題，漁船拋錨把海纜刮斷，給我們造成巨

大的經(jīng)濟損失，這塊我們非常上心。主要是通過上海纜監(jiān)測系統(tǒng)，通過對海纜的

應力、振動進行監(jiān)測。我們在系統(tǒng)上默認以500米作為一個節(jié)點進行監(jiān)測。通過

監(jiān)測實現(xiàn)海纜的報警和定位，通過AS系統(tǒng)對船舶的闖入、拋錨、撒網(wǎng)進行報警。

我們對護層環(huán)流監(jiān)測、電力行波故障測距，這是我們目前開展的一些功能。

風機側的優(yōu)化，這塊主要配合主機廠家完成，前期對于風機的偏航、變槳進

行優(yōu)化，主要是通過自適應風向補償、空氣密度參數(shù)優(yōu)化、低風速掛網(wǎng)、定制化

超發(fā)，這塊也非常重要，這塊做得好可以提高發(fā)電量。

另外一塊是在升壓站的智能安防，主要分為兩個方面實現(xiàn):通過智能攝象頭,

這是我們升壓站的圖，智能攝象頭在二、三、四層每個角放攝象頭，攝象頭具備

人臉識別和紅外探測，可以滿足不同的環(huán)境下可以實現(xiàn)攝象頭的正常使用。利用

升壓站巡檢機器人，前期考慮每一層放一個機器人進行巡檢，經(jīng)過實際勘測和考

察這塊還是不太實際，最終我們選取的方案是在升壓站的二層35千伏、變壓器

室、繼保室、GIS室進行巡察，每次進門都有欄桿擋住，機器人爬坡開門難度比

較大，考慮到成本的問題，我們在幾個重要的室內(nèi)放一些巡檢機器人進行巡檢。

這是智能巡檢的應用，通過機器人在開關室進行巡檢，可以在我們的平臺上

實時看到巡檢的照片、結果，同時巡檢的結果會發(fā)到平臺中，平臺會進行圖像識

別和分析判斷是否出現(xiàn)故障，如果出現(xiàn)故障或是哪些地方需要消圈，通過知識庫

體系形成故障的工單派給運維處理，基于智能巡檢設備結合平臺實現(xiàn)智能的工單

推送。

這個模塊是風機故障預警和狀態(tài)評估，我們也是結合主機廠家給我們提供風

機的故障預警模型，部署在我們的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺中，他們來給我們提供風機的

故障預警的報警信息，系統(tǒng)會結合工作運行的小時、啟停次數(shù)、維修歷史、診斷

分析結果、設備性能狀況以及發(fā)生的頻率等形成設備健康評估報告。報告中我們

可以查看機組健康值、風速以及變槳、主軸承、發(fā)電機、控制系統(tǒng)，可以展示部

件健康的報表和相關的裂化趨勢等。

氣象數(shù)據(jù)及預報，氣象這塊我們這邊就是購買當季的氣象信息為我們提供預

報，主要包括海浪預報、短期超短期的預報，報告臺風、雷電、大風、冰雹氣象

災害，同時會針對風電場進行預警，包括覆冰預警、運維條件預警、風速預警等,

這是氣象這塊。

人員和船舶出海管理，對于船舶而言基本上都是基于AIS定位，我們可以看

到船舶從出海整個的信息、航程等，系統(tǒng)中會進行可達性的預測，結合我們的氣

象信息，結合相關的信息，相當于給船長操作運行的指導，建議你走哪條航線，

一般而言還是船長根據(jù)經(jīng)驗,我們系統(tǒng)會給一個駕駛的指導,這是對于船舶而言。

對于人員而言主要是兩個方面，一個是人員的安全考慮,包括智能穿戴設備、

智能頭盔、智能的救生衣，里面存在一些定位、報警、呼救的設備，一旦在海上

發(fā)生危害可以實現(xiàn)及時的求救、救援。對系統(tǒng)而言，人員出海、上船的瞬間到現(xiàn)

場工作、坐船回到陸上，全流程的管理都是可以在系統(tǒng)中進行全方位的管控。

知識庫體系，這個大家都知道，一般信息化系統(tǒng)都會上這個東西，也是非常

實用的，通過知識庫系統(tǒng)提供自動推送的故障工單減輕現(xiàn)場運維人員的壓力。通

過知識庫系統(tǒng)可以解決90%或是80%的故障信息，如果遇到疑難的問題通過專家

遠程診斷和其他的方式實現(xiàn)故障的排查解決。

專家遠程診斷，說白點就是通過AI眼鏡、AI技術實現(xiàn)視野的共享，海上風

電可達性差，去一次不容易，到現(xiàn)場出現(xiàn)一些疑難雜癥可以通過AI眼鏡實現(xiàn)視

野共享，坐在后臺和別的區(qū)域的專家可以對現(xiàn)場工作人員進行遠程指導。

智能運維排程，簡單講，如果風機島檢查風機出現(xiàn)故障，系統(tǒng)會告訴你某某

在明天、后天坐哪條船，帶上什么工器具，什么時間出發(fā)到現(xiàn)場先處理哪一臺風

機，整個流程都會給你排好，自動告訴你怎么做，先去哪臺風機，具體怎么回來。

想做到這個我們后臺要做很多工作，我們后臺結合巡檢任務、定期的工作任

務，包括氣象、維護資源、故障的類型、風資源、運維船以及備品備件，所有的

信息結合在一起生成最佳方案，指導運維人員做最合理、最經(jīng)濟性的檢修操作。

目前是數(shù)字化向智能化轉(zhuǎn)變的最重要模塊，目前也是結合我們的經(jīng)驗和結合我們

主機廠家、項目供應商聯(lián)合來做這個模塊。

安全態(tài)勢感知，安全對信息化平臺是非常重要的，也是國家非常關注的模塊,

流量可視、應急響應等，主要是提升信息系統(tǒng)的安全狀態(tài)，提升信息的管控能力。

硬件方面我們上了一些硬件主動防御系統(tǒng)，包括防火墻，目的是滿足等保2.0

的要求。以上是功能模塊的介紹，有些模塊由于時間關系沒有介紹了，包括常規(guī)

的功能模塊，包括移動應用、大屏、簡單的生產(chǎn)管理系統(tǒng)，這方面大家都非常清

楚，不去介紹了。

三、項目的技術成果、亮點和效益。

基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺運用大數(shù)據(jù)、人工智能技術實現(xiàn)了機組狀態(tài)檢修和智能

運維的排程，提高海上風電的管控力度，提高了運維質(zhì)量、優(yōu)化出海任務安排，

減少運維的成本。我們項目是2018年開始實施，當時算是國內(nèi)首家將智能機器

人用在海上升壓站，同時運用機器人的圖象識別等技術有效提升了效率，減少工

作人員出海次數(shù)，降低運維成本和人員出海安全的風險。國內(nèi)首次在海上風電將

AI智能排程模塊通過遠程網(wǎng)絡與技術專家診斷支持相結合，實現(xiàn)了故障診斷實

時的決策支持。這是我們項目的亮點。

現(xiàn)在國家對國產(chǎn)化要求非常高，如果我們大家知道有些項目很多東西都是需

要國產(chǎn)化的，項目從設計開始仝國產(chǎn)化實現(xiàn)的，底層的基礎設備、攝