風(fēng)電場(chǎng)應(yīng)用風(fēng)電智慧管控一體化平臺(tái)的相關(guān)研究

1、    風(fēng)電場(chǎng)應(yīng)用風(fēng)電智慧管控一體化平臺(tái)的相關(guān)研究    邱英強(qiáng) 黃新宇 陳偉 劉瑋 唐曉萌摘要：風(fēng)電智慧管控一體化的風(fēng)電場(chǎng)智慧管控平臺(tái)可以將風(fēng)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)的各種設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境狀況、視頻監(jiān)控信息等在統(tǒng)一的平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)集中管理、監(jiān)控，幫助運(yùn)行人員對(duì)問(wèn)題進(jìn)行快速響應(yīng);輔以移動(dòng)化的作業(yè)終端等手段，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)與控制中心的實(shí)時(shí)、直觀的互動(dòng)。可以有效的提升風(fēng)電場(chǎng)的管理效率、集約運(yùn)行人力資源、提升設(shè)備運(yùn)行水平、提高整體發(fā)電效率。關(guān)鍵詞：智慧平臺(tái);風(fēng)電場(chǎng);應(yīng)用一、風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行管理的現(xiàn)狀1. 安全管理困難由于風(fēng)電場(chǎng)分布廣闊、環(huán)境開(kāi)放，風(fēng)機(jī)分布較為分散，且長(zhǎng)期在野外運(yùn)行，故障率

2、相對(duì)集中式的發(fā)電廠要高，需要運(yùn)維人員經(jīng)常到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行巡視、維護(hù)、修理，加之通訊條件差，安全管理更加困難。2. 運(yùn)行管理模式相對(duì)陳舊風(fēng)電場(chǎng)在我國(guó)的大規(guī)模開(kāi)發(fā)建設(shè)時(shí)間較短，整個(gè)行業(yè)長(zhǎng)期處于高速發(fā)展階段，風(fēng)電場(chǎng)的開(kāi)發(fā)建設(shè)一直是行業(yè)高度關(guān)注的重點(diǎn);而風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)行管理受重視程度相對(duì)不足，管理人才匱乏，管理模式較為陳舊。目前國(guó)內(nèi)的風(fēng)電場(chǎng)普遍存在信息化水平偏低、缺乏智能化的管理手段，例如大量的日常統(tǒng)計(jì)、報(bào)表、流程等重復(fù)性工作都通過(guò)運(yùn)行人員人工完成，占用大量的時(shí)間，導(dǎo)致人員工作效率偏低，類似這種現(xiàn)象都影響了風(fēng)電場(chǎng)的管理效率。二、風(fēng)電場(chǎng)應(yīng)用風(fēng)電智慧管控一體化平臺(tái)的重要性隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、智能技術(shù)等一系列技

3、術(shù)的發(fā)展，風(fēng)電場(chǎng)在智能化發(fā)展方便有了很大的進(jìn)步。通過(guò)建立智能一體化的風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行管理平臺(tái)，并在風(fēng)電場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)布置邊緣計(jì)算設(shè)施，可以將風(fēng)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)的各種設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境狀況、視頻監(jiān)控信息等在統(tǒng)一的平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)集中管理、監(jiān)控，輔以移動(dòng)化的作業(yè)終端等手段，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)與控制中心的實(shí)時(shí)、直觀的互動(dòng)?？梢杂行У奶嵘L(fēng)電場(chǎng)的管理效率、集約運(yùn)行人力資源、提升設(shè)備運(yùn)行水平、提高整體發(fā)電效率。三、風(fēng)電場(chǎng)應(yīng)用風(fēng)電智慧管控一體化平臺(tái)的措施1.通信網(wǎng)絡(luò)風(fēng)電智慧運(yùn)維管控一體化平臺(tái)采用光纖+wifi網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)作業(yè)區(qū)域內(nèi)網(wǎng)絡(luò)覆蓋，采用場(chǎng)區(qū)內(nèi)獨(dú)立組網(wǎng)，光纖環(huán)網(wǎng)及匯聚交換機(jī)達(dá)到1000mbps，風(fēng)機(jī)節(jié)點(diǎn)帶寬達(dá)100mbps及以上。

4、滿足視頻信號(hào)傳輸、安全管理、兩票管理、檢修管理、設(shè)備安全管理等風(fēng)電日常工作的通訊需求。2.塔筒傾斜與擺振監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)結(jié)合風(fēng)機(jī)振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)山地風(fēng)場(chǎng)塔筒、軸竄、主傳軸對(duì)中及齒輪箱、軸承等故障監(jiān)測(cè)、診斷、報(bào)警及潛在故障風(fēng)險(xiǎn)的分析和健康狀況的預(yù)測(cè)，建立關(guān)鍵設(shè)備的故障模型和健康狀況的預(yù)測(cè)模型，制定關(guān)鍵設(shè)備監(jiān)測(cè)指標(biāo)，定期形成狀況健康檢測(cè)報(bào)告，具體為：（1）塔筒傾斜角監(jiān)測(cè)監(jiān)測(cè)靜態(tài)傾斜角和動(dòng)態(tài)（塔筒晃動(dòng)和擺動(dòng)時(shí)）傾斜角，塔筒傾斜程度分析，塔筒傾斜報(bào)警，塔筒傾斜趨勢(shì)分析，給出傾斜潛在風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警信號(hào)，提醒管理人員對(duì)塔筒潛在傾斜風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)警，山地塔筒傾斜角監(jiān)測(cè)指標(biāo)：塔筒傾斜角度、塔筒傾斜方向，地基傾斜角度、地基

5、傾斜方向、塔筒和地基傾斜趨勢(shì)分析、塔筒和地基傾斜傾斜角報(bào)警閾值等。（2）塔筒健康狀況預(yù)測(cè)對(duì)塔筒結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度特性分析，預(yù)測(cè)塔筒的健康狀況，監(jiān)測(cè)的技術(shù)指：塔筒擺動(dòng)的模態(tài)特性、擺動(dòng)的本征頻率、塔筒靜態(tài)擺動(dòng)幅度、頻譜特性，監(jiān)測(cè)塔筒安裝和結(jié)構(gòu)連接故障引起的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的變化;風(fēng)作為塔筒外部激勵(lì)，在風(fēng)作用下，塔筒發(fā)生的振動(dòng)特性發(fā)生變化，檢測(cè)激振源的強(qiáng)度、方向，監(jiān)測(cè)和預(yù)警塔筒的結(jié)構(gòu)損傷、材料強(qiáng)度變化等引起的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度變化情況，指標(biāo)包括振動(dòng)強(qiáng)度、振動(dòng)頻率和振動(dòng)頻譜，預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)內(nèi)部的缺陷和材料的疲勞損傷帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。（3）塔筒晃動(dòng)軌跡監(jiān)測(cè)塔筒的連續(xù)晃動(dòng)軌跡指標(biāo)：晃動(dòng)軌跡的幅值、晃動(dòng)的角速度范圍、線速度的范圍、晃動(dòng)頻率、晃動(dòng)

6、的趨勢(shì)，通過(guò)對(duì)晃動(dòng)特性的分析，監(jiān)測(cè)運(yùn)行狀況，給出塔筒健康狀況的判斷。3.基于“端-云融合計(jì)算”架構(gòu)智慧風(fēng)電終端（1）系統(tǒng)架構(gòu)系統(tǒng)采用“端-云融合計(jì)算”架構(gòu)，風(fēng)電場(chǎng)集中管控平臺(tái)（云）提供開(kāi)放式統(tǒng)一平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和終端的統(tǒng)一管理。智慧風(fēng)電終端將邊緣計(jì)算（edge computing）部署在靠近風(fēng)機(jī)及數(shù)據(jù)源頭的網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)，部署融合網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算、存儲(chǔ)、應(yīng)用核心能力的邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)和終端通信模塊，為邊緣計(jì)算提供包括設(shè)備域、網(wǎng)絡(luò)域、數(shù)據(jù)域和應(yīng)用域的平臺(tái)支撐。設(shè)備域通過(guò)終端通信模塊支撐現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的實(shí)時(shí)智能互聯(lián);網(wǎng)絡(luò)域?yàn)橄到y(tǒng)互聯(lián)、數(shù)據(jù)聚合與承載提供實(shí)時(shí)聯(lián)接及管理服務(wù);數(shù)據(jù)域提供邊緣數(shù)據(jù)聚合及優(yōu)化服務(wù)，并保障數(shù)據(jù)

7、的安全與隱私性;應(yīng)用域則基于開(kāi)放接口，實(shí)現(xiàn)邊緣行業(yè)應(yīng)用本地化部署，支撐邊緣業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)。（2）功能應(yīng)用1、邊緣計(jì)算能力基于上述架構(gòu)，可根據(jù)需要在每臺(tái)風(fēng)機(jī)的智慧風(fēng)電終端部署本地部署定制應(yīng)用（app），根據(jù)用戶需求合理適配在線監(jiān)測(cè)功能，如風(fēng)機(jī)安防、消防、設(shè)備溫度、塔筒擺振、風(fēng)機(jī)震動(dòng)、風(fēng)機(jī)工況和氣象信息等，實(shí)時(shí)執(zhí)行數(shù)據(jù)分析并根據(jù)分析結(jié)果觸發(fā)預(yù)定義的風(fēng)機(jī)異常告警響應(yīng)策略，第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)設(shè)備潛在故障。邊緣計(jì)算同時(shí)提供本地存活，一旦與云端聯(lián)接故障，數(shù)據(jù)可以本地保存和處理，聯(lián)接恢復(fù)后，本地高價(jià)值數(shù)據(jù)自動(dòng)同步到云端，確保為云端提供完整的產(chǎn)品運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)。2、“端-云融合”協(xié)同計(jì)算端計(jì)算（邊緣計(jì)算）與云計(jì)算（風(fēng)電場(chǎng)集中管

8、控平臺(tái)）互相協(xié)同，集控平臺(tái)的云計(jì)算聚焦非實(shí)時(shí)、長(zhǎng)周期數(shù)據(jù)的大數(shù)據(jù)分析，能夠在周期性維護(hù)、故障隱患綜合識(shí)別分析，風(fēng)機(jī)健康度檢查等領(lǐng)域發(fā)揮特長(zhǎng);智慧終端的邊緣計(jì)算聚焦實(shí)時(shí)、短周期數(shù)據(jù)的分析，能更好地支撐故障的實(shí)時(shí)告警，快速識(shí)別異常，毫秒級(jí)響應(yīng)。3、云端統(tǒng)一管理部署在風(fēng)電場(chǎng)集中管控平臺(tái)（主站）的敏捷控制器（ac），可實(shí)現(xiàn)所有風(fēng)電指揮終端的計(jì)算資源、協(xié)議、應(yīng)用和數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理和自動(dòng)化部署，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)智慧終端狀態(tài)監(jiān)控、海量設(shè)備即插即用、業(yè)務(wù)應(yīng)用自動(dòng)化部署，可大幅度提高運(yùn)維便利性，并降低運(yùn)營(yíng)成本。（3）系統(tǒng)效果1.滿足低延時(shí)計(jì)算要求邊緣計(jì)算聚焦高實(shí)時(shí)與短周期數(shù)據(jù)采集與分析處理，可實(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)的高速數(shù)據(jù)采樣和分析，避免了網(wǎng)絡(luò)傳輸造成的數(shù)據(jù)時(shí)滯以及時(shí)標(biāo)不一致的問(wèn)題，能夠更好更準(zhǔn)確地支撐風(fēng)機(jī)在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。2.提高整體效率通過(guò)在邊緣節(jié)點(diǎn)處實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的過(guò)濾和預(yù)處理分析，不需要將大量高頻高重復(fù)的數(shù)據(jù)送往風(fēng)電場(chǎng)集中管控平