智慧風(fēng)電場(chǎng)發(fā)展現(xiàn)狀及規(guī)劃建議

智慧風(fēng)電場(chǎng)發(fā)展現(xiàn)狀及規(guī)劃建議摘要：近年來(lái)社會(huì)用電需求的不斷增大，電力工程建設(shè)數(shù)量也逐漸增多。隨著新能源行業(yè)的快速發(fā)展，我國(guó)風(fēng)電裝機(jī)總量及裝機(jī)容量急劇增加，截止到2019年11月底，我國(guó)風(fēng)電累計(jì)并網(wǎng)容量已超過2億千瓦，新增風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá)1646萬(wàn)千瓦。隨著風(fēng)電裝機(jī)容量的攀升及機(jī)組運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng)，如何降低設(shè)備故障率，提高機(jī)組利用率，降低設(shè)備運(yùn)維成本，進(jìn)而提升風(fēng)電場(chǎng)的收益，成為風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維工作的主要目標(biāo)。隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”、大數(shù)據(jù)處理、通信、人工智能、信息、云計(jì)算等技術(shù)以及風(fēng)電技術(shù)的不斷發(fā)展，為數(shù)字化智慧風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)提供了前提條件，也給智慧風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)展帶來(lái)新的契機(jī)。本文就智慧風(fēng)電場(chǎng)發(fā)展現(xiàn)狀及規(guī)劃建議展開探討。關(guān)鍵詞：智慧風(fēng)電場(chǎng)；數(shù)字化風(fēng)電場(chǎng)；智能監(jiān)測(cè)引言近年來(lái)，自然資源能耗不斷加大，環(huán)境保護(hù)頗受重視，世界各國(guó)都在大力開發(fā)和使用新型、環(huán)保、綠色能源，風(fēng)力發(fā)電得到了大力支持和快速發(fā)展。風(fēng)電行業(yè)快速發(fā)展的同時(shí)，必然會(huì)對(duì)風(fēng)電運(yùn)維人員提出相應(yīng)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(shè)備安全可靠、減少或杜絕人員三違，確保人的安全，在整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)營(yíng)期內(nèi)，使設(shè)備始終保持安全穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，從而提高風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)電量和發(fā)電效率。1智慧風(fēng)電場(chǎng)發(fā)展現(xiàn)狀目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)智慧風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)及其關(guān)鍵技術(shù)的研究十分活躍，其相關(guān)技術(shù)也隨之不斷發(fā)展。智慧風(fēng)電場(chǎng)關(guān)鍵技術(shù)包括：風(fēng)機(jī)關(guān)鍵設(shè)備狀態(tài)智能監(jiān)測(cè)技術(shù)、智能故障診斷技術(shù)、風(fēng)力機(jī)智能控制技術(shù)、智慧運(yùn)維技術(shù)、大數(shù)據(jù)智能分析技術(shù)、精準(zhǔn)風(fēng)功率預(yù)測(cè)技術(shù)、備品備件智能管理技術(shù)、風(fēng)電場(chǎng)信息智能管理技術(shù)等。其中，風(fēng)力機(jī)智能控制技術(shù)已進(jìn)行了大量的研究，并取得了較好的成果。目前，兆瓦級(jí)風(fēng)機(jī)已普遍實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)啟停、自動(dòng)偏航、自動(dòng)變槳、自動(dòng)功率調(diào)節(jié)等功能。目前，風(fēng)機(jī)廠家及科研機(jī)構(gòu)雖然在數(shù)字化智慧風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)方面做了大量的工作，但現(xiàn)有風(fēng)電場(chǎng)與數(shù)字化智慧風(fēng)電場(chǎng)還存在較大差距，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。（1）缺少對(duì)風(fēng)場(chǎng)選址、機(jī)組選型、基建過程信息的數(shù)字化智能化管理功能，無(wú)法實(shí)現(xiàn)設(shè)備全壽命周期相關(guān)過程的智慧化監(jiān)管。（2）缺少對(duì)運(yùn)維過程及質(zhì)量、運(yùn)維安全監(jiān)督的智能評(píng)估體系及方法。（3）對(duì)風(fēng)電場(chǎng)各系統(tǒng)、設(shè)備健康狀態(tài)的評(píng)估還需人工參與，未實(shí)現(xiàn)真正的智能評(píng)估。（4）由于業(yè)內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)及數(shù)據(jù)保密等原因，各風(fēng)機(jī)廠家開發(fā)的平臺(tái)及系統(tǒng)對(duì)其他廠商生產(chǎn)的機(jī)型適用性相對(duì)較弱，不能滿足風(fēng)電場(chǎng)對(duì)多家廠商、多種機(jī)型信息綜合分析管理的需求。（5）初步整合的信息管理平臺(tái)雖然實(shí)現(xiàn)了部分生產(chǎn)、管理和經(jīng)營(yíng)業(yè)務(wù)間的協(xié)同，但仍存在部分信息孤島如狀態(tài)監(jiān)測(cè)（CMS）數(shù)據(jù)、離線檢測(cè)數(shù)據(jù)等。積累的海量歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)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(jì)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(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)、備品備件信息與管理平臺(tái)缺乏有效關(guān)聯(lián)，無(wú)法根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果自動(dòng)推出運(yùn)行優(yōu)化、檢修方案和備件采購(gòu)工單等一系列運(yùn)維決策建議。2智慧風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)對(duì)策2.1要加快制定統(tǒng)一的安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)上級(jí)安全管理和高層領(lǐng)導(dǎo)們要充分調(diào)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(shí)際的安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)榻?jīng)過多年的積累和沉淀之后，有可能公司整合、部門調(diào)整、行業(yè)法律法規(guī)、制度標(biāo)準(zhǔn)、管理體系等都發(fā)生了不小的變化，與當(dāng)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(shí)，上級(jí)公司會(huì)拿著其他的管理標(biāo)準(zhǔn)去查所管轄的風(fēng)電場(chǎng)，或者是檢查人員拿著各種國(guó)家規(guī)范查現(xiàn)場(chǎng)，風(fēng)電場(chǎng)的管理標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，即便是同屬于一家上級(jí)公司，各家也有各家的管理標(biāo)準(zhǔn)或制度規(guī)范，這樣即使公司制定了一套規(guī)章制度，也無(wú)法滿足這種如同大海撈針式的檢查，通常弄得現(xiàn)場(chǎng)無(wú)所適從。2.2設(shè)備及數(shù)據(jù)問題現(xiàn)階段風(fēng)電場(chǎng)對(duì)各設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)測(cè)與感知、控制優(yōu)化、設(shè)備故障預(yù)警等方面存在較多不足。（1）風(fēng)電場(chǎng)對(duì)各設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)存在盲區(qū)，目前風(fēng)電場(chǎng)僅能監(jiān)測(cè)風(fēng)機(jī)部分設(shè)備以及升壓站的部分運(yùn)行狀態(tài)。由于風(fēng)機(jī)簡(jiǎn)配以及投資成本等原因，部分設(shè)備、系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)一直未得到有效監(jiān)測(cè)，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(jī)絕緣狀態(tài)等，這導(dǎo)致風(fēng)電場(chǎng)無(wú)法實(shí)時(shí)獲取各關(guān)鍵設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)信息，進(jìn)而導(dǎo)致風(fēng)電場(chǎng)評(píng)價(jià)設(shè)備狀態(tài)用數(shù)據(jù)信息的不完整。（2）目前，風(fēng)機(jī)的自動(dòng)化控制程度雖已很高，但仍存在以下不足：①同一風(fēng)場(chǎng)來(lái)自不同廠家的設(shè)備普遍存在配備不同控制系統(tǒng)的情況，特別是風(fēng)機(jī)廠家數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制（SCADA）系統(tǒng)開放性不夠，導(dǎo)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(fēng)機(jī)廠家甚至仍未掌握核心控制算法；③對(duì)風(fēng)機(jī)群的操作仍以簡(jiǎn)單的、經(jīng)典的SCADA系統(tǒng)自動(dòng)控制為主，缺少?gòu)奶岣呷珗?chǎng)發(fā)電量及降低單機(jī)載荷角度出發(fā)的控制方法；④針對(duì)單機(jī)的優(yōu)化控制手段不足，導(dǎo)致無(wú)法從整體風(fēng)場(chǎng)及單機(jī)角度對(duì)控制策略進(jìn)行優(yōu)化。（3）風(fēng)機(jī)大部件可靠性有待進(jìn)一步提高。近幾年風(fēng)電技術(shù)飛速發(fā)展，風(fēng)機(jī)單機(jī)容量不斷增大，新機(jī)型、新設(shè)備不斷出現(xiàn)，導(dǎo)致在新設(shè)備研制過程無(wú)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)可參考，加之缺乏必要的試驗(yàn)手段，增加了新設(shè)備出現(xiàn)各類故障的概率。此外，對(duì)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)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(wú)法精確判斷設(shè)備的狀態(tài)，不能滿足智慧風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)的要求。（4）風(fēng)電場(chǎng)普遍存在多源異構(gòu)數(shù)據(jù)，處理困難。智慧風(fēng)電場(chǎng)需要對(duì)龐大的數(shù)據(jù)資源進(jìn)行統(tǒng)一采集、存儲(chǔ)、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(shè)備狀態(tài)分類數(shù)據(jù)不完備、能獲取的設(shè)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(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，智慧風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)過程應(yīng)從經(jīng)濟(jì)性、設(shè)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(fēng)電場(chǎng)還應(yīng)統(tǒng)一各風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)數(shù)據(jù)的條件，降低風(fēng)電場(chǎng)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(fēng)電場(chǎng)建設(shè)所需數(shù)據(jù)。此外，風(fēng)電場(chǎng)應(yīng)配置通用一體化集控系統(tǒng)，從而降低維護(hù)費(fèi)用，提高人員的工作效率以及智慧運(yùn)維水平。2.3風(fēng)電機(jī)組與儲(chǔ)能技術(shù)結(jié)合電力系統(tǒng)是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡系統(tǒng)，發(fā)輸變電與配用電必須時(shí)刻保持平衡。而風(fēng)能是一種間歇性能源，且風(fēng)速預(yù)測(cè)存在一定的誤差，因此風(fēng)電場(chǎng)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?jī)?chǔ)能系統(tǒng)與風(fēng)電機(jī)組結(jié)合，可以有效抑制或緩解風(fēng)電的波動(dòng)性，減小風(fēng)電對(duì)電網(wǎng)的影響。只要儲(chǔ)能裝置容量足夠大而且響應(yīng)速度足夠快，就可以實(shí)現(xiàn)任何情況下系統(tǒng)功率的完全平衡，從而達(dá)到一種主動(dòng)致穩(wěn)的狀態(tài)。3直流風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)展展望隨著風(fēng)電場(chǎng)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(shì)，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(duì)直流輸電基礎(chǔ)理論的深入研究，來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)化創(chuàng)新，從而降低建設(shè)成本，將會(huì)成為直流輸電系統(tǒng)未來(lái)的研究方向。直流風(fēng)電場(chǎng)智慧化管理系統(tǒng)能夠?qū)⑿畔⒒夹g(shù)及精益化管理理念相結(jié)合，這方面的研究也將會(huì)取得長(zhǎng)足發(fā)展，從而進(jìn)一步提高深遠(yuǎn)海風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)維效率。結(jié)語(yǔ)雖然，目前建成的或在建的數(shù)字化智慧風(fēng)電場(chǎng)還處于較初級(jí)階段，但隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”、信息化與人工智能等技術(shù)的飛速發(fā)展，大型數(shù)字化智慧風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)必將成為未來(lái)風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)展趨勢(shì)。參考