数字化风电场建设的探索与实践

杨彤彤

摘要：随着风电场装机规模的不断扩大，对风电场进行数字化的管理显得越来越重要，数字化风电场建设是最大限度地利用风电场资源，引入先进的人工智能、物联网等技术，提升设备可靠性，逐步实现风电场安全运行、精准维护、最佳效能的目標。风电场的数字化建设概括起来为：运行、检修、设备、备件、安全五个方面的数字化建设。风电场“五化”建设将显著提升风电场的管理水平，打造风电场“智慧运营”的新模式。

关键词：风电;数字化风电场;智能化;数字化;智慧运营

引 言

风电场分布广泛，大部分处于偏远地区，日常维护困难，亟需采用信息化的手段提高运行和检修的效率，数字化风电场建设就是把信息化的技术引入到风电场的日常工作场景中，提高机组的发电水平，降低故障率，同时提高风电场员工的运行检修效率，中能电力科技开发有限公司是全球最大的风电集团龙源电力的全资科技公司，是风电数字化、智能化相关行业标准的主要起草单位，长期从事风电信息化、智能化的研究工作。

一、 我国风力发电发展现状

当今世界，环保已成为全球的共识。在能源利用方面，人们把眼光放在了更为环保和清洁的可持续能源上，而其中，又以风电作为其最具现实性的代表 。利用风能发电已成为当今世界开发新能源、缓解能源紧缺矛盾与改善生态环境的重要组成部分。就目前中国的发展现状来说，快速发展的经济与能源的紧缺出现了供需矛盾，并且这种矛盾随着能源的继续利用不但没有缓和的余地，还会陷入一种矛盾日益激化的状态  。长此以往，我国的经济发展必然会受到制约。为了摆脱这种限制，寻找可再生新能源已迫在眉睫，而风能发电作为一个良好的选择未来将扮演中国能源发展界的重要角色。

我国风力发电始于20世纪80年代，虽然起步很早，但项目建设发展迟缓，2004年底，我国风电装机容量仅达到76.4 万kW，占全国电力装机容量的0.13%。从2005年开始，在政府积极调整能源结构，大力倡导开发可再生资源的背景下，我国的风电产业发展迅猛。我国的风电总装机连续五年实现翻番  。2009年，中国以2 580 万kW的总累计装机容量超过德国，成为世界第二。2010年，中国风电延续了其迅猛的发展势头，总装机比上年增长约62%。目前有我国有24个省市建设了风电场，河北、内蒙古、甘肃等地的国家级风电基地进入快速成长期，东海大桥海上风力发电场也于2010年在上海正式投入运行，成为除了欧洲之外最大海上风电场。截止至2012年底，我国的风力发电装机容量达到6 300 万kW，已经超过了美国，从装机容量来讲，已经居世界第一位 [4] 。

二、 数字化风电场基础建设

1. 无线网络覆盖

风电场多处在山区、草原、戈壁等边远地区，手机通讯信号无法覆盖或信号强度不够，数字化风电场建设中的各应用系统模块、移动终端、智能设备均离不开稳定、高效、便捷的网络基础。数字化风电场无线网络覆盖方案采用光纤环网 + 大功率 Wi-Fi 的技术实现风电场风机和电气设备的网络全覆盖 ，为数字化风电场建设打下稳固的网络基础，风电场无线网络结构如图 2 所示。

2. 视频监控

风电场视频监控主要包括风电机组视频监控及升压站内视频监控，视频需监控风电场所有设备及重要生产场所。

2.1 风电机组视频监控

风电机组视频监控系统包括机组机舱和机组塔外视频监控系统，主要实现图像的采集、传输、分析、告警及监控功能。

机组机舱视频监控系统，充分整合视频监控存储技术、图像分析技术、智能分析机组内设备所处环境的变化，在风机内人员和设备（比如设备起火等）出现异常状况时自动告警。机组塔外视频监控系统可随时观测相邻机组的运行状态、塔外道路、塔筒基础和箱变等塔外设施与环境，使运行人员在远程即可直观了解现场情况。

2.2 风电场站内视频监控

风电场站内视频监控系统将风电场大门区域、升压站、开关室、中控室、继保室等区域采用摄像机拍摄的视频图像远距离传输到中控室，使主站的运行管理人员对场站电气设备的运行环境进行监控，保障场站的设备安全运行和人员安全生产。

三、 风电场数字化系统建设

1. 运行管理一体化

运行管理智能化通过建立风电场数据的统一管理、分析的系统，为运行人员提供更为方便的管理手段。通过风电场智能监控、机组效能分析等模块，借助移动终端等设备，全面实现运行管理的移动化和智能化，减轻运行人员工作强度，提高工作效率。

风电场监控系统实现风电场对风电机组、升压站设备、测风塔、有功控制等设备进行统一数据采集，统一监控画面展示，设备控制，报警提示，数据统计与分析，如图 3所示。风电场移动两票管理系统，使现有的两票纸质化操作实现电子化，基于移动互联技术，脱离时间、空间的限制，同时结合远程视频系统，使持有移动终端的人员在任何位置、任何时间点都可开展两票工作。还可将现场安全措施

通过照片、视频、录音等形式进行保存，及时更新现场安全工作现状。

通过风机性能分析系统，帮助运行人员定位性能、可靠性较差的风电机组，快速发现共性的故障。通过根源分析快速查看各机组损失电量分解，对比机组之间的性能损失、故障损失，通过可视化手段和数据联动，帮助运行人员快速定位机组问题原因，找出规律，定位集中性和频发性故障。

2. 安全管理智能化

安全管理智能化在实现风电场全场 Wi-Fi、视频监控全覆盖基础之上，借助移动终端，智能安防等设备，建立安全学习、预防、实时监控、应急处理等机制，让人员能够看到风险点、熟知风险点、理解风险点，真正实现对人员全方位、全角度、全过程的安全管控。包括：作业人员安全检查、车辆人员定位、应急预案管理、智能风险预控、安全工器具管理等。

利用视频监控系统检查人员作业过程的安全措施是否符合规范要求，实现检修人员作业前、中、后全过程监督;通过车辆安装或人员携带 GPS 设备，在车辆使用和人员工作期间进行实时跟踪定位，保障作业人员安全。

3. 设备管理信息化

设备管理信息化建设以设备台账为核心，参照标准编码为基础，实现设备编码、设备异动、故障记录、检修工单、维护与巡检工作的联动。

设备管理根据设备的台账信息、使用位置、电气系统位置等实际情况，建立完备的设备管理体系及结构，通过设备台账可查看所有设备的检修计划、检修历史、缺陷信息、更换维护记录、备件信息等数据，系统如图 6 所示。设备管理对设备进行动态管制，使台账数据随着风电场检修、消缺、技改、移动、更换等业务进行数据的实时更新。

结束语：数字化风电场建设是最大限度的利用现有资源，并引进各种数字化、智能化的设备和系统，旨在实现风机更优的控制与运行性能、更高的能量利用效率、更精准的状态监测、更高的设备可靠性、更少的人力需求和更大的发电效益，最

终实现以人为本的专业管理、集约管理和业务协同的风电场智能管控，形成适合自身发展需求的、具备新能源行业特色的智能管理模式。

参考文献：

【1】 吴智泉 . 推进智慧风电建设，提高风电核心竞争力 [J]. 中国经济周刊，2019（10）：108-109.

【2】 吉洁 . 浅谈智能风电场管理系统的建设分析与应用 [J]. 风能产业，2018（5）：112-114.

【3】 张艳锋，田震，杨海涛，等 . 风电场智慧运维管理浅谈 [J].中国设备工程，2019（15）：35-37.

【4】 张志宏，施永吉，黄建平，等 . 深远海域风电场智慧运维管理系统的探索与研究 [J]. 太阳能，2018（6）：49-53+25.