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1、山东某风电场智慧化设计方案山东某风电场智慧化设计方案 刘刚刘刚摘要：随着科技的进步，风电场的运维越来越智能化，向着少人值守、无人值守开始发展，智能化运维管理系统是利用计算机软件技术、计算机网络技术、自动监测与远程监测技术、通信技术、视频技术、物联网和相关的专业技术，建立起的一套高效、稳定的智能化系统，为集控中心下的电站的正常运行和管理提供技术保障。关键词：风电场；智慧化；集控管理建设方案本智慧化风场建设主要分两个层次，第一层次在风电场实现，主要进行前端采集装置的配置，为数据采集做设备支撑；第二层次，在集控中心实现，主要进行高级功能的应用。集控中心已具备场站接入条件并已有集控基本架构，故本方案只
2、考虑在集控中心基础上扩展高级功能。本方案不单单为风电场的智慧建设方案，更是集控中心高级应用的扩展建设，集控中心高级应用的扩展建设将为后期其管辖下的新能源电站的智能化运维管理提供应用平台。智能化运维管理系统是利用计算机软件技术、计算机网络技术、自动监测与远程监测技术、通信技术、视频技术、物联网和相关的专业技术，建立起的一套高效、稳定的智能化系统，为集控中心下的电站的正常运行和管理提供技术保障。系统结构上划分为两层，分别为：第一层：集控中心层，实现对下属多个电站的统一监视和管理。在集控中心搭建集中监管平台，部署集中智能运维管理系统，风机全生命周期分析系统和视频系统可接收下属各风电场上传的实时生产运
3、行数据、风机监测数据、视频数据、流媒体数据等远程实时监测下属风场主要设备的运行情况，掌握运维的管理和统一调度，对电站的历史运行数据和故障缺陷进行多层次、多维度综合对比分析，评估电站生产运行情况，并提供全面的生产运行报表。第二层：站端数据采集层，建设在电站就地，通过在生产控制一区部署通讯管理机（部署数据采集、协议转换、数据转发等应用程序）接收电站 SCADA 监控系统后台转发的风机、测风塔、升压站遥测和电能计量表(安全区)，并经过横向隔离装置(正向型)传输到管理信息区的生产运行服务器，位于服务器中的解析程序对传入的数据进行实时解析、入库和统计分析。 1 建设目标建设覆盖集控中心内场站的新能源电站
4、智能集中智能化运维平台，加快新能源建设，实现多电站统一运行监控、统一调度指挥，统一数据管理，高效运维、故障预警达到优化用工结构和管控模式，实现少人值守，保障电站财物和设备的安全，降低电站运行成本，提高电站运行的远程管控能力。平台的建设能够直观、动态、综合地掌握下属风场生产的一线情况，提供完善的运行数据查看、报警提醒及报表分析等功能，为设备运行情况分析、设备问题判别和运行效益提升提供了有力的决策依据。此外，系统提供移动平台访问功能，能够随时、随地掌握设备运行情况，巡视检修情况提高电站管理效率。 2 数据采集集控中心的高级应用需前端采集装置的数据采集，在风场侧生产控制区和信息管理区分别增加通讯管理
5、机和数据传输服务器，通讯管理机与风场的第三方电站监控系统、功率预测系统对接。第三方电站监控系统和功率预测系统与风电场通讯管理机之间以 104 协议进行数据通讯，这一环节需要第三方电站监控系统厂家配合对接和联调。数据传输服务器通过互联网与山东集控中心端通讯。站端采集的整体方案如下：图 3 1 站端数据采集典型方案 2.1 发电数据采集类型数据采集系统建设在风场就地，通过数据采集软件采集风场升压站、集电线路、箱变、风机、电能计量装置、测风塔等设备的实时运行数据，采集到的数据文件通过正向安全隔离装置传输给信息管理区的数据传输服务器，最后由安装在数据传输服务器上的数据传输软件将数据传输到集控中心。与传
6、统采集数据相比，智能化运维管理平台需要更丰富的数据支撑，以满足系统深度数据挖掘的需要。 2.1.1 风机实时运行数据采集风场及集控中心远程监控及管理平台应可以通过风机数据接口实时采集机组运行相关数据，实现远程监控、故障预警、远程诊断等功能。第三方数据接口能够提供采集周期为 1s 的风电机组全部数据信号，包括模拟量、数字量、报警信号等全部信号，其中较为重要的数据如下：风机运行数据包括：实时风速、风向，有功功率、无功功率、功率因数、电网频率、L1 电压、L2 电压、L3 电压、L1 电流、L2 电流、L3 电流，发电机转速、风轮转速、风向机舱夹角、偏航角度、桨距角，环境温度、塔底温度、机舱温度、塔
7、底控制柜温度、机舱控制柜温度、主轴承温度等；风机部件数据包括：主控柜（散热风扇工作状态，加热器工作状态等）、变频器系统（温度，散热电机工作状态，电压，电流等）、变桨系统（设定角度，实际角度，扭矩，电器柜温度，变桨电机温度，加热器工作状态等）、发电机系统（散热电机工作状态，电压，电流，发电机前轴承温度、发电机后轴承温度、U 转子线圈温度、V 转子线圈温度、W 转子线圈温度等）、齿轮箱（油温，齿轮箱前轴承温度、齿轮箱后轴承温度、齿轮箱油池温度、轴承温度、齿轮箱油压，油泵电机工作状态等）、液压系统（液压站压力、刹车模式等）； 2.1.2 测风塔监测数据采集系统可自动采集测风塔实时气象数据、十分钟统计
8、气象等数据等，便于掌握风电场微地形气候。采集数据包括风速平均、风速最大、风速最小、风速偏差、风向平均、风向最大、风向最小、风向偏差、温度平均、温度最大、温度最小、温度偏差、气压平均、气压最大、气压最小、气压偏差、湿度平均、湿度最大、湿度最小、湿度偏差。 2.1.3 箱变设备实时运行数据采集箱变采集的数据包括遥测量和遥信量，其中，遥测量采集：箱变低压侧母线三相相电压、母线三相线电压、三相电流、有功、无功、功率因数；遥信量采集：箱变高低压测开关的状态等相关状态量、以及相关保护报警信息等。实际采集测控点和采集方式根据电站实际情况确定。 2.1.4 集电线路运行数据采集集电线路的数据包括遥测量和遥信量
9、，其中，遥测量采集：箱变低压侧母线三相相电压、母线三相线电压、三相电流、有功、无功、功率因数；遥信量采集：箱变高低压测开关的状态等相关状态量、以及相关保护报警信息等。实际采集测控点和采集方式根据电站实际情况确定。 2.1.5 升压站实时运行数据采集升压站采集的主要设备为线路、SVG、主变、母线等相关设备，采集的数据包括遥测量、遥信量和电度量。其中，线路、SVG 采集的遥测量主要包括三相电压（相电压和线电压）、三相电流、有功、无功、功率因数；主变采集的遥测量主要包括主变高低压测的三相电压（相电压和线电压）、三相电流、有功、无功、功率因数；母线采集的遥测量主要包括三相电压（相电压和线电压）、频率。
10、线路、SVG、主变、母线等相关设备的遥信量主要采集设备开关运行状态和保护故障报警信息。升压站采集的电度量依据风场装的电表情况，主要采集电表的正向有功、正向无功、反向有功、反向无功。 2.1.6 电能量计量信息采集采集各个电站的电能表数据，包括线路电能表数据、由升压站 SCADA 采集的电度表数据和关口表等数据。具体根据不同的电场部署的电能量采集设备为准。 2.1.7 风功率预测系统数据采集采集各风电场功率预测系统中数值天气预报数据、测风塔数据（风速、风向、温度、气压、湿度等）、理论发电功率、风电场实际出力、短期和超短期功率预测数据、电量数据等，具体数据需以风电场实际数据为准。 2.1.8AGC
11、&AVC 系统数据采集采集各风电场自动控制系统接收调度主站定期下发的调节目标指令和当地预定的调节目标计算风电场功率，设备功率分配参数等。 2.2 机组健康数据类型通过安装在风机机组的传感器，例如激光测风雷达、机舱倾角及振动监测传感器、塔基沉降监测加传感器、齿轮箱颗粒计数器、螺栓监测传感器（包括主轴螺栓、叶片螺栓、变桨螺栓、塔筒螺栓），塔基沉降监测、齿轮箱等核心部件的监测传感器数据。通过不同角度层面及对不同部件的监控（如：塔筒螺栓载荷监测系统和齿轮箱油在线监测系统），确保风机安全运行。利用机组的传感器标签点（此部分内容通过风机厂家提供的监测数据。）从可靠度、寿命分析、异常状态等多个维度进行健康评
12、估，构建机组整机和部件的健康评价体系。让风电机组工作过程中全局健康状态和各个关键部件监控状况透明化，评估运行风险并预测剩余寿命，及时对机组进行维护避免故障发生。基于经验、模型算法和数据挖掘方法建立多个亚健康预警模型，涵盖机械、电气等多个范畴，实现设备监控隐患的提前报警，帮助客户实现从被动的故障后维护向主动预防维护的转变，实现亚健康预警工作-运维巡检-故障消缺的闭环体系。图 2 2.2.1 视频监控数据采集全站重点监控数据和图像数据，除了提供传统数字摄像头功能外，还能提供对厂区设备外观异常、厂区起火报警、工作人员识别及人员行为的智能分析。 2.2.2 智能穿戴影音数据电站运维人员巡检、操作、检修
13、作业过程中的视频及音频数据。 2.3 位置信息数据主要包括运维人员、车辆实时位置信息和风机的地理位置信息。 2.4 手持终端采集数据主要包括运维人员实时记录的运维、检修、故障记录，包括视频、图片、音频、文字等信息。 3 系统构成智能化风电场建设包括集中运维平台功能、电站生产运行管理功能和移动平台功能三部分，实现一个平台三级管控的运维目的，具体功能构架图如图 2 所示： 4.1 运维管理 4.1.1 操作票管理操作票主要是指电气倒闸操作票，是按照规程形成操作规范的、具有正确顺序的书面操作程序。严格执行操作票制度，能有效防止误操作，是实现标准化作业，提高安全生产水平，克服工作过程中人员行为随意性的
14、重要措施。 4.1.2 工作票管理工作票是指在生产现场进行检修、处理缺陷、试验或安装等工作时，为了有效保证人身及设备安全、防止发生事故而采取的一种保证安全的组织措施。系统提供了电气一种工作票、电气二种工作票、一级动火工作票、二级动火工作票、工作票检查、设备检修交代 6 个功能，实现了工作票全过程的控制和管理。 4.1.3 检修管理设备检修管理可对各个设备的检修工作单进行管理，并记录设备检修工作的执行结果。通过全生命周期机组健康度系统(智能检测系统)检测或预警出故障后自动生成消缺工单，分级后推送值班负责人，同时 APP 自动规划路线，运维人员通过 APP领取任务，到现场确认故障情况，需要开票时根
15、据消缺工单由系统自动关联两票。消缺完成后自动记录消缺处理人、消缺时间，人工输入缺陷处理方法，通过智能穿戴设备实时上传或记录相关信息，（支持语音、文字、图片、视频方式），完成该工单后签字确认。并自动将消缺记录上传至缺陷记录本和运行日志，两票执行模块自动按照两票执行流程上传记录至相关台账。系统要能自动将设备消缺记录关联至设备全生命周期台账，自动丰富缺陷处理数据库，后续出现相同故障时直接推送处理方法作为参考。同时根据某设备以往缺陷记录，智能分析该设备潜在的设备隐患，提前予以消除。 4.1.4 培训管理培训管理包括培训管理和培训统计。在培训初期，首先新建制定培训计划，确定培训内容及计划开始时间等信息，
16、在计划开始时间之前进行立即执行的操作，会生成对应培训管理记录。待培训结束后，完成对培训结果的确认，在培训统计中对培训完成率等进行查看。通过培训记录的创建与完善的过程，达到了规范整个培训流程的目的。 4.1.5 交接班管理交接班管理是指运行人员在当班过程中记录生产、设备、管理中的各种信息，当值人员在接班后填写当班记事、巡视记录、调度指令、缺陷隐患等信息，以便接班人员了解到上一班发生了什么重要事件、存在什么隐患等信息。值长填写运行记录，相关记录在交班后会被系统锁定。当班人员完成交班后交接班信息将全部变为只读作为存档。交班以后下一班人员就可以通过“接班”功能进行接班，系统将自动生成新的交接班日志，为
17、本班交班作好准备。只有角色为值长的用户才能登录系统进行交接班操作。 4.1.6 设备管理用于对电站的物资、设备缺陷等进行管理和统计，同时可查看设备详细信息。物资管理提供了库房的基本业务管理功能：物资分类、物资台帐、物资出/入库、物资出/入库详单和物资告警设置。此部分的支撑基础需要对风场各重要设备部件进行编码标识工作，需风机厂家内部由风机厂家实现，升压站及风场箱变等由设计院完成相关设计，后期此编码需录入管理系统进行识别。 4.1.7APP 移动运维系统拥有移动监视终端 APP 软件，利用公网、广域网接入主站系统，实现电站监控、KPI 查询等功能。生产三区系统能够便捷的实现移动端功能整合，数据上送
18、可采用运营商线路实现与外部系统、第三方平台、上级集控的功能整合。预警结果可及时便捷的通过手机 APP、邮件、等互联网方式实现及时预警。当风场发生告警，向手机 app推送告警信息，用户可以第一时间知道告警原因，通知检修人员。设备告警和隐患信息作为业主方最关心的设备运行核心内容，系统 APP 提供推送功能，通过系统 APP 可即时将设备发生的告警和通过识别的隐患信息进行推送，推送包括告警/隐患发生时间、发生设备、告警/隐患信息描述等内容，同时根据故障知识库功能，将告警和隐患对应的解决方案向用户推送，提升用户检修处理时间，提升设备可靠性。通过 APP 移动分析数据展示方式多样化，采用图表、曲线、棒图等多种样式展示子站运营数据和性能指标，使集团人员能够了解到及时、形象、准确、丰富的信息。