基于泛在电力物联网建设环境下风电运维管理技术路线探索

　　电力市场的改革持续推进,2015年3月15日《中央国务院关于进一步深化电力体制改革的若干意见》发布,整个电力交易市场化进程加快。2019年1月9日,国家发改委与国家能源局发布《关于积极推进风电、光伏发电无补贴平价上网有关工作的通知》,要求积极推进风电、光伏发电平价上网项目和低价上网项目建设。国家电网公司在2019年报告提出了“三型两网”战略目标,两网分别是坚强智能电网和泛在电力物联网。新能源发电企业有必要和电网公司的规划密切结合,融入泛在电力物联网生态圈,共同发展,共享共赢。

　　泛在物联网。指任何时间、任何地点、任何人、任何物之间的信息连接和交互。泛在电力物联网指围绕电力系统各环节,充分应用移动互联、人工智能等现代信息技术、先进通信技术,实现电力系统各环节万物互联、人机交互,具有状态全面感知、信息高效处理、应用便捷灵活特征的智慧服务系统,含感知层、网络层、平台层、应用层四层结构。泛在电力物联网是运用新一代信息技术,将电力用户、电网企业、发电企业、电工装备企业及其设备连接起来,通过信息广泛交互和充分共享,以数字化管理大幅提高能源生产、能源消费和相关装备制造的安全水平、质量水平、先进水平、效益效率水平。

　　云计算。是将广义的计算资源(硬件设备、软件平台、应用系统)放入云中,使资源使用者在不关心这些资源具体形态(物理集中或逻辑集中)的情况下,可按自己的需要使用,保障资源的利用率得到最大化体现,同时使整个IT架构更加柔性。云计算自下而上分为三层,分别是基础设施即服务、平台即服务、软件即服务,云包括私有云、公有云和混合云三种形态[1]。

　　大数据。是需要新处理模式才能具有更强的决策力、洞察发现力和流程优化能力来适应海量、高增长率和多样化的信息资产。一种规模大到在获取、存储、管理、分析方面大大超出传统数据库软件工具能力范围的数据集合,具有海量的数据规模、快速的数据流转、多样的数据类型和价值密度低四大特征[2]。

　　随着新能源发电占比升高,电网形态日趋复杂,电力潮流和电网故障演化机理不断由可预见向难以预见演变,这对电网的安全稳定运行提出了更高要求;电改推进、政府及社会对电价下调的要求,导致发电企业经营面临瓶颈。互联网经济与数字经济的蓬勃发展下,国家电网提出建设世界一流能源互联网企业的重要物质基础是要建设运营好“两网”,其背后蕴含的是电网企业未来从工程驱动转向客户价值驱动,最终实现数据驱动业务的转型。将移动互联、人工智能等现代信息技术和先进通信技术实现电力系统各个环节万物互联、人机交互,打造状态全面感知、信息高效处理、应用便捷灵活的泛在电力物联网,为电网安全经济运行、提高经营绩效、改善服务质量,以及培育发展战略性新兴产业,提供强有力的数据资源支撑。承载电力流的坚强智能电网与承载数据流的泛在电力物联网相辅相成、融合发展,形成强大的价值创造平台,共同构成能源流、业务流、数据流三流合一的能源互联网。

　　在互联网和数字经济时代,电网企业要广泛连接内外部、上下游资源和需求,最终打造能源互联网生态圈。通过建枢纽、搭平台、强应用、促共享,让更多市场主体参与能源互联网的价值创造与分析,为全行业发展创造更大机遇与空间,构建开放共建、合作共治、互利共赢的产业生态。电网公司规划2021年基本实现业务协同和数据贯通,初步实现统一物联管理,各级智慧能源综合服务平台具备基本功能,支撑电网业务与新兴业务发展,到2024年全面实现业务协同、数据贯通和统一物联管理,公司级智慧能源综合服务平台具备强大功能,全面形成共建共治共享的能源互联网生态圈。

　　泛在电力物联网技术架构包括感知层、网络层、平台层、应用层4个层次,在感知层,重点是统一终端标准,推动跨专业数据同源采集,实现配电侧、用电侧采集监控深度覆盖,提升终端智能化和边缘计算水平;在网络层,重点推进电力无线专网和终端通信建设,增强带宽,实现深度全覆盖,满足新兴业务发展需要;在平台层,重点是实现超大规模终端统一物联管理,深化全业务统一数据中心建设,推广“国网云”平台建设和应用,提升数据高效处理和云雾协同能力;在应用层,重点是全面支撑核心业务智慧化运营,全面服务能源互联网生态,促进管理提升和业务转型。

　　新能源风电场一般分布区域广泛,自然环境较为恶劣,单个场站规模较小,机组数量庞大。场站装机规模不等,从49.5MW到400MW甚至更大都有,并且随着分布式能源的发展,更小规模的电站会并入电网运行。风电场运维管理采用以单个风电场为生产单位进行管理和配置人员,大量的生产人员分散在各个场站,组成小的群体独立完成场站的经营、生产、行政、后勤、采购等任务,导致新能源场站员工数量多,从事业务繁杂,专业技术水平不高,运维成本高。新能源项目快速发展,专业人才需求增加,对高质量专业人员的需求更加迫切。风电场设备维护管理、运行管理要求逐步提高,对数据分析及故障处理的能力要求逐步增加,风电场单场运维模式的劣势逐步显现。

　　区域集中监控运维系统是解决这种现状的方案之一,其目的是通过集中运维模式实现精益运营、调控一体化、备品备件联合储备等管理。主要体现在集中区域资源优势、专业化发展、提高人员工作效率、降低运维成本,以及体现人性化管理。将现场的数据传输到云端进行计算,实现设备故障的预警功能,真正到达设备的状态检修和寿命管理,通过云端的气象数据计算,更高效精准的进行功率预测,达到良好的电网适应性。区域集中监控与运维现场配套IT高端技术支持,包括风机、变电站远程监控,资产全寿命周期信息化及数字化管理,远程视频技术支持,设备巡视与检修工单的移动办公,设备巡点检以及结合车辆、人员的GPS定位等辅助系统,实现风电场数字化管理。

　　“物移云大智”时代让互联网与产业深度融合,智慧风电场应运而生,是融入电力信息化发展步伐,利用现代化新技术,将人的智慧传递到传统发电设施上,采用智能设计、集中监控、集中运维,提高设备运行效率,构建以数字化交互为基础的风电场。智慧风电场将真正实现风电场智能控制,智慧发电,以实现发电收益最大化为目标,运维过程中通过有效数据采集、科学的模型建立、算法优化,不断的提高风机设备整体可利用率和风电场发电效益。

　　泛在电力物联网作用是通过汇集各方面资源,为规划建设、生产运行、经营管理、综合服务、新业务新模式发展、企业生态环境构建等各方面提供充足有效信息和数据支撑。感知层主要解决数据采集问题,统一终端标准,加强跨专业统筹,推动设备智能化升级,实现业务终端全连接,提高边缘智能水平。网络层主要解决数据传输问题,构建“空天地”协同一体化电力泛在通信网,增强网络带宽,提升网络资源调配能力,实现网络深度全覆盖;平台层主要解决数据管理问题,通过“云雾协同”架构,实现超大规模物联统一管理和高效处理能力,促进数据融通支持应用灵活构建;应用层主要解决数据价值创造问题,全面提升核心业务智慧化运营能力,积极打造能源互联网生态,促进管理提升和业务转型。新能源真正实现集控运维必须融入泛在电力物联网能源生态圈,从四个层面展开建设。

　　新能源场站集控运维感知层建设:变电站设计阶段关联设备采用统一标准,结合国网公司智能变电站典型设计,采用先进、可靠、集成和环保的智能设备,以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求,自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和检测等基本功能,具备支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策和协同互动等高级功能。

　　风电场风机设备则采用智能风机,智能风机配有数量众多的先进传感器、完善的通信系统和自适应控制系统,能够自主感知自身和邻近风机环境与运行状况,实现安全、高效生产。同时信息自主感知将与系统智能控制形成闭环运行,促进技术进步,智能风电是综合利用先进传感技术、控制技术、互联网技术和大数据处理技术,通过搭建物联网平台和大数据平台,协同空间分散、数量众多的风力发电个体,统筹运行、监控、管理、维护、检修等工作,实现运营效益最大化和电网友好化的智能发电运行控制与管理模式。风电智能化的本质是指风力发电过程具备较强自主性和自我学习能力,包括自主感知、自主适应、自主诊断、自主决策、自主协同等五大智能特征。

　　新能源场站集控运维网络层建设:新能源场站机组正常并入电网运行,场站大量的生产信息通过电网公司已建成安全、可靠的电力专用网络传输到电网数据中心。新能源场站由于数据安全性要求,集控运维网络层建设通过共享国家电网的电力专用传输网络,即可实现可靠的安全隔离、快速高效的传输实现数据传输到集控中心的功能,同时也降低投资成本。

　　新能源场站集控运维平台层建设:电网公司建设的泛在电力物联网就涵盖云平台建设,平台层的建设内容主要包括国网云一体化云平台、物联管理中心、全业务统一数据中心、企业中台等部分,重点是实现海量电力新能源信息终端的物联管理,实现各类采集数据一次采集、处处使用,挖掘海量采集数据价值,提升平台支撑能力,实现联网设备的精细化管理,提升数据处理效率,实现平台的能力开放与共享。新能源场站集控运维建设融入此平台即可,既能满足功能的需要也能避免重复建设,降低运维费用。

　　新能源场站集控运维应用层建设:发电公司、设备制造商、专业技术服务公司等共同根据市场客户需要做好应用程序开发,重点完成设备的预警、效能分析,达到设备的状态检修及设备全寿命周期的管理目标。风电场调度业务通过建设专业后台集中管理,由专业运维公司对接电网公司,所有调度信息来自电网公司的互联网。

　　新能源场站通过建设智慧风电场,增加传感器布置,获取海量数据,租用电网公司专用网络、国网云平台,开发适合企业的应用软件,达到风电场海量数据传输、计算、分析、应用。实现多系统数据之间的相互调用,实时分析,实现数字化平台对风电场的信息管理和决策支持、设备预警、专家诊断和智能运维等功能,为实现智慧运维奠定基础。

　　在电网公司专用网络节点地理位置建设风电集控运维中心,共享现有电网公司专用网络,融入物联网共享生态圈;成立运维公司,制定与之相适应的管理制度,以区域新能源场站为单位整体管控,将同在一个调度管辖区域范围内的风电场调度业务统一管理;以地理交通条件为设备维护单元,将地理区域较近的风电场检修力量进行整合,建设专业化的设备维护队伍完成现场设备维护工作,最终形集团层面负责数据分析、设备预警、战略管控,调度区域层面集中监控、集中管理、生产策划,地理区域层面设备集中运行维护,生产现场少人值守的生产局面。展望未来,甚至成立专门的运维公司,进行专业化的分工,更加高效完成新能源的运维业务,降低运维成本,迎接风电平价到来。