2024海上风电场智慧型监控管理一体化系统

海上风电场智慧型监控管理一体化系统主辅设施的全面一体化监控管理是海上风电场运检高效的有力措施。首先分析了目前在运的海上风电场监控系统的现状及提升对策;其次提出了以全场信息数字化、信息共享标准化、系统功能一体化、主辅设备智能化、高级应用互动化、运行状态可视化、运维管理智慧化为特征的海上风电场智慧型一体化监控管理系统的设计思想;最后研究分析了系统的体系架构和技术特征。研究成果为海上风电场的智慧化建设指明了方向。引言能源安全气候变暖等问题日益突出。我国向世界庄严承诺了碳达峰碳中和的温室气体减排目标把发展清洁能源作为能源战略的重要方向。海上风资源具有年发电利用小时数高适宜大规模开发不占用土地靠近负荷中心等特点因此海上风电的开发速度惊人。海上风电正面临平价上网政策的压力。降低设备故障率提高机组利用率降低运维成本提升运营收益成为海上风电场经营管理的主要目标。主辅设施的全面一体化监控管理是海上风电场运检高效的有力措施。物联网大数据处理云边计算及移动通信人工智能无人机器智能穿戴等技术的不断发展为海上风电场的智能化智慧化一体化建设提供了技术支撑。本文在分析目前在运海上风电场风电机组海上升压站陆上站监控系统现状的基础上针对海上风电场智能化运行监控和智慧化维护管理的需求基于0通信标准提出以主辅设备智能化全场信息数字化信息共享标准化、系统功能一体化控制决策智能化高级应用互动化运行状态可视化运维管理智慧化为技术特征的海上风电场智慧型一体化监控管理系统的设计理念研究分析系统的体系架构技术特征希望为海上风电场的智慧化建设指明方向。海上风电场监控系统的现状及对策通常海上风电机组含箱变生产的电能中压海缆汇集后接至海上升压站升压再通过高压海缆输送至陆上汇集站并入电网。目前我国海上风电机组通常来自不同厂商不同的技术发展水平各自的主控系统支持不同的通讯协议信息共享困难难以按电网一次调频的新要求直接调控风电机组。海上风电运行环境恶劣机组故障率高。机组分布广阔气候复杂多变,巡检维护十分困难。因此迫切需要为风电机组装备智能的大脑和智慧的眼睛实现运行状态提前感知故障早期预警机组远程调控等功能有效降低设备故障率提高机组利用率。海上升压站和陆上站内配置有常规的综合自动化状态在线监测辅助监控等系统但站内主辅控系统有子系统数量多功能不完善信息格式不规范相互间独立等问题导致主辅设备间辅助设施间信息无法有效共享还有辅助设施覆盖不全辅助设备型号多等问题。由于环境恶劣受潮汐海流等多种水文现象及振动腐蚀等因素影响较大海上日常值班运行与巡检维护管理十分困难运维的可达性较差因此升压站通常按无人值守的原则设计对自动化技术水平和通信系统的可靠性要求较高。全场缺乏运检高效的管控手段海上升压站亟需采用数字化智能化设备和调控手段提升主辅设备的智能化管控水平这是全场智慧化运维的基础。在全场亟需建设以设备状态全面感知无人机器巡视巡检设备缺陷主动预警远程操作一键顺控主辅设备智能联动人员设备智能管控行为决策智慧辅助为技术特征的智慧型一体化监控管理系统这些是降低运维成本提升运营收益的最有效手段。智慧型一体化监控管理系统的体系架构建设智慧型一体化监控管理平台旨在将全场作为一个整体考虑统一设计风电机组及箱变上升压站陆上站的各类子系统采用统一的标准化接口使它们无缝融合在统一的信息数据交换平台上使用统一的数据库模型和人机交互界面行统一的运行控制和管理维护。在陆上集控中心的全景数据一体化信息平台上就可实施对全场的远程实时全景智能化监控并进行各类数据如故障分析与预测设备管理工单管理等的统一智能化管理实现海上无人值守陆上少人集控的智慧化运维管理模式。系统的体系构架如图1所示。开放式系统平台,基于网络通讯和IEC61850标准,采用统一的标准化接口,联接多个现场(风电机组及箱变、海上升压站和陆上站)的各类监控管理子系统;构成面向全景数据的一体化监控管理系统。系统包含3个层次:现场层的各类智能化监控子系统,中间网络通讯层,站控及集控层的一体化智慧监控管理平台。在集控平台上实现对全场的全景智能化监控,并进行各类数据信息(如运行管理、检修管理、安全管理、设备管理、工单管理、备件管理、人员管理、财务管理、物资管理等)的统一智能化管理,实现故障预警、精准维护、最佳效能的安全运行目标,各子系统规范化存取访问标准数据;还可通过电力调度通道,将风电场的信息远传上送电网调度,接受电网的统一调度指令,实现全场自动发电控制(automaticgenerationcontrol,AGC)、自动电压控制(automaticvoltagecontrol,AVC)等高级应用功能,优化全场整体出力控制,实现风电机组最优化运行。智慧型一体化监控管理系统平台一体化监控管理系统平台主要由实时数据服务器历史数据服务器b服务器操作员站工程师站核心以太网交换机音响报警系统同步时钟系统不间断电源系统二次安全防护等设备组成。有风电机组含箱变监控升压站综合监控陆上站综合监控风功率预测设备状态监测辅助设施监控基础及海底电缆监测气象预报生产管理移动办公视频监控机器人与无人机巡检等子系统软件。在统一的数据交换平台上进行各类数据的无障碍融合使用统一的数据库模型人机交互界面进行统一运行统一维护管理使全场内各子系统进行有效的协调发挥最大的综合利用效益。通常一体化监控管理平台与陆上站综合监控平台共同一体建设同时简化海上升压站监管平台的配置。系统可灵活集成扩展各种应用功能。一体化监控管理系统的安全分区一体化系统可分为安全ⅠⅡⅢ区。安全区是实时智能化监控区包括风电机组含箱变监控站内保护监控系统安全稳定C等子系统。安全区是非实时智能化监测控制区包括功率预测状态在线监测辅助监控消防环境灯光安防门禁等子系统基础结构及海缆监测等子系统。安全区是智慧化管理区包括生产图1智慧型一体化监控管理系统图管理信息测风塔及天气预报等子系统。安全区包括视频监控机器人与无人机巡检等子系统。风电机组含箱变升压站的综合监控管理系统的安全分区也遵照以上安全分区原则各分区纵向接入一体化平台的对应分区。安全Ⅰ区之间采用防火墙隔离横向通过隔离装置与ⅢⅣ区联系。纵向安全防护安全区ⅠⅡ区与调度中心发电集团远程集控中心之间采用纵向加密认证装置隔离安全Ⅲ区与远程集控中心之间采用防火墙隔离。陆上站的智能化智慧化建设数字化智能化是智慧化的基础融合了检测诊断功能的高压智能化设备能及时准确地判断故障情况并做出准确的修复策略。以保护和自动化装置为主的二次系统是智能化建设过程中的重点在智慧化建设中主要针对前期运维过程中暴露出的问题结合泛在物联网等技术开展相关新技术应用如冗余测控宽频测量等数字化技术。采用先进的传感技术对设备状态参量安消防环境动力海缆等进行全面采集同时应用物大云移智等先进技术使全场具备设备状态全面感知设备异常主动预警倒闸操作一键顺控主辅设备智能联动巡视巡检机器替代人员行为智能管控等功能这些是陆上站智慧化建设的重点。基于0标准的主辅全面一体化智能监控与管理系统为实现海上站无人值守陆上站远程全景智能化监控和智慧化管理奠定了基础。海上升压站的智能化智慧化建设基于0标准海上升压站综合监控融合了综合自动化设备状态在线监测辅助设施消防环境灯光安防门禁监控基础沉降监测气象预报导航与公共广播应急通讯视频监控人机器巡检等功能子系统。这也是全场智慧型一体化监控管理的基础。采用全面感知的先进传感技术对设备状态参量安消防环境动力海上平台等进行全面采集;使用智能机器人巡检气体绝缘全封闭组合电器s室配电室等主要区域结合物联网远程图传人工智能,射频识别三维建模等多种先进技术多维度实施动态监测及预警主辅设施的智能互联互动这些是海上升压站智能化智慧化建设的重点内容,使例行检修向状态检修模式转变。海上风电机组的智能化智慧化建设基于C5标准对各型风机统一建模统一数据采集统一数据格式数据编码实现对不同厂家风机的统一监控。配置完善的状态监测是降低运维成本的措施对风电机组及附属设施含基础箱变进行全面的状态监测和智能诊断综合了多参数信息使故障早期预警成为可能同时辅助监控实现对动力设备环境安防P电话通讯的统一监控。机舱塔底和塔外的视频监控,图像的采集传输分析远程即可直观了解现场情况。在海上平台上部署无人机实现对风机的航测巡检利用智能眼镜可实现远程视频会诊。风电机组综合监控系统之间通过光纤环网联网基于CC0标准与站级一体化监管系统无缝融合。纵向接入一体化系统的对应安全分区贯通集控系统的监控生产运维调度等使远方及时掌握风电机组的运行数据和相关设备及气象环境状况实现对风电场的远程集中智能调控和智慧化管理提高设备的可靠性提升风资源的转化率。中间通信传输层中间通信传输层是联结现场和集控中心的高速桥梁使各种信息数据有序高效快速地传递到目的地这是远程监控的关键所在。海陆之间主要采用海底光缆作为主要传输通道卫星通信系统作为应急通信备用通道。智慧型监控管理系统的技术特征智慧化的基础是各类信息的数字化核心是信息数据的标准化处理与智能化分析本质是数字化与智能化技术的高度融合。关键技术包括主辅设备智能化数据共享标准化大数据智能分析故障智能诊断智慧化运维管理等技术以及各类智能化

算法。其主要技术特征如下文所述。主辅设备的智能化。智能高压开关智能变压器是一次设备和智能组件的有机结合体自身具备测控保护计量和状态监测功能。智能风机采用先进的状态监测数据分析智能控制技术使机组自身优化调整运行在最佳工况。全场信息数字化。主辅设施的数字化是智能化管理的基础。在设备上或现场安装数字化智能传感器实时准确获知监测对象和各类环境的信息。统一设备物资及备件的标准化编码实现全场设备资产的数字化。信息共享标准化。统一数据采集统一建模统一数据格式数据编码可以解决目前普遍存在的多源信息数据异构问题。基于C、5标准可以解决众多孤立设备子系统互通难的问题具有更好的互联互操作性。系统功能一体化。综合自动化在线监测视频监控消防控制安全防范环境监测照明控制空调控制箱门锁控等功能集中节省了设备投资统一控制统一管理为主辅设备的全面一体化综合监管以及互联互动提供了极大的方便。控制决策智能化。激光测风传感技术提前感知机组前方的风速信息精准的风功率预测结合电网调度需求及各风电机组状态信息机组控制技术适应风速变化优化机组性能控制自动调节输出功率场群控制统筹全场内机组的控制以适应网源协调控制。高级应用互动化。高级应用互动涉及的子系统较多控制策略配置复杂。如消防子系统动作时会联动视频监控环境监测安防消防照明等子系统以提高应急响应速度。运行状态可视化。基于三维可视化技术建立海上风机及升压站的虚拟现实场景将风电机组海上升压站在线监测以及消防视频等辅助系统的实时运行数据转变成以图像形式表示的随时间和空间变化的物理模型。监控系统的二维报表也跨入了空间化图形化可视化展示时代。运维管理智慧化。开展运行检修设备备件安全文档等方面的智能化管理有效降低了运维成本显著提升管理水平。移动办公使管理人员可以随时随地掌握设备运行和状态数据提高智慧化决策效率。结语智慧型一体化监控管理平台有效无缝融合了风电机组、升压站和陆上站各自独立的子系统,打破它们分属不同系统、数据无法共享、不同风机厂家监控操控不一致等各种不利局面。系统具有升压站、陆上站的全部监控管理功能;还可以图形化地显示各型风机的重要运行数据,如发电功率、风轮转速等,通过统一的风机监控界面,向各型风机下发如开停机等操作命令。统一的数据平台和数据库模型也为开展一系列高级应用如发