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智慧风电场建设面临问题及对策

日期:2020-07-21    来源:风电智慧运维  作者:wesom

国际风力发电网

2020
07/21
09:52
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关键词: 智慧风电场 风电场建设 风电项目建设

智慧风电场在智慧化建设过程中面临着很多问题亟需解决,这些问题涉及到设备、数据、技术、管理等多个方面。

1. 设备及数据问题

现阶段风电场对各设备状态的监测与感知、控制优化、设备故障预警等方面存在较多不足。

1)风电场对各设备状态监测存在盲区,目前风电场仅能监测风机部分设备以及升压站的部分运行状态。由于风机简配以及投资成本等原因,部分设备、系统的运行状态一直未得到有效监测,如叶片、变桨轴承、变桨系统后备电源、偏航减速器、通讯滑环以及发电机绝缘状态等。这导致风电场无法实时获取各关键设备的状态数据信息,进而导致风电场评价设备状态用数据信息的不完整。

2)目前,风机的自动化控制程度虽已很高,但仍存在以下不足:(1)同一风场来自不同厂家的设备普遍存配备不同控制系统的情况,特别是风机厂家数据采集与监视控制系统(SCADA)开放性不够,导致底层数据不能有效整合利用;(2)控制策略的控制效果不尽如人意,部分风机厂家甚至仍未掌握核心控制算法;(3)对风机群的操作仍以简单的、经典的SCADA系统自动控制为主,缺少从提高全场发电量及降低单机载荷角度出发的控制方法;(4)针对单机的优化控制手段不足,导致无法从整体风场及单机角度对控制策略进行优化。

3)风机大部件可靠性有待进一步提高。近几年风电技术飞速发展,风机单机容量不断增大,新机型、新设备不断出现,导致在新设备研制过程无历史运行数据可参考,加之缺乏必要的试验手段,增加了新设备出现各类故障的几率。此外,对设备状态监测数据的分析与诊断多采用人工方式,智能化水平较低,无法精确判断设备的状态,不能满足智慧风电场建设的要求。

4)此外,风电场普遍存在多源异构数据,处理困难。智慧风电场需要对庞大的数据资源进行统一采集、存储、挖掘和分析,却遇到了数据格式不规范、数据编码不统一、数据不完整、设备状态分类数据不完备、能获取的设备状态数据少、数据采集成本高等问题。

为了全面获取各设备的运行状态,智慧风电场建设过程应从经济性、设备可靠性及安全性出发,开展故障模式、影响及危害性分析(FMECA)工作。风电场还应统一各风机数据通讯接口、数据格式、数据编码,以满足直采风机数据的条件,降低风电场数据采集成本及数据处理难度,以便全面、自主地获取智慧风电场建设所需数据。此外,风电场应配置通用一体化集控系统,从而降低维护费用,提高人员的工作效率以及智慧运维水平。

2. 技术问题

目前,与智慧风电场建设相关的技术如设备状态智能监测技术、智能故障诊断技术、风力机智能控制技术、精准风功率预测技术等发展迅速,但就目前技术水平而言,很多技术还不足以支撑智慧风电场的建设。

1)设备状态智能监测技术还不完备。设备故障智能诊断及预警结果准确度不高,智能诊断算法不够成熟,在设备故障数据分析与诊断方面多采用人工方式,绝大多数设备故障的诊断及预警仍未实现自动化与智能化,不能满足智慧风电场建设的需要。

2)目前,24h内短期风功率预测的精度不高,很多系统的预测精度甚至达不到电网调度对风电场预测次日功率与实际功率误差小于20%的要求,导致风电场频频被电网公司考核。国外短期风功率预测的精度普遍小于10%,德国的预测误差甚至在6%左右。智慧风电场建设需配备短期甚至超短期内预测精度较高的风功率预测系统,系统应采用精准的气象信息数据,利用现有的云计算、大数据处理以及精装的预测模型,以提高系统的预测精度。此外,现有的风力机控制技术还不能根据电网调度信息及风功率预测系统的结果实现对单台风机的智能控制,以达到提高全场发电量并降低单机载荷的目的。

3)智能决策算法及技术不能满足智慧风电场建设的需要。由于信息不完备、数据不完整以及数据多样性,现有智能决策模型建立过程中很难对风电场各设备的状态数据、故障数据、运行及维护数据、备品备件及人员信息数据等各类数据统一建模,导致决策结果不准确。此外,数据缺失将导致模型训练效率低、预测准确度无法提高。因此,为了提高决策模型计算结果的准确度,智能决策模型研究及建立过程中获取完整数据信息是关键,将各类信息进行统一建模是基础。

3.网络安全问题

为了确保电网及能源供给的安全,按照当前电力监控系统安全防护规定,发电侧一区、二区与三区及以上区间应加纵向隔离装置,一、二区信息可进入三区,但三区信息不能进入一、二区。智慧风电场信息智能分析系统在三区,各类数据信息经分析后结果不能直接反馈到一、二区,也就无法直接控制相关设备,目前只能以运维建议的形式推送给风电场相关人员,即使信息智能分析系统发现某设备存在严重故障需立刻停机,信息智能分析系统也无法直接控制风机停机或必要的调整。

为解决该问题,在确保网络安全的前提下,一、二区与三区间应允许存在一定量紧急信息的交互,风机控制系统可根据信息智能分析系统的反馈结果对风机进行相应控制。为提高相关控制的可执行性,可仅对风机安全有重大影响的状态进行控制操作。这就对网络安全技术提出更高的要求。

4. 人员及管理问题

目前,国内风电场普遍采用“运维合一、一岗多责、一专多能”的管理模式,风电场配备人员较少,很多还延续着过去简单的运行管理体制,导致风电场缺乏有经验的运行和检修技术人员,优化机组运行能力不足。部分风电场开始采用将设备运行、维护全部外委的管理模式,采用该模式风电场不需专门成立运维班组,可有效节约人力,但风电场总维护费用非常高,而且设备的状态信息、维护信息、运行历史数据等很难完整的反馈到风电场业主方,难以满足智慧风电场建设对设备状态信息完整性要求,也不利于风电场自身运维经验的积累。

此外,国内现有风电场还普遍存在人员流动性大,对安全生产缺乏有效的数字化实时监督手段,运维信息记录不规范、不完整、资料可查性差等问题,很多运维信息几年后将无法查找。这给智慧风电场建设过程中各类离线信息的收集、知识库的建立等工作带来了困难和障碍。

为此,各风电场应规范运维信息的记录、保存工作,尤其是各设备离线检测数据、日常排故数据等信息的整理及保存工作,并尽早完成对各类离线数据的数字化归档工作,为智慧风电场建设积累数据资料。

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