中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司 賴 剛 彭 莉 廖 禮

我國(guó)風(fēng)電行業(yè)在國(guó)家政策的積極推動(dòng)下裝機(jī)容量大幅提升，用了短短5年時(shí)間就走了歐美風(fēng)電強(qiáng)國(guó)15年才走完的發(fā)展之路。截至2020年底我國(guó)風(fēng)電裝機(jī)容量已達(dá)2.8億千瓦，成為全球最大的風(fēng)電裝機(jī)國(guó)。伴隨著我國(guó)風(fēng)電裝機(jī)容量的逐年增多，風(fēng)電機(jī)組設(shè)備大約從2012年開始大規(guī)模脫離質(zhì)保期，出保的風(fēng)電機(jī)組數(shù)量快速攀升，極大地推動(dòng)了我國(guó)的風(fēng)電運(yùn)維市場(chǎng)的發(fā)展。

一些大型風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組種類眾多，涉及不同的整機(jī)廠商和機(jī)型，各機(jī)型間的SCADA數(shù)據(jù)采集點(diǎn)表、標(biāo)準(zhǔn)、采集頻率、計(jì)量單位、故障設(shè)置等各不相同，使得在統(tǒng)一運(yùn)維管理過程中存在數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一的現(xiàn)象，增加了集中運(yùn)維管理的難度，不利于對(duì)風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行智能運(yùn)維分析和統(tǒng)計(jì)，因此對(duì)不同機(jī)型的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類梳理形成一套標(biāo)準(zhǔn)的運(yùn)維分析指標(biāo)體系尤為重要?；诮y(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化方法，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)不同機(jī)型的SCADA數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、梳理、標(biāo)準(zhǔn)化和編碼，形成一套完整的、能適配所有機(jī)型的風(fēng)電機(jī)組智能運(yùn)維分析數(shù)據(jù)指標(biāo)體系，為風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)維管理提供一套完整的、統(tǒng)一的、標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)指標(biāo)體系，有利于智慧風(fēng)場(chǎng)的建設(shè)，為場(chǎng)站的集中監(jiān)控、智能分析、智能運(yùn)維、智能運(yùn)營(yíng)等工作提供科學(xué)一致的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐服務(wù)。

1 基于部件的運(yùn)維分析指標(biāo)體系構(gòu)建方法

基于部件的運(yùn)維分析指標(biāo)體系構(gòu)建方法主要包括原始點(diǎn)表收集、數(shù)據(jù)指標(biāo)預(yù)處理、指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化、指標(biāo)編碼以及形成標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)表五個(gè)步驟：

原始點(diǎn)表收集：主要指收集不同整機(jī)廠商、不同機(jī)型的原始SCADA數(shù)據(jù)采集點(diǎn)表，點(diǎn)表應(yīng)盡量的完整詳盡，覆蓋整個(gè)機(jī)組的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位；數(shù)據(jù)指標(biāo)預(yù)處理：研究和分析各廠商、各機(jī)型原始點(diǎn)表。對(duì)原始點(diǎn)表進(jìn)行梳理，包括對(duì)直驅(qū)、雙饋風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行分類匯總，分部件分層級(jí)對(duì)指標(biāo)進(jìn)行梳理，包括機(jī)型分類、數(shù)據(jù)分類、部件分類；指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化：主要指對(duì)梳理好的運(yùn)維指標(biāo)進(jìn)行分類分層級(jí)合并，實(shí)現(xiàn)對(duì)業(yè)務(wù)定義的標(biāo)準(zhǔn)化處理，包括指標(biāo)名稱標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)據(jù)類型標(biāo)準(zhǔn)化、計(jì)量單位標(biāo)準(zhǔn)化等工作。

指標(biāo)編碼：主要對(duì)運(yùn)維指標(biāo)按編碼規(guī)則進(jìn)行統(tǒng)一的編碼，保障指標(biāo)的唯一性和關(guān)聯(lián)性，包括指標(biāo)分類編碼、數(shù)據(jù)分類編碼、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)編碼等；標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)表輸出：根據(jù)以上步驟最終形成風(fēng)電機(jī)組智能運(yùn)維分析指標(biāo)體系，為風(fēng)電場(chǎng)的集中監(jiān)控、智能分析、智能運(yùn)維、智能運(yùn)營(yíng)等工作提供科學(xué)一致的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)指標(biāo)體系服務(wù)，為各場(chǎng)站開展集中運(yùn)維管理工作提供統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理體系。

2 方法應(yīng)用

目前集團(tuán)公司旗下運(yùn)營(yíng)有多家風(fēng)電場(chǎng)，遍布全國(guó)各地，各場(chǎng)站中均存在涉及多個(gè)風(fēng)電機(jī)組整機(jī)制造廠商及多種主控類型風(fēng)電機(jī)組，為驗(yàn)證方法的實(shí)用性，本文選擇兩個(gè)典型的風(fēng)電場(chǎng)，涉及金風(fēng)、東氣、華銳、湘電等多個(gè)廠家不同的機(jī)型開展研究工作。在收集兩個(gè)場(chǎng)站涉及多個(gè)廠家不同機(jī)型的SCADA數(shù)據(jù)點(diǎn)表后，對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)指標(biāo)梳理，并采用基于部件的運(yùn)維分析指標(biāo)體系構(gòu)建方法，形成一套能滿足以上風(fēng)電機(jī)組數(shù)據(jù)統(tǒng)一運(yùn)行管理的數(shù)據(jù)指標(biāo)體系，并為相應(yīng)的智能運(yùn)維管理系統(tǒng)提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)支撐服務(wù)。

2.1 原始點(diǎn)表收集

首先通過收集集團(tuán)公司旗下的兩家典型風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)涉及的四種不同機(jī)型的原始SCADA點(diǎn)表，并對(duì)其點(diǎn)表進(jìn)行初步梳理和統(tǒng)計(jì)，1～4#故障信息點(diǎn)數(shù)、部件監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)、合計(jì)數(shù)分別為17/204/221、46/312/358、46/123/169、376/91/467。根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，各風(fēng)電機(jī)組采集的點(diǎn)位數(shù)據(jù)總量不同、故障信息和部件監(jiān)測(cè)點(diǎn)位數(shù)量均不統(tǒng)一，通過進(jìn)一步的分析發(fā)現(xiàn)各風(fēng)電機(jī)組采集標(biāo)準(zhǔn)、故障分類和編碼標(biāo)準(zhǔn)也存在差異。

2.2 數(shù)據(jù)指標(biāo)預(yù)處理

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是將葉輪吸收的風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，再由發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，最終輸出交流電的電氣設(shè)備。本文所選典型風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)電機(jī)組包括直驅(qū)和雙饋兩種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，其中機(jī)型2#為雙饋型機(jī)組，機(jī)型1#、機(jī)型3#和機(jī)型4#均為直驅(qū)型機(jī)組。

雙饋異步發(fā)電機(jī)實(shí)質(zhì)上是一種繞線式轉(zhuǎn)子電機(jī)，由于其定/轉(zhuǎn)子都能向電網(wǎng)饋電，故簡(jiǎn)稱雙饋電機(jī)。該發(fā)電機(jī)主要由電機(jī)本體和冷卻系統(tǒng)兩大部分組成。雙饋風(fēng)電機(jī)組包括輪轂、變槳系統(tǒng)、葉輪葉片、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、發(fā)電機(jī)定子、底板、偏航電機(jī)、測(cè)風(fēng)系統(tǒng)、塔架等結(jié)構(gòu)；直驅(qū)式發(fā)電機(jī)是一種由風(fēng)力直接驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)，亦稱無齒輪風(fēng)力發(fā)電機(jī)，這種發(fā)電機(jī)采用多極電機(jī)與葉輪直接連接進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，免去齒輪箱這一傳統(tǒng)部件。直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組包括輪轂、導(dǎo)流罩、變槳系統(tǒng)、葉片、發(fā)電機(jī)、測(cè)風(fēng)系統(tǒng)、機(jī)艙、環(huán)控系統(tǒng)及偏航系統(tǒng)等。

以收集到的各機(jī)型的原始點(diǎn)表為基礎(chǔ)，按機(jī)組類型及部件對(duì)點(diǎn)表進(jìn)行分類，并將分類結(jié)果進(jìn)行迭代分析、類比、匯總、合并等處理。通過對(duì)數(shù)據(jù)指標(biāo)的預(yù)處理，將雙饋型和直驅(qū)型風(fēng)電機(jī)組SCADA數(shù)據(jù)按照部件進(jìn)行分類匯總，最終形成如下的部件指標(biāo)體系。

在雙饋型風(fēng)電機(jī)組中SCADA數(shù)據(jù)采集點(diǎn)位指標(biāo)主要包括輪轂、偏航、主軸、齒輪箱、發(fā)電機(jī)、操作、電網(wǎng)、故障碼、系統(tǒng)、液壓、環(huán)境、變頻器、統(tǒng)計(jì)和主控等；在直驅(qū)型風(fēng)電機(jī)組中SCADA數(shù)據(jù)采集點(diǎn)位指標(biāo)主要包括通用信息、變槳、傳動(dòng)鏈、發(fā)電機(jī)、變頻器、變壓器、機(jī)艙、偏航、塔筒、氣象信息、報(bào)警信息、狀態(tài)日志信息、模擬日志信息、報(bào)表信息、有功功率控制和無功功率控制等。

圖1 數(shù)據(jù)指標(biāo)預(yù)處理方法（以部件為基礎(chǔ)進(jìn)行數(shù)據(jù)梳理）

2.3 指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化

各機(jī)型的運(yùn)維數(shù)據(jù)沒有建立統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于同一指標(biāo)存在不同指標(biāo)名稱、數(shù)據(jù)類型、計(jì)量單位等的情況，如何建立完善健全的指標(biāo)體系對(duì)促進(jìn)風(fēng)場(chǎng)的智能化運(yùn)維技術(shù)的發(fā)展和優(yōu)化風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行、運(yùn)維策略有著重要意義[1]。本文通過指標(biāo)名稱、數(shù)據(jù)類型和計(jì)量單位的標(biāo)準(zhǔn)化形成統(tǒng)一的SCADA監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)指標(biāo)。

指標(biāo)名稱標(biāo)準(zhǔn)化。對(duì)于不同的風(fēng)電機(jī)組的同一指標(biāo)存在不同的指標(biāo)名稱進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，以風(fēng)電機(jī)組啟動(dòng)狀態(tài)為例：機(jī)型1#。自啟動(dòng)——WTUR.autostart_state_enable；機(jī)型2#。準(zhǔn)備啟動(dòng)/風(fēng)電機(jī)組可以啟動(dòng)——Start；機(jī)型3#。風(fēng)電機(jī)組啟動(dòng)——WMStart；機(jī)型4#。啟動(dòng)風(fēng)電機(jī)組——Start。因此針對(duì)不同機(jī)型指標(biāo)名稱進(jìn)行梳理和業(yè)務(wù)定義實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，采用部件+點(diǎn)位的方式梳理名稱，最終形成風(fēng)電機(jī)組啟動(dòng)指標(biāo)。標(biāo)準(zhǔn)名稱：風(fēng)電機(jī)組啟動(dòng)狀態(tài)——WTUR.Start。

數(shù)據(jù)類型標(biāo)準(zhǔn)化。從原始點(diǎn)表可知大量數(shù)據(jù)指標(biāo)均采用FlOAT型，狀態(tài)及預(yù)警指標(biāo)均采用BOOL型、但部分?jǐn)?shù)據(jù)類型有差異，對(duì)其進(jìn)行分析、進(jìn)行統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。以葉片故障為例：機(jī)型1#。葉片故障的數(shù)據(jù)類型——BOOL型；機(jī)型2#。葉片故障的數(shù)據(jù)類型——FlOAT型；機(jī)型3#。葉片故障的數(shù)據(jù)類型——BOOL型；機(jī)型4#。葉片故障的數(shù)據(jù)類型——BOOL型。根據(jù)狀態(tài)及預(yù)警指標(biāo)均采用BOOL型，將葉片故障的數(shù)據(jù)類型統(tǒng)一定義為BOOL型，并根據(jù)該調(diào)整在原始點(diǎn)表中設(shè)置判斷和轉(zhuǎn)換關(guān)系。計(jì)量單位標(biāo)準(zhǔn)化。對(duì)于不同機(jī)型同一指標(biāo)的計(jì)量單位的不統(tǒng)一進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，為方便統(tǒng)計(jì)將指標(biāo)單位統(tǒng)一化處理。如電流統(tǒng)一單位為A；溫度統(tǒng)一單位為℃；電壓統(tǒng)一單位為V等。完成對(duì)數(shù)據(jù)指標(biāo)的名稱、數(shù)據(jù)類型、計(jì)量單位的標(biāo)準(zhǔn)化統(tǒng)一后，使不同機(jī)組對(duì)于同一類數(shù)據(jù)有著相同的數(shù)據(jù)表達(dá)方式，為指標(biāo)編碼的設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)體系的建立打下基礎(chǔ)。

2.4 指標(biāo)編碼

指標(biāo)編碼是根據(jù)指標(biāo)分類給指標(biāo)賦予一定規(guī)律性的易為計(jì)算機(jī)識(shí)別和處理的一組有序符號(hào)排列[2]。研究指標(biāo)分類編碼及其標(biāo)準(zhǔn)化，通過科學(xué)的方法設(shè)計(jì)一套指標(biāo)編碼體系能提高運(yùn)維管理效率，減少運(yùn)維人員所需處理冗雜的事項(xiàng)，并為統(tǒng)一運(yùn)維管理奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，對(duì)于風(fēng)電場(chǎng)的數(shù)字化和智能化發(fā)展具有重要意義[3]。風(fēng)電機(jī)組智能運(yùn)維指標(biāo)編碼體系的設(shè)計(jì)對(duì)風(fēng)電機(jī)組運(yùn)維管理也發(fā)揮著同樣的核心作用，本文中數(shù)據(jù)指標(biāo)編碼采用三層設(shè)計(jì)，包括一級(jí)指標(biāo)、二級(jí)指標(biāo)和三級(jí)指標(biāo)，采用字母及數(shù)字組合方式進(jìn)行編碼（圖2）[4]。

圖2 編碼設(shè)計(jì)方法

第一層為指標(biāo)分類編碼，占一位，用A～Z字母表示，指標(biāo)分類包括變流器、變壓器、傳動(dòng)鏈、發(fā)電機(jī)、風(fēng)輪、機(jī)艙、偏航、通用信息、無功功率控制、有功功率控制、故障信息（表1）；第二層為數(shù)據(jù)分類編碼，占兩位，用01～99數(shù)字表示，支持?jǐn)U展，數(shù)據(jù)包括狀態(tài)信息、模擬信息、控制信息、公用信息、報(bào)警信息（表2）；第三層為數(shù)據(jù)指標(biāo)編碼，占三位，用001～999數(shù)字表示，支持?jǐn)U展。

表1 指標(biāo)分類編碼

表2 數(shù)據(jù)分類編碼

2.5 標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)表輸出

通過對(duì)比部套與點(diǎn)位的定義，并將系統(tǒng)、統(tǒng)計(jì)、環(huán)境和電網(wǎng)合并到通用信息中，最終形成變流器、變壓器、傳動(dòng)鏈、發(fā)電機(jī)、風(fēng)輪、機(jī)艙、偏航、通用信息、無功功率控制，有功功率控制十個(gè)部分的基本部套分類。將故障、報(bào)警、過熱等信息進(jìn)行單獨(dú)歸類，定義為故障信息，下分變流器故障信息、變壓器故障信息、傳動(dòng)鏈故障信息、發(fā)電機(jī)故障信息、風(fēng)輪故障信息、機(jī)艙故障信息、偏航故障信息、通用信息故障信息以及有用功功率故障信息十個(gè)部分的故障信息。

對(duì)四個(gè)機(jī)型數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，形成最終的標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)表狀態(tài)信息包括356個(gè)子項(xiàng)，其中變流器46個(gè)、變壓器24個(gè)、傳動(dòng)鏈26個(gè)、發(fā)電機(jī)35個(gè)、風(fēng)輪80個(gè)、機(jī)艙35個(gè)、偏航27個(gè)、通用信息46個(gè)、無功功率17個(gè)、有功功率20個(gè)。最終的故障信息表包括395個(gè)子項(xiàng)，其中變流器故障信息135個(gè)、變壓器故障信息10個(gè)、傳動(dòng)鏈故障信息15個(gè)、發(fā)電機(jī)故障信息29個(gè)、風(fēng)輪故障信息104個(gè)、機(jī)艙故障信息33個(gè)、偏航故障信息16個(gè)、通用信息故障信息52個(gè)，有用功功率故障信息1個(gè)。

3 結(jié)語(yǔ)

本文僅針對(duì)兩個(gè)典型風(fēng)電場(chǎng)涉及的四種機(jī)型的SCADA數(shù)據(jù)進(jìn)行研究，因而構(gòu)建的指標(biāo)體系是以四種機(jī)型的點(diǎn)表為基礎(chǔ)。為方便智能運(yùn)維分析指標(biāo)體系的擴(kuò)展，適配不同的風(fēng)電機(jī)組，本文充分考慮了不同整機(jī)廠商的風(fēng)電機(jī)組種類眾多等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一套基于部件的風(fēng)電機(jī)組智能運(yùn)維指標(biāo)體系構(gòu)建方法，該方法能兼容不同的廠商與機(jī)型，并易于擴(kuò)展和應(yīng)用。通過在典型風(fēng)電場(chǎng)的實(shí)際應(yīng)用，驗(yàn)證了該方法的科學(xué)性和可行性，目前該方法已應(yīng)用于集團(tuán)公司風(fēng)電場(chǎng)數(shù)據(jù)采集和運(yùn)維管理分析中，為風(fēng)電場(chǎng)的統(tǒng)一運(yùn)維管理提供一套完整的運(yùn)維數(shù)據(jù)指標(biāo)體系支撐。