黃永堤，吳占友，郝斌

（中海石油（中國）有限公司北京新能源分公司，北京 102209）

海上風力資源豐富，有風力發(fā)電的良好條件。在當下國家能源戰(zhàn)略調(diào)整的過程中，海上風電項目逐步增多，在長期的項目中行業(yè)內(nèi)陸續(xù)形成了相對完善的技術(shù)體系。但當下海上風電項目中，人們對運維提出了新要求，有關(guān)部門應(yīng)摒棄原先的運維觀念及方法，科學引進信息技術(shù)等構(gòu)建運維一體化平臺。部分海上風電場運維一體化平臺建設(shè)取得了一定的成就，但依舊存在諸多問題，未來海上風電場項目中，有關(guān)人員還需持續(xù)更新運維技術(shù)，構(gòu)建功能更全面的運維一體化平臺。

1 海上風電場運維難點

海上風電場不同于陸地風電項目，其特殊性主要表現(xiàn)在環(huán)境上。因為海上風電場建在海上，海洋環(huán)境相對復(fù)雜和多變，給風電機組的運行帶來了負面影響。因此，海上風電場運維工作面臨難度大、時間長、安全風險大的特征。針對目前海上風電場的運維情況，主要存在以下難題：（1）風電場通達困難。海上天氣相對多變，經(jīng)常面臨惡劣天氣，在此天氣條件下，運維人員無法像陸上風電場一樣及時達到風電場進行日常巡檢與維護，如風電機組面臨故障，有關(guān)人員需考慮天氣等情況制定最佳的維修計劃，增大了運維難度。（2）大部件出現(xiàn)故障的情況下，動用大型工程船進行吊裝與運輸?shù)某杀据^高。

2 海上風電場運維平臺概念及架構(gòu)

2.1 平臺概念

海上風電場一體化運維平臺，就是要以信息技術(shù)、人工智能等新技術(shù)建立運維大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)平臺，在海上風電機組運行過程中，該平臺自動采、存儲各種設(shè)備信息，其內(nèi)部集成了不同來源及類型的數(shù)據(jù)。大數(shù)據(jù)、云計算等新技術(shù)促進了海上風電場各個部分的集成，使每個部分能獨立開展工作，又能協(xié)調(diào)方式完成各方面任務(wù)。平臺不僅能在海上風電場運行期間采集各種狀態(tài)、參數(shù)信息，還能自動分析信息，識別異常并啟動預(yù)警。在當前技術(shù)發(fā)展的今天，運維一體化平臺中可采用的技術(shù)類型相對較多，在平臺自帶功能支持下，由運維人員統(tǒng)一負責設(shè)備運行與維護，達到設(shè)備、人、數(shù)據(jù)、安全、環(huán)境的高度統(tǒng)一，即使部分設(shè)備在運行中存在問題，也能快速整合信息確定故障類型及原因，制定最佳的解決措施，恢復(fù)設(shè)備的正常運行。因此，與傳統(tǒng)的運維方式相比，運維一體化平臺可為相關(guān)工作提供便捷，用自動化取代人工作業(yè)，減少在運維方面的人工投入，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟與社會效益。

2.2 平臺架構(gòu)

為凸顯運維一體化平臺在海上風電場項目中的作用，相關(guān)人員在具體的工作中應(yīng)合理設(shè)計平臺架構(gòu)，此架構(gòu)應(yīng)包含運維數(shù)據(jù)中心、風電機組生產(chǎn)運行監(jiān)管系統(tǒng)、資產(chǎn)管理系統(tǒng)、運維評價系統(tǒng)等，能在平臺運行時自動采集、智能分析，替代原先的人工運維模式。運維一體化平臺投入使用后，風電機組的各類數(shù)據(jù)均能在平臺內(nèi)集中管理，使平臺數(shù)據(jù)模塊自動處理各類信息，以信息為基準制定最佳的運營策略。

2.3 運維數(shù)據(jù)中心

運維一體化平臺中運維數(shù)據(jù)中心為關(guān)鍵構(gòu)成，承擔著數(shù)據(jù)采集、存儲、集成等關(guān)鍵任務(wù)。以數(shù)據(jù)采集為例，主要由運維數(shù)據(jù)中心來實現(xiàn)，該中心可收集到不同來源與不同類型的數(shù)據(jù)，再將數(shù)據(jù)分類存儲于對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫內(nèi)，在需要時調(diào)取。數(shù)據(jù)中心采集到的數(shù)據(jù)有實時監(jiān)控類；運行計劃管控指標類；技術(shù)支撐類，如設(shè)備運行、試驗、檢修等數(shù)據(jù)；運行管理類，主要為各種生產(chǎn)報表、設(shè)備運行臺賬。這些數(shù)據(jù)的來源廣，數(shù)量龐大，且數(shù)據(jù)格式不一，運維一體化平臺的數(shù)據(jù)中心應(yīng)整合各類數(shù)據(jù)，并進行數(shù)據(jù)篩選、分析，從中提取出更有價值的數(shù)據(jù)，在此過程中數(shù)據(jù)處理效率高，能在后續(xù)的運維工作中發(fā)揮數(shù)據(jù)價值。

3 海上風電場運維一體化平臺的開發(fā)應(yīng)用

3.1 關(guān)鍵技術(shù)

3.1.1 運維全過程管理

海上風電場包含了多種設(shè)備，這些設(shè)備的種類繁多，每個設(shè)備都有其各自的運行特點。在運維過程中為降低設(shè)備故障概率，應(yīng)利用運維一體化平臺實現(xiàn)全過程管理，由系統(tǒng)自動監(jiān)控風電場SCADA、CMS 系統(tǒng)，一旦在風電場運行中設(shè)備發(fā)生了故障，平臺中的設(shè)備健康管理模塊能自動對比異常數(shù)據(jù)與正常數(shù)據(jù)的偏差，如偏差超出標準時反饋信號，提醒相關(guān)模塊注意處理異常部分，當相應(yīng)模塊接收到反饋后，全面分析故障預(yù)警特征值、知識庫，以確定故障類型、位置及原因。因為海上風電場環(huán)境的特殊性，出海維護時的難度系數(shù)較大，系統(tǒng)可綜合諸多信息，自動計算維護此故障時的成本消耗、資源投入，通過確定故障對海上風電場其他部分造成的危害程度、維修期間需投入的人力、物力等資源，再綜合分析設(shè)備安全情況，判定是否需實施出海維護，如必須出海維護，則需制定工作計劃，選擇備品備件、工具等查詢天氣情況，得到完整且準確的風、浪等基本信息，選擇恰當?shù)某龊r機，避免出海時受異常氣象的干擾；不需要出海維護時，系統(tǒng)自動結(jié)合已有信息生成維護任務(wù)包。

運維過程中考慮到海洋環(huán)境的特殊性，相關(guān)人員也需要合理選擇運維工具，但在此過程中需綜合分析故障零部件、備件備品、工具特征。如海上天氣條件相對穩(wěn)定，無異常風、浪等情況，需立即生成出海維護計劃；如氣象條件異常，應(yīng)維持原狀，等待最佳的出海維護時機，實施暫時性維護。出海維護船應(yīng)按既定路線抵達故障區(qū)域，立即開始運維工作，在此期間，應(yīng)完整、準確地記錄工作期間的過程、結(jié)果等；有關(guān)人員按既定計劃實施了一系列維護操作后，由系統(tǒng)根據(jù)其內(nèi)部記錄，計算本次維護工作下的人力、物力消耗情況，得到總成本，構(gòu)成維護成本數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫中的信息在后續(xù)可直接調(diào)用，指導(dǎo)有關(guān)的故障處理。

3.1.2 設(shè)備管理

海上風電場包含多種專業(yè)化設(shè)備，不同設(shè)備之間存在一定的關(guān)聯(lián)性，在各項運維工作中相關(guān)人員需理清不同設(shè)備之間的關(guān)系。由于海上風電場中的設(shè)備類型多樣，具體的工作中相關(guān)人員需制定分類標準，在將設(shè)備分類后選擇恰當?shù)墓芾矸绞?。設(shè)備臺賬中記錄的信息相對較多，如每臺風電機組、主要部件的生產(chǎn)廠家、型號等基本參數(shù)，在實際的工作中相關(guān)人員需定期更新臺賬中的設(shè)備故障、維護等信息。

海上風電項目的各項管理、維護工作中，交通條件的限制性較大，確定維護和管理方案之前有關(guān)人員需著力分析可達性，這一分析結(jié)果與工具檢修船舶的出行息息相關(guān)，需通過氣象等因素制定出行計劃。如遇淺灘等特殊條件，通道十分困難，海上維護作業(yè)中面臨諸多風險。根據(jù)海上風電場的運維經(jīng)驗，海上船只成本占運維總成本的比重較高，海上風電場的運維任務(wù)艱巨，對不同部件、不同故障的維護，所需用到的工具、船只、人員等有明顯區(qū)別，為合理安排運維工作，相關(guān)人員必須合理安排調(diào)度任務(wù)。船舶調(diào)度的難度較大，需由海圖GIS 來實現(xiàn)，借助其實時定位等功能，實現(xiàn)精準調(diào)度，在整個工作期間可統(tǒng)計、管理船舶編號、作業(yè)類型、船舶類型、狀態(tài)、噸位等基本信息。

3.1.3 數(shù)據(jù)分析及優(yōu)化運維

運維數(shù)據(jù)中心可集成、存儲、分析、調(diào)用數(shù)據(jù)，以數(shù)據(jù)為參考確定運維策略，符合風電場智能化運維的要求。在實際的工作中相關(guān)人員可引入多樣化數(shù)學方法，對各類數(shù)據(jù)展開橫向與縱向比對，借助專業(yè)工具開展線性和相關(guān)性分析、總結(jié)規(guī)律等，生成分析報告。大數(shù)據(jù)系統(tǒng)能對挖掘歷史數(shù)據(jù)，計算實時數(shù)據(jù)，從而綜合這些數(shù)據(jù)信息統(tǒng)計風電機組的運行情況。

風電機組運行過程中，風速為影響機組運行效率的直接因素，不同的風速條件下機組運行效率等各有不同。在設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、故障預(yù)警時相關(guān)人員應(yīng)考慮工況情況，分析不同工況條件下的設(shè)備運行情況。如在實際的工作中以風機出廠性能曲線劃分工況的方式來全面分析機組的運行情況，顯然難以與當下的實際情況相一致。為此，實際的工作中應(yīng)基于大量運行歷史數(shù)據(jù)從空間分布角度劃分工況簇，這一劃分方式具有智能化特點，參考目標指標為評價基準，從不同工況簇工況中尋優(yōu)，并綜合運行邊界條件、運行狀態(tài)、設(shè)備特性等基本情況，完成機組能效評價、故障檢測與分析。

運維一體化平臺中風功率特性功能模塊為其中的關(guān)鍵部分，在實時/歷史數(shù)據(jù)庫中集成了風機運行、運維等完成信息，平臺有關(guān)模塊能自動統(tǒng)計、篩選信息，得到風機機組風速與電功率之間存在的聯(lián)系，以曲線圖呈現(xiàn)，再由系統(tǒng)自動分析在線離散度偏差情況，以數(shù)據(jù)結(jié)果判定風電機組的運行狀態(tài)等基本情況，采取一系列調(diào)整與控制措施，保持機組良好的運行狀態(tài)。由于運維一體化平臺中采用了大數(shù)據(jù)與人工智能等技術(shù)，在實際的工作中能綜合歷史和現(xiàn)有數(shù)據(jù)，準確預(yù)測風功率，并評※※估風資源分布和使用情況，從而以這些情況為前提優(yōu)化機組相關(guān)參數(shù)，提升風電機組的運行水平。

3.1.4 設(shè)備故障預(yù)警及專家診斷

海上風電場在運行過程中可能面臨諸多不確定因素，引發(fā)突發(fā)故障，這類型故障的維修難度大、費用高，引發(fā)的經(jīng)濟損失較大。為了有效解決這一問題，運維一體化平臺中的故障預(yù)測與健康管理系統(tǒng)可自動建立故障預(yù)測模型，該模型在后續(xù)的工作中能自動挖掘、整合與篩選數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)中分析故障信息。設(shè)備狀態(tài)預(yù)警指當系統(tǒng)監(jiān)測到機組數(shù)據(jù)有異常時，將立即反饋信息，并同步發(fā)送預(yù)警，展開分類統(tǒng)計、狀態(tài)跟蹤、精準挖掘、專項分析。設(shè)備狀態(tài)預(yù)警主要依托相似性原理的閾值自建模技術(shù)，該技術(shù)支持下幾乎不會出現(xiàn)誤報、漏報問題。

設(shè)備健康度管理EME 選用深度學習框架，通過對SCADA、CMS、音視頻圖像等數(shù)據(jù)進行建模并分析，經(jīng)由相應(yīng)模型，在線監(jiān)測風機的狀態(tài)健康度，一旦健康度不達標，需立即發(fā)送預(yù)警信號，提醒相關(guān)人員進行故障處理。

3.2 平臺應(yīng)用

3.2.1 運維過程業(yè)務(wù)管理

運維一體化平臺兼具多重功能，即使在海洋復(fù)雜多變的環(huán)境，該平臺也能克服諸多限制，集成各種機組信息，以數(shù)據(jù)為基準開展相應(yīng)的工作。如在機組運行動態(tài)信息的監(jiān)測方面，平臺能自動監(jiān)測風機的停機/運行、故障、檢修、報警等情況。在統(tǒng)計機組信息方面，平臺內(nèi)強大的數(shù)據(jù)存儲與處理能力決定了其在這一方面存在明顯優(yōu)勢，如機組的啟停機次數(shù)及時間、風能利用情況、風機推力系數(shù)、扭力曲線、功率曲線、溫度數(shù)據(jù)、風速、風向等數(shù)據(jù)都能在該平臺內(nèi)被應(yīng)用起來。

總之，在運維一體化平臺中的運維過程業(yè)務(wù)管理方面，平臺可發(fā)揮其功能優(yōu)勢，嚴格按照機組維護的有關(guān)要求，由專業(yè)技術(shù)人員、管理人員協(xié)商制定檢修維護方案，為實際工作指導(dǎo)。結(jié)合實際的工作需求，維護計劃內(nèi)應(yīng)包含完整的信息，如維護機組編號、維護設(shè)備編號、維護時間、維護人員、維護內(nèi)容、所需設(shè)備類型等，只有保障內(nèi)容的完整性，并確保其中方法、技術(shù)等的合理性，才能使后續(xù)相關(guān)人員嚴格執(zhí)行該計劃，提高設(shè)備維護整體水平。在相關(guān)部門批準了維護計劃后，維護人員需立即在系統(tǒng)內(nèi)打印維護過程記錄表，該表格中包含維護結(jié)果、維護人員、維護所用時間、費用等基本信息。

3.2.2 移動電子兩票

在完善的移動通信網(wǎng)絡(luò)中，可保持工作票與操作票的電子簽名確認、簽發(fā)與許可，這一方面的管理功能為海上風電場的運維工作創(chuàng)造了較大便捷。風電場負責電子工作票的填寫與簽發(fā)，前期所制定的安全隔離措施需由現(xiàn)場運維人員來實施，當其按照相應(yīng)規(guī)定完成了任務(wù)后再將相應(yīng)結(jié)果拍照上傳到審核平臺，由集中控制中心完成最終審核。

4 結(jié)語

風電事業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展趨勢下，海上風電場應(yīng)采用全新的運維模式，相關(guān)人員需借助現(xiàn)代信息技術(shù)構(gòu)建科學且合理的運維一體化平臺，保障該平臺功能的多樣性。未來相關(guān)人員針對海上風電場項目，必須持續(xù)注重運維工作，克服原來運維模式的限制，引進新技術(shù)開發(fā)全新的運維一體化平臺。