隨著風(fēng)電資源開發(fā)的深入，海上風(fēng)電高海拔地區(qū)成為我國風(fēng)電資源開發(fā)的主要方向。數(shù)字化智慧風(fēng)電場建設(shè)以及智慧運維技術(shù)的不斷發(fā)展，有助于推動風(fēng)電場由現(xiàn)行的定期檢修、事后維修的工作模式向預(yù)防性檢修和視情維修或狀態(tài)檢修工作模式的轉(zhuǎn)變，這對于提高風(fēng)電場人員的工作效率、減少運維人員、降低運維成本，以及在改善運維人員工作條件等方面具有重要意義和深遠影響。“無人值守”成為當(dāng)前新能源電站的熱點。但是目前風(fēng)電場尤其是海上跟山地風(fēng)電場要達到“無人值守”的條件，在管理模式、軟硬件條件等方面還面臨著諸多問題和挑戰(zhàn)。

01常見管理模式

目前風(fēng)電場配備人員普遍較少，絕大多數(shù)還采用“運檢一體”的常規(guī)管理模式。從2006年國內(nèi)風(fēng)電大規(guī)模發(fā)展開始，該模式便被一直沿用至今。隨著技術(shù)的發(fā)展及行業(yè)的進步，該管理模式已不能滿足風(fēng)電場“精細化、集約化和數(shù)字化”管理的需求。

此外，目前風(fēng)電場常見的管理模式包括：自主運檢模式、自主運行檢修分包模式、運檢完全外包模式、遠程集中監(jiān)控+自主運檢模式和遠程集中監(jiān)控+檢修分包模式等，本文從場站人員數(shù)量、經(jīng)驗及信息積累、成本和電站人員工作環(huán)境等方面分析、總結(jié)了各模式的優(yōu)缺點。

1.1 自主運檢模式

該模式下風(fēng)電場的所有運行、檢修等工作均由風(fēng)電場內(nèi)部人員完成，場站運檢人員常駐場站升壓站監(jiān)控室。該模式的優(yōu)點是可以快速處理各設(shè)備出現(xiàn)的故障，有助于運檢人員經(jīng)驗的積累和技術(shù)水平的提高，而且兩票操作及執(zhí)行界面清晰，因兩票配合不好出差錯的幾率降低，人員管理難度相對簡單。其缺點是前期需要投入大量的資金建設(shè)運檢人員居住、生活所需要的設(shè)施，還需配備一定數(shù)量的后勤人員。對電力運營區(qū)域公司而言，該模式無法實現(xiàn)整體人員數(shù)量的減配，造成人工成本居高不下。而且人員長期工作在偏僻環(huán)境，容易在心理健康和工作積極性方面產(chǎn)生消極影響，進而造成風(fēng)電場技術(shù)人員流失和團隊的不穩(wěn)定性，也側(cè)面增加了電站人員培養(yǎng)的成本。

1.2 運行自主、檢修分包模式

該模式下風(fēng)電場人員僅對電站進行日常運行管理工作，發(fā)電設(shè)備的維護、檢修等工作由外包檢修公司承擔(dān)。其優(yōu)點是可以減少場站投入人員，檢修工作由專業(yè)團隊負責(zé)，減少了場站運行人員在檢修方面的工作量和強度，缺點是不利于電站人員的培養(yǎng)、技術(shù)水平提高及檢修經(jīng)驗的積累，處理設(shè)備故障的響應(yīng)速度不高，外包單位設(shè)備檢修質(zhì)量也參差不齊，風(fēng)電場必須投入大量的精力對檢修工作及質(zhì)量進行管理和監(jiān)督，造成電站管理及外委成本居高不下。同時在基礎(chǔ)設(shè)施投入和工作環(huán)境等方面存與獨立運檢模式同樣的缺點。

1.3 運檢完全外包模式

該模式下風(fēng)電場所有運檢工作全部交由第3方專業(yè)運檢公司負責(zé)，風(fēng)電場業(yè)主方不專門設(shè)立運維班組，而由運檢公司設(shè)立，電站業(yè)主方僅對風(fēng)電場重要指標進行管理和監(jiān)管。其優(yōu)點是業(yè)主方可有效降低人員數(shù)量，前期不需要投入資金建設(shè)電站運檢人員居住、生活所需要的設(shè)施，上述設(shè)施的建設(shè)及相關(guān)費用由運檢公司解決。該模式下風(fēng)電場支付給第3方運檢公司的費用相對較高，設(shè)備的狀態(tài)信息、維護檢修信息、歷史運行數(shù)據(jù)等很難完整的反饋到風(fēng)場業(yè)主方，更不利于風(fēng)電場專業(yè)人員培養(yǎng)及經(jīng)驗的積累，同時為了保證風(fēng)電場投資收益率，每年業(yè)主方需要根據(jù)當(dāng)年的風(fēng)資源預(yù)測情況、設(shè)備狀態(tài)及備品備件價格、人力成本等信息，投入大量人力跟精力研究制定風(fēng)電場當(dāng)年的績效指標，以便更好的對3方專業(yè)運檢公司進行管理和考核。該模式通常存在于由主機廠家或非電力運營公司投資的風(fēng)電場。

1.4 遠程集中監(jiān)控+自主運檢模式

目前各大發(fā)電公司都在積極建立區(qū)域級的“新能源電站遠程集控中心”，實現(xiàn)對所轄新能源電站的遠程集中監(jiān)視及控制，集控中心配備專業(yè)的運行管理人員。該模式的優(yōu)點類似自主運檢模式，同時風(fēng)電場僅保留少量檢修人員，場站不配備運行管理人員，因此可以大幅減少駐場人員數(shù)量，一定程度上降低了人力成本，此外對各場站實行集中監(jiān)控，有利于不同場站間運行數(shù)據(jù)的積累，也有利于不同場站間對標工作的開展，同時符合電力行業(yè)目前推行的集約化管理的要求。但該模式仍然存在自主運檢模式的其他缺點，建設(shè)遠程集控中心需要投入大量資金，同時集控中心高質(zhì)量的運行對工作人員的技術(shù)水平、協(xié)調(diào)管理能力等方面提出了更高要求。

1.5 遠程集中監(jiān)控+檢修分包模式

該模式同模式4的差別在于檢修模式的不同，類似模式3場站側(cè)的運維檢修工作完全由第3方專業(yè)運檢公司承擔(dān)，具有模式3和模式4中除現(xiàn)場人員經(jīng)驗積累及技術(shù)能力培養(yǎng)以外的優(yōu)點，同時具有模式3中除了業(yè)主收集設(shè)備狀態(tài)信息、維護檢修信息、歷史運行數(shù)據(jù)困難和模式4的缺點。

從行業(yè)角度出發(fā)，以上常見的運維模式均無法從根本上減少電站運檢人員的總體數(shù)量，降低運檢成本，也無法明顯改善運檢人員的生活、工作環(huán)境及其生活質(zhì)量，也就不能有效解決風(fēng)電場技術(shù)人員短缺、流失和團隊的不穩(wěn)定性問題。因此需要探索一種全新管理模式，以解決上述問題并實現(xiàn)電站的無人值守。

02無人值守電站管理模式及內(nèi)容

鑒于海上風(fēng)電場和山地風(fēng)電場所處環(huán)境，以及風(fēng)電大發(fā)展帶來的專業(yè)技術(shù)人員短缺等問題，目前各大風(fēng)電投資和運營企業(yè)都在積極探索和嘗試建立無人值守風(fēng)電場。

無人值守風(fēng)電場通常是指場站側(cè)不設(shè)置常駐留守的設(shè)備維護檢修和運行管理人員，業(yè)主通過給風(fēng)電場配備先進的設(shè)備狀態(tài)智能監(jiān)測、智能故障診斷、風(fēng)力機智能控制、精準風(fēng)功率預(yù)測、遠程集中控制和視頻監(jiān)視等系統(tǒng)，并輔以智慧化運管平臺，實現(xiàn)對風(fēng)電場日常運行的遠程管理，并調(diào)配一定的人員完成設(shè)備的維檢工作。

為了滿足風(fēng)電場無人值守的需求，一種全新的管理模式，“集控中心+智慧運管中心+區(qū)域維檢中心”的管理模式(CMO)正逐步被探索和應(yīng)用。風(fēng)電投資或運營企業(yè)設(shè)立“省級遠程集控中心”，集控中心配備運行值班人員，實現(xiàn)對全省所轄新能源電站設(shè)備運行的實時監(jiān)視、控制和運行管理，并實時監(jiān)視各設(shè)備的運行狀態(tài)，及時準確的對設(shè)備故障及異常狀態(tài)進行告警，滿足電站對設(shè)備安全和可靠運行的需求，同時滿足電網(wǎng)公司省級和地級調(diào)度中心的要求。“智慧運管中心”配備數(shù)據(jù)分析人員，定期對各電站的運行和監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，提出運維建議，制定整改措施。發(fā)電企業(yè)或電站運營企業(yè)根據(jù)所轄新能源電站在全省的地理分布，設(shè)立多個“區(qū)域維檢中心”，每個區(qū)域維檢中心配備專業(yè)工程師，并接受集控中心、智慧運管中心下發(fā)的各項工作任務(wù)，就近對所轄場站的設(shè)備進行維護檢修、故障消缺、定期巡檢、突發(fā)事件處置等工作。3個中心的工作內(nèi)容及業(yè)務(wù)流程見圖1。

通常“集控中心、智慧運管中心”設(shè)立在省會城市、“區(qū)域維檢中心”設(shè)立在縣級市或地級市，該管理模式下實現(xiàn)了風(fēng)電場人員日常工作生活場所由偏遠地區(qū)向城市的轉(zhuǎn)移，極大的改善了人員的生活質(zhì)量。一個區(qū)域維檢中心人員可管轄就近幾個風(fēng)電場，有效降低了維檢人員數(shù)量，進而降低了人員成本，同時在數(shù)據(jù)積累、人員培養(yǎng)等方面優(yōu)勢明顯。但是該管理模式下維檢人員對電站突發(fā)事件的響應(yīng)速度較模式1慢，且建設(shè)區(qū)域維檢中心也需要投入一定的資金。為了保證電站安全和可靠運行，該管理模式對電站應(yīng)具備的軟硬件條件提出了更高要求。

03無人值守電站應(yīng)具備的條件

現(xiàn)有風(fēng)電場要實現(xiàn)無人值守還需要在軟件和硬件等方面進行更新和升級改造，從而確保風(fēng)電場設(shè)備安全、可靠、高效且穩(wěn)定的運行。

3.1硬件條件

3.1.1 滿足設(shè)備全狀態(tài)監(jiān)測及感知要求

風(fēng)電場應(yīng)配備先進的設(shè)備狀態(tài)智能監(jiān)測系統(tǒng)，在集控中心實時監(jiān)視各關(guān)鍵設(shè)備的運行狀態(tài)，所監(jiān)視的設(shè)備至少包括傳動鏈系統(tǒng)、變槳系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)、葉片、塔筒、地基、主變、箱變以及集電線等。具體監(jiān)測范圍可根據(jù)機組類型、設(shè)備可靠性和故障率等因素綜合考慮確定。

3.1.2滿足設(shè)備遠程控制、電網(wǎng)調(diào)度及網(wǎng)絡(luò)安全要求

風(fēng)電場應(yīng)配備先進遠程控制系統(tǒng)硬件，可遠程實現(xiàn)對機組啟停、電氣開關(guān)控制、無功補償裝置投切及有載調(diào)壓變壓器分接頭調(diào)節(jié)以及其它特殊控制調(diào)節(jié)需求，同時可實現(xiàn)電能量管理、發(fā)電設(shè)備參數(shù)遠程調(diào)整以及滿足現(xiàn)場“五防”操作硬件要求。此外，風(fēng)電場應(yīng)嚴格按照電網(wǎng)安規(guī)要求，配備必要的網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備、通信設(shè)備，確保電站信息和數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)安全，同時滿足電網(wǎng)調(diào)控中心對場站和集控中心同時通訊的要求。

3.1.3 滿足風(fēng)電場視頻監(jiān)管及安防要求

為了保證風(fēng)電場資產(chǎn)安全，風(fēng)電場在機組內(nèi)外部、升壓站關(guān)鍵位置增加高清攝像頭，將視頻流數(shù)據(jù)通過專線傳送至遠程集控中心，滿足對風(fēng)電場關(guān)鍵位置及關(guān)鍵設(shè)備遠程監(jiān)視的要求。視頻監(jiān)控范圍至少包含機艙、塔底、扭纜層、塔底入口和升壓站各關(guān)鍵位置，具體位置可根據(jù)機組及升壓站的結(jié)構(gòu)確定。場站區(qū)域還應(yīng)配備電子圍欄、智能門禁等設(shè)備。同時基于先進的視頻識別技術(shù)，實現(xiàn)對場站內(nèi)人員及車輛闖入、動物闖入的實時監(jiān)測和報警，還可實現(xiàn)對風(fēng)電機組、升壓站設(shè)備運行狀態(tài)、表記數(shù)值的自動讀取和記錄，對異常視頻信息進行自動推送和報警，滿足無人值守電站時常規(guī)巡檢的需要。

3.1.4 滿足電站火災(zāi)報警和自動消防的要求

消防安全是風(fēng)電場安全生產(chǎn)管理的重點，風(fēng)電場應(yīng)根據(jù)機組及升壓站具體結(jié)構(gòu)，在機艙、塔筒和升壓站電子間等重點設(shè)備空間配備溫度、煙霧和氣體等監(jiān)測報警設(shè)備，并在關(guān)鍵位置部署自動消防滅火裝置，結(jié)合視頻設(shè)備，滿足電站對火災(zāi)消防緊急事件及時自動處理的要求。

3.1.5 滿足智慧運管所需數(shù)據(jù)要求

風(fēng)電場配備的各監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)將各監(jiān)測數(shù)據(jù)實時上傳至集控中心及智慧運管中心，數(shù)據(jù)采集內(nèi)容、傳輸要求等可參考中國電機工程學(xué)會(CSEE)標準《海上風(fēng)電智慧運維規(guī)范》。

3.2 軟件條件

無人值守風(fēng)電場安全、穩(wěn)定且可靠的運行離不開“遠程集中控制系統(tǒng)”“智慧運管平臺”等2個軟件系統(tǒng)的輔助，其中遠程集控系統(tǒng)部署在1區(qū)和2區(qū)，智慧運管平臺部署在3區(qū)和4區(qū)，2個系統(tǒng)功能的優(yōu)劣直接影響到風(fēng)電場設(shè)備運行安全、發(fā)電量、運維效率及管理水平。

3.2.1 遠程集中控制系統(tǒng)

遠程集中控制系統(tǒng)通過接入風(fēng)機數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)(SCADA)系統(tǒng)，即、升壓站綜自系統(tǒng)、自動發(fā)電控制(AGC)/自動電壓控制(AVC)功率控制系統(tǒng)、無功補償系統(tǒng)(SVG)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、消防系統(tǒng)等各系統(tǒng)監(jiān)控數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對風(fēng)電場各設(shè)備參數(shù)、運行狀態(tài)的遠程監(jiān)視和控制。主要功能至少包括：數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視、遠程控制、故障信息報警且軟等5防等功能。系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視和控制等功能的具體內(nèi)容，同時遠程集中控制系統(tǒng)還應(yīng)具備歷史運行數(shù)據(jù)及趨勢調(diào)用功能。

3.2.2 智慧運管平臺

遠程智慧運管平臺在管理模式(CMO)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，為了解決風(fēng)電場已有系統(tǒng)信息孤島的問題，智慧運管平臺首先應(yīng)充分整合各電站已有系統(tǒng)的數(shù)據(jù)及功能，將監(jiān)測、生產(chǎn)運行和管理經(jīng)營等數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一管理和分析。同時為了滿足電站無人值守及行業(yè)發(fā)展的需求，智慧運管平臺還應(yīng)滿足如下要求：

1)一體化要求，系統(tǒng)應(yīng)遵循一體化原則，在總體架構(gòu)、應(yīng)用功能、信息采集和整合、數(shù)據(jù)模型和信息通訊等方面實現(xiàn)一體化。

2)模塊化要求，系統(tǒng)應(yīng)采取分層設(shè)計、模塊化封裝設(shè)計思路，實現(xiàn)系統(tǒng)平臺化、應(yīng)用模塊化。

3)共享性要求，系統(tǒng)應(yīng)保證同電站已有系統(tǒng)的兼容，同時充分考慮未來接入其它系統(tǒng)的需求，支持滿足標準的工業(yè)型數(shù)據(jù)接口和協(xié)議。

4)安全性要求，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架應(yīng)符合國家有關(guān)網(wǎng)絡(luò)與信息安全管理規(guī)定。

此外，在對風(fēng)電場各類數(shù)據(jù)及信息進行統(tǒng)一管理、分析方面，智慧運管平臺系統(tǒng)應(yīng)具備風(fēng)電場各設(shè)備狀態(tài)智能監(jiān)視、運行信息智能管理、運行大數(shù)據(jù)智能分析及預(yù)警、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析及故障預(yù)警、故障智能診斷、電站信息管理等模塊及功能。

其中，風(fēng)電場運行信息智能管理模塊應(yīng)具有氣象數(shù)據(jù)展示、電子圍欄和車輛及人員定位、窗口期管理、兩票審批及管理、智能工單、智能巡檢、檢修記錄自動錄入、缺陷管理和智能報表等功能。運行大數(shù)據(jù)分析及預(yù)警模塊應(yīng)具有機組功率曲線特性、低效風(fēng)機、機組長時間停機、機組降容報警、偏航系統(tǒng)特性、變槳系統(tǒng)特性、發(fā)電量損失和指標對標等分析功能，并自動給出分析結(jié)果及處理建議。設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析及故障預(yù)警、故障診斷模塊應(yīng)能實時解析風(fēng)電場已安裝的連鎖管理體系(CMS)系統(tǒng)、塔架、葉片、支撐結(jié)構(gòu)、集電線路和升壓站關(guān)鍵設(shè)備的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)，同時能夠自動、批量地處理各類監(jiān)測數(shù)據(jù)，自動給出預(yù)警結(jié)果、故障原因分析和排故建議等信息。

此外，系統(tǒng)應(yīng)具有對所轄風(fēng)電場場區(qū)氣象數(shù)據(jù)綜合分析功能，并自動確定適合運維作業(yè)的窗口期。對突變的氣象、水文條件，系統(tǒng)應(yīng)能將變更后的窗口期信息實時傳送給運維人員。

3.2.3 數(shù)據(jù)庫

為了滿足風(fēng)電場設(shè)備全壽命周期信息的收集、存儲的需求，集控中心、智慧運維中心應(yīng)配備足夠容量、可擴展的實時數(shù)據(jù)庫。

滿足上述風(fēng)電場軟硬件應(yīng)的條件是構(gòu)建無人值守風(fēng)電場的基礎(chǔ)和前提，電站新增的硬件及軟件雖然增加了風(fēng)電場的資金投入，但各電站實現(xiàn)無人值守后運維人員總體數(shù)量大幅減少，人員成本相應(yīng)大幅降低，也有效改善了現(xiàn)場工作人員的工作條件和生活質(zhì)量，能更好的發(fā)揮人員的主動性和積極性。

04無人值守電站實踐及效果

為實現(xiàn)風(fēng)電場無人值守，華能某區(qū)域公司積極探索，基于CMO模式并依托區(qū)域新能源遠程集控中心的新能源電站遠程集控系統(tǒng)、新能源電站智慧運管平臺，創(chuàng)新性的提出了“0+1+N”管理模式，其中“0”代表電站無人值守，“1”代表1個省級區(qū)域集控指揮中心，履行本文上述“集控中心、智慧運管中心”的職責(zé)，“N”代表多個區(qū)域維檢中心。該公司2021年9月已在某縣設(shè)立檢維中心，管轄2個風(fēng)電場，2個風(fēng)電場已無常駐運行和檢修人員，真正實現(xiàn)了無人值守。

上述實踐過程中，依托的新能源電站遠程集控系統(tǒng)實現(xiàn)了對風(fēng)電機組、AGC/AVC的遠程控制及監(jiān)視等功能;新能源電站智慧運管平臺將風(fēng)電場的運行監(jiān)視、電子圍欄、人員定位及安全管理、設(shè)備性能評估、故障分析、發(fā)電量損失深度分析(見圖2)、壽命評估、運維建議、設(shè)備智能管理、移動電子兩票、車輛管理和設(shè)備可靠性評估等功能集為一體，實現(xiàn)了對多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的接入和運行數(shù)據(jù)多維度分析，解決了多系統(tǒng)兼容性問題。

平臺構(gòu)架見圖3，該平臺實現(xiàn)了對風(fēng)電場設(shè)備20類常見故障的預(yù)判，結(jié)合內(nèi)置的故障知識庫自動給出運維建議，同時可對風(fēng)電場設(shè)備44項運行指標進行橫縱向?qū)Ρ群头治觯崿F(xiàn)了將設(shè)備故障告警、消缺過程及結(jié)果等信息的閉環(huán)管理;移動電子兩票實現(xiàn)了在公網(wǎng)與內(nèi)網(wǎng)間的無縫銜接和運行;集設(shè)備故障類型、故障位置、3D地圖、人員定位和巡檢路線等信息的多維一體可視化展示功能有效提升了新能源電站運行監(jiān)視的智能化、數(shù)字化水平及電站的運維效率，降低了運維成本，推動了“0+1+N”管理模式的落地和實施。

該管理模式下新能源電站的運維工作流程為：集控指揮中心配備的運行值班人員對各電站進行實時監(jiān)視和運行管理工作，配備的數(shù)據(jù)分析人員，定期對各電站的運行、監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，給出運維建議并制定整改措施。區(qū)域維檢中心配備的專業(yè)工程師根據(jù)集控指揮中心下達的任務(wù)單，現(xiàn)場完成對各設(shè)備的排故、維護、檢修和定檢等工作，同時按要求將上述工作的有關(guān)信息上傳至智慧運管平臺。經(jīng)過一年多運行，2個試點風(fēng)電場運維人員總體減少約40%，運維效率約提升28%，提高全場發(fā)電量5%以上(見表1)。

05結(jié)論

基于風(fēng)電場現(xiàn)有運維模式的優(yōu)缺點，為滿足風(fēng)電場無人值守的需求，本文提出了一種“集控中心+智慧運管中心+區(qū)域維檢中心”的全新管理模式，隨著新能源遠程集控中心和區(qū)域檢維中心的不斷建設(shè)，以及風(fēng)電場所增設(shè)的智能化、自動化設(shè)備及系統(tǒng)的逐步完善、新能源智慧運管平臺功能的不斷升級，全新管理模式的推廣應(yīng)用，可有效對風(fēng)電場內(nèi)各設(shè)備的運行情況和健康度進行遠程實時監(jiān)管，同時可減輕場站員工的工作量，進而有效改善常駐場站運維人員的生活質(zhì)量，提高員工工作幸福感。根據(jù)實踐經(jīng)驗，在風(fēng)電場基本滿足本文所述軟硬件條件下，基于CMO模式下的各風(fēng)電場完全可以實現(xiàn)“無人值守”。（作者 | 韓斌 劉洋 等）