技术创新视角下智慧风电场建设路径研究

技术创新视角下智慧风电场建设路径研究

张成龙

黑龙江中宇富锦风力发电有限公司  156100

摘要：风能产业起步较晚，智能化水平低于水能和热能。在风能产业中，需要通过技术等先进手段提高智能化。随着智慧风电场的不断发展，可以实现提高工作效率、降低运维成本、减少人员部署、提高设备安全可靠性等目标。

关键词：技术创新视角下;智慧风电场;建设路径

前言

我国新能源产业在国家的大力支持下，基于“互联网+”智慧能源理念，正在掀起一场新的革命。新技术、新产品层出不穷，极大地加速了我国的经济发展和国家新能源板块。因此，本文从技术创新的角度探讨如何建设智慧风电场。

1智慧风电场特征
　　智能风电场主要依靠测控技术、通信技术、信息技术、大数据处理技术和风机控制自动化，各种智能算法实现智能设备状态感知和决策，以及智能运营和技术决策——制造。智能风电场通过各种传感器准确接收各设备状态，有效监控风电场内各设备状态，能够得到更准确的风能预测、网络调度员需求数据和风机设备及其状态信息自动调整风机运行状态。可根据电网调度要求输出功率，同时可智能诊断各设备故障，智能评估和组合设备状态。运营和维护专业知识，将自动化和智能应用于运营和维护决策。智慧风电场的基础是基于数据的风电场各类信息的数字化、综合数据处理和智能分析系统（称为智能信息分析系统）以及风能信息化和智能化技术的深度综合。

2智慧风电场建设存在主要问题
　　2.1 数据列表和质量问题

数据是智慧风电场实施的基础，数据的数量和质量直接决定进一步分析工作的成败。与火电和水电相比，风能行业的数据存在数据冗余和数据质量低的问题。解决风能行业数据可用性和质量不高的问题可以采取三项措施：一是在经济范围内采用技术改造的方法，优化风机数据采集、传输和存储的配置；二是利用先进的软件系统对采集的数据进行检查、过滤和安装，消除不良数据，恢复部分异常数据，提高数据准确性；三是为洁净空气爱好者选择SCADA系统，“两机热备”模式，保证数据的完整性和可靠性。

2.2 风机状态监测存在盲点

风力涡轮机主要依靠各种传感器设备来监测运行状况。由于传感器系统不完善，设备状态监测存在盲点。原因有四：一是初期生产的风机设计简单，只需要电流、电压、温度、转速等，还没有成熟，还需要改进。二是，在线风机振动检测技术在预警和分析精度方面有待提高；三是尚未开发出新的传感器技术，如叶片轴承裂纹问题，存在严重的安全隐患。四是成本因素。一些传感器技术的实施成本很高，很难在设备运行的剩余年限内弥补这些成本。解决方案可以分为以下三点：一是大力发展核心部件的传感器技术。由于起步晚、发展快、缺乏实际风能经验，部分关键部件设计利润率低，导致多次批量故障和风机安全问题。因此，关键部件检测技术的发展和预警的实施，可以大大提高风机的可靠性，降低功率损耗。二是改进不成熟的传感器技术。传感器技术不成熟的原因，一方面是在产品开发设计时考虑到风机运行条件不好对外界环境的影响，另一方面是产品开发周期不够，数据收集不充分，导致决策错误。随着技术的发展和产品的迭代，传感器技术一定会成熟。三是对数据关系的深度探索。如果主要部件的传感器数据缺失，可以研究其他部件的传感器数据之间的关系，找出变化的顺序，通过数据建模进行分析，间接估计其他部件的工作状态。
　　2.3 数据分析建模难度大

作为一个发展中的产业，风能在技术上得到了深入的研究。风力涡轮机具有不同的形状和结构。根据风向，风力机可分为水平轴和垂直轴；按变桨源分为动力、电动变桨和液压变桨；按变频方式可分为软并网、部分变频和全变频；根据主要部件的布局，可以是直驱、半直驱和齿轮传动结构等。根据制造商的不同设计理念，有无数合适的控制系统需要开发不同的数据模型来分析不同的控制系统，其难度可想而知。同时，数据建模需要经验丰富的风电维护人员的配合，对模型进行标定和适应对象的实际运行情况比较困难。解决方案可以分为以下三点：一是选择主要风机结构和控制系统开发分析模型，逐步推广到其他风机结构和控制系统，提高分析模型的利用率。另一个目标是优先为具有突出质量缺陷和安全问题的模型开发分析模型，以提高呼吸机的安全性和可靠性。三是培养风电机组技术人才、统一故障排除和数据分析能力、保障分析建模人才。
3技术创新视角下智慧风电场的建设路径
　　3.1 数字技术的使用

中国风能的发展不仅限于西北方向，重心已向东南方向转移。传统落后风电场的运营模式正在逐步被废除。如今，人们对风的要求越来越高。风电场的运营模式已经不能满足需求，需要对风电场进行详细规划，这对于提高园区能源生产效率和人民生活水平非常重要。量云团队自主研发的DMS数字化解决方案很好的解决了这个问题。该方案帮助用户快速了解部分地区的风能资源数据，设计出最合理的风电场规划。基于大数据优势的当地居民分布，在风电场规划中进行经济计算，根据不同地区风能资源情况，评估风电场建设和运营过程中的各项经济指标，给出一个评估，根据课程计划设计最优成本。与传统模式相比，实施DMS系统可以显著降低人工和材料成本。

3.2 用好智慧工作平台

风电场投产后对风电场的管理和维护也是一项非常重要的工作。只有风电场的管理和维护才能保证风电场一定的运营优势。在这种情况下，将智能化理念体现在风电场管理中，提高风电场管理系统的主动性，提高风电场工作效率，降低用户运营成本。

智能风机的使用可以有效地开发风机、风电场和后台控制系统之间的交互，使每台风机都配备一个PLC控制器，PLC控制器可以实现风机与中央系统的交互。从风电场发展的角度来看，这是一种非常重要的互动。首先，数据处理的深度和准确度会随着海量数据的收集而提高。其次，不需要太多的人为行动。后台根据收集到的一些数据自动计算当前风向和风速。在此基础上，后台根据计算结果调整风机的工作状态。确保风电场的能源生产效率达到最佳水平，为风电场业主创造更多的经济收入。

智能风电场可以根据设备的运行状态对风电场进行预防性维护。首先要了解发电机组的一些故障恢复机制，根据一定的数据统计建立发电机组健康时的状态模型，然后使用一些基本的机器学习算法来学习这个模型。然后将此模型用作异常预警模型是基于设备故障的。在备件方面，系统可以及时分析设备的健康状况，消除设备维护过程中的安全隐患，显著降低备件成本。因此，有效利用这一预警系统，可以为风电场运营商带来更多的经济效益。

那么就需要尽快将风能接入智能电网。由于风能的可变性和间歇性，对网络中风能的接收影响很大。风电并网倡议满足电网功能和需求，提高和提高风电场发电和能源生产效率，创建电网友好型风电场系统，根据功率接入电网网格。及时调整风电场所需的功率和频率以及风电场的电源频率，确保风电场电力在电网中的平稳运行。目前，全国多地已在新建电厂采用量云快速频率响应系统，为风电场用户节省更多设备投资及后续维护运营成本。

结束语
　　随着我国社会的不断发展，人们对电力的需求增加，而风电场的建设可以显著降低我国的用电量，因此，从技术创新的角度来看，智慧风电场的建设要提高能源效率，生产对风电场具有重要的实际意义。因此，国家及相关机构应充分利用技术创新优势，确保风电场高效运行。
参考文献：
　　[1]张国昊.智慧风电场发展现状及规划建议[J].数码设计（下），2020，9（2）：71.
　　[2]王进.智慧风电场发展现状及规划建议[J].商品与质量，2019，（42）：16.