摘要：我国风电行业多注重于风机机组硬件设备发展，而对于风电场施工建设和运行维护的技术手段上重视度不高。风电场信息化管理水平仍处于初级阶段，还不具备完善的国家政策、规范统一的行业标准和贴合风电系统的技术储备。大多采用传统的人工设计、人工监管和人工维护手段，纸质媒介和人工处理仍是信息传递和分析的主要方式。虽然在道路、电力传输、工程建设、风机运维等相关部门已相继对其负责的业务流程中展开了数字化工作，但对于风电业主方电力企业来说，面对大型复杂的多行业并存的风电空间、瞬变的风场环境与发电状态、多源的信息监测及生命周期中繁多的业务类型，现有的风电管理系统仍不能满足全方位的工程设计，施工管理和多层次的运营和安全维护需求。
关键词：风电系统；全生命周期；可视化；智能管理；关键技术
1系统设计
1.1系统架构设计
全生命周期风电系统智能管理平台的系统架构采用五层体系系统架构，包括感知层、数据层、平台层、应用层和展现层。感知层是各周期风电系统全空间信息采集的关键部分，包含对风电场三维地形场景、施工进度、发电状态、设备运行状态感知，是风电场规划设计、建设监管、运营维护的基础。数据层负责风电系统各类数据的存储、组织、管理与共享。建立了各行业系统数据信息映射标准，以行业标准规范管理和分发数据信息，实现不同行业系统间的数据共享。为各类智能应用提供有效的、完整的数据支撑，是一体化风电系统的重要基础。平台层是基础服务支撑平台，通过统一的接口，为风电系统提供数据、GIS平台和协同管理三个方面的技术支撑。应用层从风电场全空间信息展示、综合智能规划、施工建设监管、智能运营维护四个方面实现全生命周期风电系统智能管理。可视化展现层直接面向用户，为用户提供大屏幕显示，PC机，移动终端等各种方式的展现形式，提供人机交互界面，用户通过交互操作得到相应的应用服务，进行虚拟风电场的浏览和互操作，进行智能规划分析、智能运营分析等专业应用，实现风电系统全生命周期的智能管理。
1.2系统功能设计
全生命周期风电系统智能管理平台是基于物联网、一体化数据库和全空间GIS交互平台，针对风电系统综合智能管理的系统平台。主要包括一体化风电数据库、智能规划设计、建设施工管理、智慧运营维护和全空间信息可视化模块。
2关键技术
2.1多模态风电数据集成管理与智能服务
风电系统生命周期中，数据量庞大且跨多种行业领域。各行业间，既存在相同的公共基础数据，又存在大相径庭的独立数据，还存在对相同事物不同特征表达的数据。为减少系统间数据冗余，增强数据共享能力，交换能力，实现风电系统协同作业统一管理，建立一体化风电数据库是关键。本文结合空间数据库和关系型数据库提出一体化风电数据服务平台，以解决风电系统中数据多源，难以共享的问题。其中包含基础数据库和专题数据库，基础数据库负责基础地理数据、文档资料数据、企业定额数据、通用模型数据等基础数据的存储和管理；专题数据库负责各系统处理计算后得到的规划数据、监测数据、分析诊断等数据的存储于管理。并且依据各部门行业的数据标准规范，建立各种格式的数据入库和数据提取接口，实现对各系统不同类型数据入库的标准化和规范化处理，各应用系统可以根据自身需求特点，获取所需数据相应信息，完成系统间数据共享和信息交互。
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2.2风电场综合规划与成本评估
风电系统设计规划阶段，传统方法是由各个部门分别进行规划设计，其中存在以下几个问题：（1）各部门基础数据来源不一致，导致基础数据重复获取，数据冗余，且容易因基础数据一致性问题而产生设计误差。（2）各部门规划设计独立运行，无法顾及风电场设计规划的全场最优方案。（3）在部分规划设计仍按传统人为经验评估，没有合理量化指标（如升压站选址多按风电场三分之一处）。（4）在评估施工土石方量上，多用等高线内插估值，精度不高。本文提出风电场综合智能规划设计技术以解决上述问题，以三维地形数据、障碍区数据和微观选址的风机点位数据为基础，以各平台、线路的设计规范为约束条件，以各设备成本、施工成本为优化条件，并建立各设施设计结果相互约束条件，进行风电场全场综合最优规划设计。同时，利用GIS服务平台中的高精度三维地形数据和地形分析工具，模拟风机基础、运输道路、升压站等平台建立，结合地质勘测数据精确计算工程施工产生的土石填挖方量。实现全面、准确的建设成本评估。最后根据标准的设计施工图纸、表格的规范，自动生产规划设计成果。
2.3风电场施工管理与动态监管
在风电场施工建设阶段，主管部门为风电业主工程部，而施工建设、工程监理和设备提供方三个部门均为第三方部门，在部分风电企业中，采购部门也会独立出工程部。风电业主工程部需间接获取工程信息，且信息多为文档报表形式，加上行业领域差异，风电业主不能直观把握工程施工进度信息，工程异常信息，设施建设等情况。因此，本文提出风电场建设施工动态可视化管理技术。可以借助显示屏或移动终端的展示平台，将风电场整体设计方案，设备配置方案，预算结果等信息，以三维场景结合规范的施工图纸表格形式，直观展示给各个施工部门，便于施工方综合掌握风电场全局规划，制定施工计划和设备运输计划，减少图纸理解误差与相互干扰作业情况。在施工监管上，建立施工数据采集录入模块、施工问题自主感知模块和施工过程可视化模块，实现全面及时的施工过程监管。同时，采用无人机周期遥测数据核对施工进度，确保进度提交准确。系统在监管过程中，实时更新数据库中风电场建设数据，在施工结束的同时也完成了成果数字化移交，为未来风电场运营管理提供基础数据。
2.4风电场智能运营维护
风电场规模大且多处于高山，荒漠，湖泊等偏僻地区，设备分散，给风电场运行维护带来许多困难，加上风场环境瞬息万变，波动性和随机性强，给风电生产运营、电网调度持续安全有效运行增加难度。对此，本文提出风电场智能运营维护技术，借助物联网技术，对风电场设备、物资、人员，以及环境状态、运行状态、生产状态进行多源动态监测管理，并借助历史大数据分析，准确判断风电场当前状态，同时建立预测模型，评估风电场未来状态，动态调整风机出力大小，优化发电方案并提前预警安全隐患。面对安全隐患和设备故障，在物联网技术下，系统可以快速定位，并在风电场三维可视化场景中进行故障位置和故障信息准确标识，主动推送相关故障处理专家解决方案。同时结合故障发生前的监测数据，优化风机故障预测模型。此外，在移动终端上建立风电系统定期检修、维修的标准化作业流程，开发检修维修系统，辅助人员标准化作业和信息标准化记录。
结论
全生命周期风电系统智能管理平台基于三维GIS技术对精细化设施模型、地形模型的支持，集成物联网、互联网、BIM、大数据分析等技术，以各行业数据标准、设计规范、施工规范、运行指标等作为标准，融合多源数据，集成不同业务，实现风电场全生命周期中多源数据、多种设施、多元业务的可视化智能管理。不仅提升了系统间数据共享能力和协同分析能力，实现了不同业务综合处置和智能可视化管理，更能够实现以运维优化设计，以设计约束施工，以施工指导运维、规范设计，形成自我学习动态优化的智能系统，不断优化风电场建设管理成本，提升发电运营效益，保障风电场安全优质运行。
参考文献：
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[2]刘昌义，朱蓉，王阳.我国风能发展的经济与政策分析[J].阅江学刊，2018，10（01）：118-130+148.
论文作者:孙凤利
论文发表刊物:《基层建设》2019年第1期
论文发表时间:2019/4/2
标签：数据论文; 风电论文; 系统论文; 风电场论文; 智能论文; 基础论文; 生命周期论文; 《基层建设》2019年第1期论文;