摘要：作为本世纪的新兴发电能源之一，风力发电在国内的电力行业扮演的角色越来越重要。尤其是近年来物联网技术、云计算、移动网络技术、大数据技术以及人工智能技术的快速发展，推动着风力发电行业呈井喷式增长。本文以改善当前风电场的管理水平为出发点，首先对智能风机技术进行简单阐述，进而剖析智慧风电场的架构，然后点名智慧风电场的目标，最终给出科学合理的系统构想，为提升国内电力行业的水平做出一定贡献。
关键词：电力行业；风力发电；智慧管理
引言
物联网技术、云计算、移动网络技术、大数据技术以及人工智能技术的日益更新使得电力行业与互联网技术的结合变得愈加融洽，智慧风电场也是其中的产物。所谓智慧风电场，就是以实现电力信息化为目标，借助当前较为新颖的技术以及理念，将智慧理念融入到已有的发电设施上，通过结合集成式运维管理、集中监控以及自动化设备设计来完成智慧风电场的建设。
作为真正实现智能发电与自动控制的风电场，智慧风电场将会在很大程度上提升风力发电带来的经济收益。与此同时，在进行智慧风电场的运行维护时，相关人员必须要建立系统模型并逐渐进行相关的算法优化，不断改善风机设备的整体性能。具体来说，智慧风电场的运行系统一般会包括智慧变电站、智慧风机以及相关辅助系统，主要有区域的集成控制系统、大数据处理系统以及智慧风电处理系统。
1.智能风机技术简介
1.1自适应控制策略
传感器与算法是风电机组实现控制的主要依靠，通过将两者有机结合起来可以实现对机组关键部位的质量监测，能够通过判断系统优化过程中风电机组的出力状态来划分如下内容：
（1）偏航自适应：风电机组可以借助自身的相关控制算法来对偏航对风尽心有效控制，尽可能降低风力能源的损失，还可以对风力起到预测以及感知的作用，同时可以适应风电机组本身的载荷需求。
（2）变桨自适应：风电机组可以应用控制算法来实现其中浆距角的智能寻优。
（3）运行环境自适应：风电机组可以分析外部的实际运行环境，并根据其状态变化来调整控制算法，从而为智能寻优控制算法保驾护航。
（4）自检健康度：智慧风电场需要摒弃之前基于传感器的诊断模式，同时引入基于智能系统的预测模式。在完成数据采集时，相关人员必须要对系统的软件、硬件以及功能模块算法进行全方位的诊断。
1.2开放式的通讯协议
由于风电机组的数据采集相对比较开放，且其通讯协议比较理想，使得智慧风电场的中央监控系统能够与风电机组实现实时通讯，并可以在单台风机以及风电场在多种情况下及时停止运行。除此之外，还可以实现单台风机以及风电场的正常运行，还可以对其控制参数进行一定的修改。
1.3其他智能系统
（1）智慧预警系统
要想构建智慧型的风电机组，就需要借助机器学习、群智能优化算法以及传感器来构建相应的故障预警系统，并把预警数据实时传输到现场工作人员的手中，通过预先更换可能会损坏的部件来降低故障升级的概率。
（2）故障诊断系统
通过对过去与现在的运行状态进行实时监控，能够在动态运行的情况下分析设备的运行信息，自适应搜索历史匹配信息，进而借助专家的已有经验来给出故障诊断信息，并给出详尽的处理办法。
（3）智能场群控制
应用场群控制系统能够保证风电场的最优发电，且场级机组的故障容错率较高。综合考虑现场条件以及具体的运行数据情况就可以构建风机的寻优策略，如果对各个风机进行详细的产出与载荷分析，还可以构建集限电分解、预测寻优控制、寻优策略以及尾流寻优控制于一体的智能场群控制系统。
1.4完善的故障穿越系统
风电机组还应该具有科学系统的故障穿越系统，包括高电压穿越、低电压穿越以及无功调压等功能。
2.建设智慧变电站
2.1总体架构设计
正常运行、设备保护与实时监控是智能变电站自动化系统通过所具备的基本功能，该系统还可以实现对变电站设备以及馈线的监视、控制以及保护作用。通常来讲，变电站的自动化系统一般是使用开放式分层分布结构，主要有站控层、间隔层以及过程层构成。
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2.2系统架构
合并单元与智能终端相结合可以保证智慧变电站的数据采集以及数据处理，使用光缆来替代传统的电缆，并摒弃了已有的电流互感器以及电压互感器的输入回路，防止电缆发生的电磁兼容、传输过电压以及两点接地问题，从本质上解决抗干扰问题，提高数据传输的可靠性。
2.3智慧变电站的优势
智慧变电站可以实现电网运行信息与设备信息的有效分类，借助远程浏览技术以及智能预警技术访问相关信息，减轻了系统处理信息的压力，改善了信息利用率。与此同时，智慧变电站能够借助人工来维护相关的是数据模型与图形，保证模型内部出现同一位置的一致性以及同步性，实现一处维护且总站可以实现应用的目标。
智慧变电站可以保证接口以及功能标准实现统一标准，且其主要是在一个地方进行采集信息而在全系统实现信息分享，进而为多种应用提供相关模型，最终形成横纵相连且相对贯通的变电站。智慧变电站中的全景数据平台能够实现信息统一接口，确保信息可以实时共享以及有效交互，体现了内部信息的系统性，实现了信息的唯一性与标准性。
3.构建区域数据监控中心
3.1网络层建设
开放式的分层分布系统结构是当前风电场计算机监控系统中应用最广泛的，可以分为生产信息查询层、接入层以及非控制层，与其相对应的监控系统也是由多个局域网组成，分别是：生产非控制区、接入网、管理信息大区以及生产控制网。值得一提的是，疾控中心能够保证四个不同安全区的数据进行实时采集与处理，并借助统一标准的通信程序以及控制模式来实现对各个风电场的实时监控功能。
集控中心系统能够将管辖的风电场连接起来，并实现其余风电场内部通信子站的通信，实现对内部厂站的监控与测量，并在第一时间采集各个子站的数据信息。风电场各变电所设置风电场智能通信网络，采集风电场升压站、电能计量、风机、功率预测、AGC/AVC等子系统的数据，经处理后传输至中央控制中心。风电场专用通信网关装置可直接接入现有的远动系统、风机监控系统和风电场的其他子系统，支持自下而上接入风电场公用通信协议，自上而下传输到上集控中心。
3.2遥控智能检测系统
远程视觉检测系统可以实时、远程地对施工人员的工作进行监控，通过GPS定位路线可以规划巡查路线，扩展机器人巡查、无人机巡航等工作。
4.智能风电场变电站施工安全管理
4.1建立变电站施工安全管理制度
建立、实施和完善变电站施工安全管理体系是保证施工安全的前提，首先要改变只注重物质投入管理资源的局面；其次在变电站建设过程中，指导建设单位贯彻落实各级法律、法规、政策、标准等规定，履行职责，确保各级员工安全责任制的落实。最后通过科学分配安全责任和重点控制，从源头上杜绝安全事故的发生。
4.2变电所施工隔离措施
首先，明确变电站建设过程中必须采取的安全措施。其次，变电所施工现场设置障碍物和足够的标志牌，防止施工人员误入危险区间。最后，在施工人员进入变电站施工现场前，隔离措施应发挥作用。
4.3加强安全相关技术在变电站建设中的应用
在变电站的建设中，要注意施工特点。专业电力设备的安装是一般工程建设项目所没有的过程。因此，需要加大相关技术的研究和应用。需要指出的是，变电站安装工程中的重要施工项目主要有：GIS（地理信息系统）组合电器吊装、盘柜电池安装、变压器安装、电缆敷设。制定施工技术措施时，应详细考虑高压试验和二次回路调试。为编制技术措施，首先根据变电站的不同规模、地理位置和选用的型号，研究技术措施的可行性和有效性，然后编制可操作性强的施工方案，从而严格实现变电站建设项目安全技术措施的编制、审查、审批、实施和监督的程序化、规范化，减少施工过程中工作的随机性。
4.4施工人员安全管理
变电站工程建设不仅包括变电站设施的安装和施工，还包括土建工程的施工。同时，由于受客观环境的影响，其施工难度大且工期短，应进行人员安全管理。首先，施工单位在选择施工单位和施工人员时，应具有国家相关部门颁发的资质证书，施工人员应具有特种作业上岗证。二是全员上岗，凡参与施工安装的员工，对施工安全都要清楚和了解，如果施工人员不了解施工工艺，需要从无到有地学习变电站设备的安装工艺，不仅费时费力，还容易导致安全事故。三是对进入施工现场的人员进行安全培训和岗位施工技能培训，提高其安全意识和施工技术技能水平，然后按照施工组织的规定完成工作内容。
结论
智能风电场传感器具有大量的功能，需要处理大量的数据，将海量数据传输到云端，利用大数据对海量数据进行分析计算，定期推送数据分析报告，完成设备的在线数据分析和预警，形成风机大数据分析中心，实现设备的状态维护和寿命管理。与此同时，整合区域内部调度业务，利用电网调度专线管理调度辖区内风电场的调度业务，形成区域调度业务处理中心，高效完成调度实时管理业务，以地理交通条件为管理维护单位，整合地理区域附近风电场的现场维护力量，完成现场设备维护工作。
参考文献
[1]张艳锋,田震,杨海涛,etal.风电场智慧运维管理浅谈[J].中国设备工程,2019(15):35-37.
[2]张文宝.风电场运维管理浅析[J].能源与节能，2016(3):108-109.
论文作者:高海波
论文发表刊物:《电力设备》2019年第20期
论文发表时间:2020/3/16
标签：变电站论文; 风电场论文; 智慧论文; 系统论文; 智能论文; 机组论文; 风机论文; 《电力设备》2019年第20期论文;