智慧海上风电场系统实现远程无人运维

前言

风能是一种可持续的清洁能源，有可能帮助满足世界不断增长的能源需求，是世界上增长最快的可再生能源之一。风能对于实现“双碳”目标以及低碳能源体系转型至关重要。风电产业是我国的新兴产业之一，在政策和市场需求双重驱动下，全国风电产业实现了快速发展，已经成为我国新能源体系中的重要组成部分。

建设背景

市场背景

中国风电存量市场近几年的累计增幅较大，每年新增装机规模不断提升。据统计，中国风电市场累计装机容量从2016年的168.7GW增长到2022年的395.6GW，年复合增长率为15.3%;其中，陆上风电市场累计装机规模从2016年的167.1GW增长到2022年365.1GW，年复合增长率为13.9%;海上风电市场累计装机规模从2016年的1.6GW增长到2022年的30.5GW，年复合增长率为63.4%。

政策背景

2022.06.《“十四五”可再生能源发展规划》，优化近海海上风电布局，开展深远海海上风电规划，推动近海规模化开发和深远海示范化开发，重点建设山东半岛、长三角、闽南、粤东、北部湾五大海上风电基地集群。

2022.08.《加快电力装备绿色低碳创新发展行动计划》，重点发展8MW以上陆上风电机组及13MW以上海上风电机组，研发深远海漂浮式海上风电装备。重点研发海上风电柔性直流送出和低频送出、交直流混合配电网系统、开关电弧、设备长期带电可靠性评估等技术。

2022.09.《能源碳达峰碳中和标准化提升行动计划》，加快制定海上风电开发及多种能源综合利用技术标准，依托海上风电基地建设，设立标准化示范工程，充分发挥国家新能源实证实验平台的作用。

2023.06.《新型电力系统发展蓝皮书》，在坚持生态优先、确保安全的前提下，结合资源潜力持续积极建设陆上和海上风电、光伏发电、重点流域水电、沿海核电等非化石能源。

2023.06.《风电场改造升级和退役管理办法》，统筹推进风电场改造升级和退役管理工作，鼓励技术进步，提高风电场资源利用效率和发电水平，推进风电产业高质量发展，助力实现碳达峰碳中和。

建设目标

海上风电场智慧化，是提高海上风电场运行水平和效益的现实需要。本设计遵循结构化、标准化、模块化、集成化，规划了智慧海上风电场的架构体系，达到海上风电场运维平台各子系统之间的数据共享、互通互动。建成一套统一管理、分级控制的智慧海上风电场综合管理平台，形成功能完善、反应快速的数字化运维体系,实现海上风电场设备、资产的智慧化监控与管理，为覆盖项目设计、基建、运营的全生命周期过程。

系统概述

“智慧海上风电场”是指以数字化、信息化、标准化为基础，采用大数据、物联网、可视化、数字孪生等新技术，主要涵盖安全管控、建设管理、运维决策、一体化监控等板块。把传统海上风电场中无感知、无思想的设备、系统，孕育成智能感知、智能运维、智能控制、智能决策的全新海上风电场。

需求分析

三维模型场景

系统基于WebGL标准下的B/S框架，前端采用HTML5+JavaScript技术作为前端研发基础，进入Sovit2D/Sovit3D可视化平台后，结合真实世界建立三维场景(也可上传背景图)，在线拖拽资源库中的风机、升压站、设备等组件，配置颜色、动画效果，直观、可视化呈现海上风场运行状态。通过对场景进行放大、缩小平移等操作查看场景效果和细节。并将环境参数、实时发电指标、节能减排信息等数据接入 2D 面板，便于运维人员对整个风电运行的有效掌控。

全局信息概览

展示海上风电场运维中心及风电场总体生产运营信息，包括环境情况、实时指标、机组状态、环境参数、发电统计、风机数量等信息。

智能设备管理

智能设备是智慧海上风电场的数据基础。智能装置是智能设备层的基本元素，应使用标准通信接口和协议，实现数字化监测和网络化控制;应具备就地综合评估、实时状态报告、故障诊断等功能。

·智能风机

在风机上采用先进的状态监测、数据分析、智能控制技术，使机组准确地感知自身和外部环境，建立数据监测、异常告警机制，智能锁定故障位置。为风机匹配机械传动链、塔筒、基础、桨叶以及重要的螺栓载荷等重要元部件的状态监测，实现对机组参数渐变、突变事件的智能化故障预警与诊断。

·智能海缆

海底电缆是海上风电场电能传输的关键部件，海底电缆的事故将导致极大的损失。有必要实时监测海缆的温度和应力变化。借助海缆中的光纤线芯，通过对接光纤分布式传感新技术，判断电缆是否受损及周围环境是否发生变化，并对海缆异常进行报警和定位。

·智能升压站

海上升压站平台在运行过程中受到海水冲击腐蚀等环境影响，其结构安全性会降低，有必要通过在线监测并存储主要结构件的关键安全参数，评估并判断海上升压站的结构是否在安全限值内，发现早期安全隐患，避免出现问题。

电气监控管理

在陆上集控中心内实现对海上风电场电气部分(陆上集控中心、海上升压站电气设备)的统一监控，作为全场电气设备数据的集散中心，建立与电力调度中心的传输通道，完成海上风电场远动信息上送，并接受调度中心的调度指令(包括AGC、AVC控制)，完成电气设备五防功能。

安全巡检管理

鉴于海上风电场水域大、环境复杂、维护难，在海上升压站、配电室等主要区域，融合远程巡检机器人的室内定位坐标，实现 1：1 场景还原的智能巡检系统，结合物联网、三维建模等技术，实现巡视机器人当前状态数据展示，巡检摄像头实时监控信息回传，从管理、安防、节能、隐患排查等多维度对海上风电场实施动态监控及预警。

视频监控管理

根据风电场监控摄像头分布情况，在三维场景中设置视频监控点位，以摄像头图标展示其位置。支持场景交互来调取相应监控视频，对异常目标的自动抓拍、抓摄和留存，出现异常警告时，监控点位会有声光报警效果。满足运维人员对场景进行实时态势感知、历史数据回溯比对、应急处理预案等监测需求。

电子围栏管理

风电水域电子围栏一旦有非法入侵时，智能跟踪球机立即自动跟踪现场目标，并在现场和监控中心发出声光报警。通过对接船事系统可获取到施工船只、渔船、非法入侵船只等相关信息，结合入侵时间、离开时间，可实时定位船舶位置(经度及纬度)和绘制历史轨迹，提高监控管理效率。

环境监测管理

实时测量并显示风速、风向、气温、相对湿度、气压;并对作业海区未来7天的天气现象、气压、风向、风力、气温、浪高、能见度等要素进行预报，安排预警和预处理方案及出海作业策略。

基建智能管理

海上风电场在施工中存在环境负责、安全隐患多、危险性大等问题，建立实用有效海上风电场智慧基建管理系统，基于三维可视化技术展示施工进度，通过对接施工进度数据接口，实现场景内风机搭建全过程实时状态展示，并辅以施工计划，包含时间、施工对象、船舶数与人数。便于分析施工过程中的各项指标，业务人员无须到现场即可通过平台进行各方协调统筹。

智慧运维管理

依托物联网传感器，实时监控风电场风机、升压站等设备的运行情况，为运营中心人员、现场维检人员提供精准的预警、告警信息。检修人员通过智能穿戴设备与监督人员进行实时交互。实现智慧维检、安全管控，提高运维智能化水平。

智能预警管理

建立预警触发机制，对风场设备、环境进行实时监控，在识别到后台状态数据时，将状态以差异化的形式呈现在设备模型上，当设备状态为异常时，系统将持续发出声光报警，并弹出异常警报。并联动视频监控将镜头聚焦，展示报警设备详情及位置，方便运维人员即时做出决策处理。

开发平台

数维图(SovitJs)应用自主研发的 Sovit2D、Sovit3D 产品，无缝融合 2D、3D 技术，搭建了一套3D 可视化智慧海上风电场大数据管理平台。通过数维图可视化开发平台实现可交互式的 Web 二三维场景，基于多维感知、场景物联、物信融合的技术理念，不断丰富与完善海上风电场全面感知，实现设备设施智能巡检、环境风险监测预警，助力集控中心生产调度，辅助决策和全局掌控。

建设价值

建设智慧海上风电场，实现海上风电场设备、资产的智慧化监控与管理，对提高风电场自动化水平和运维效率、降低运维成本、提高海上风电的径济和社会效益、提高抵御风险的能力具有重要意义。

系统交付

数字孪生智慧海上风电场可视化运维管理平台基于B/S架构的Sovit3D三维可视化平台开发设计，采用HTML5+JavaScript技术作为前端基础，产品开发的二次代码及项目源文件全部提供客户，按需要可部署在云端，也可本地化部署。

审核编辑 黄宇