海上风电数字化智能化建设与运维.doc

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1、海上风电数字化智能化建设与运维4月27日，华北电力大学技术转移转化中心与中关村华电能源电力产业联盟联合主办的2021年智慧电厂论坛（第一期）在广东深圳成功举办。各位嘉宾大家早上好！很荣幸代表我们国家电投江苏海上分公司做这次分享，我分享的题目是海上风电数字化智能化建设与运维，首先是背景介绍，介绍一下背景介绍、建设内容及成果、亮点与效益。一、公司介绍国家电投海上分公司成立与2015年7月份，是集团专门从事海上风电开发、建设、运营的全资三级单位，我们公司承担集团公司海上风电先行先试的任务，目前建设累计80万规模的海上风电场，目前建H4、H7，也在80万规模的海上风电场，计划将于今年年底并网。值得一提

2、的是滨海H2风电厂是亚洲单体容量最大的海上风电场，滨海南H3是集团首个数字化、智能化的海上风电场。项目的背景，智慧化方面从国家层面而言，我们国家的“十四五”规划以及新基建都明确提出在智慧能源方面的建设，同时也是希望开展智慧能源建设帮助我们企业进行智慧化转型，当然国家层面大家可能理解得比我更加深入，这方面不多赘述。国家电投集团的层面，为了贯彻落实数字中国、数字经济和智慧能源等战略，2035战略为指引国家电投目标打造数字化国家电投，建设智慧能源体系，将数字化、智能化融入到能源生产运营通过数字化实现产业在规划、设计、建设、运营等环节提质降本增效的目的。江苏公司为了落实国家、集团的战略，以智能化为手段

3、，以优化生产与经营为目标的原则，积极探索开展海上风电数字化、智能化整体解决方案的研究。项目将达到海上风电更安全、更高效、更经济的目的。看一下目前海上风电面临的挑战，主要从两个方面：一是海上风电机组可达性差，一个是距离比较远，江苏滨海南距离海岸大概在38海里，基本上日常去巡视一次大概三个小时左右，同时船舶耗燃油，单次航程6000，距离远、费用比较高。受到天气、海浪的影响，可达性差，也就是说海上风电的窗口期比较短，一般而言一天从陆上到海上的风机岛、升压站，工作大概三四个小时左右，对平时的运维提出很大的挑战。费用高这块，目前已触网的H1来说，单台风机每年检修费用30万元左右。对于人员而言，我们都知道

4、一般出海坐的船不会是大船，都是小船，小船在中国海岸上颠簸，有些人会晕船大家可以想象一下，日常的运维人员坐三个小时的船到了风机、升压站基本上已经非常难受了，为了解决这些痛点我们开展了海上风电的智慧化建设，希望通过数字化、智能化的手段改善我们面临的挑战以及面临的痛点。这是我们整个项目的整体建设思路，统一规划、分布实施。统一规划就是在我们整个项目开展之前对目前所要建设的东西进行全盘的规划。分布实施，这个项目计划是分两期建设，一期是在建设期做一些相关的功能模块，第二期是已经投产之后运维期做一些功能模块。另外是三个聚焦，聚焦重大的风险管控，聚焦实用功能和聚焦成本效应，我们目前做的所有功能模块都是围绕这三

5、个聚焦来出发的。最终目的是提升项目全寿命周期运营管控能力和盈利水平，致力于打造国内第一个智能化海上风电场。我们目前项目是国家电投首个数字化、智能化的海上风场项目。一套编码标准海上风电KKS编码标准，陆上升压站采集数据，在这个基础上进行应用。一套编码标准也的是KBS，我们用的的RDS标准。十大应用工程，左边这几个功能是我们在项目的基建期，一期开展一些功能模块，右边是我们项目运维期所做的模块。边缘节点采集数据，我们项目没有做集控，我们是单一的海上风电场做项目，功能模块是基于生产运行来做的。基建期而言，包括三维数字化移交，智能巡检、基于视频安防、风机状态监测和基于整体平台的安全态势感知和防御。对于生

6、产运行期，对于风机的控制策略优化和风机状态评价、人员出海，基于三维模型的培训，这块涵盖海上风电目前可以做的内容。同时平台上搭建知识库体系包括专家库、故障库、地理库、气象库。同时会建立标准体系，包括编码标准、运维标准等。再往上层是交互层，我们对全场进行三维建模和三维展示，大屏和移动应用是非常好的功能。针对于场站进行分析，包括人员绩效的分析等，这是海上风电建设的整体内容。具体的功能我会挑一些比较重要的功能讲，由于时间的关系不会把所有的功能介绍。二、建设内容及框架。RDS-PP编码，属于国家推广的编码体系，这个主要应用于新能源方面比较多，我们为什么要做这个东西？目前据我们了解，RDS-PP编码没有针

7、对于海上风电这个细分领域的编码，所以我们想通过这个项目建一个针对于海上风电的RDS-PP编码标准，希望通过这个编码标准形成我们国家电投集团的编码，乃至于我们继续推广到国家的编码标准，编码体系已经编完了，目前整个项目正在申报中。主要针对于风机本体以及陆上升压站、海上升压站的设备进行编码，编码的层级已经到了中央部件级。具体编码大家很明白，就是助力我们对于现场的设备进行全生命周期的管控。三维可视化场站，我们拿到设计院给我们的三维模型，我们通过轻量化处理做三维模型，三维模型的基础上开展一些智慧化的应用。通过三维模型我们开展仿真培训，仿真培训包括对现场检修仿真培训、运行仿真培训和安全方面的仿真培训，仿真

8、培训的课件，典型的两票三制相结合，在操作票、工作票和巡检进行工作，在工作中实施相关的关联。同时基于三维模型我们做三维数字化移交，基于三维模型我们和智慧安防设备联动，昨天我们也看到了安防的联动，三维模型上可以看到一些信息、状态和电子围栏等。这块是基于三维模型做的数字化移交，我们目前针对于设备管理这块，我们把前期整个的设备通过数字化移交平台把合同、数据规格型号、人员、组织架构、合同、文档、资产，通过数字化移交平台转化为数字化的对象，从而实现生产期到运行期的无缝对接。安全知识管理，这是基建期上的系统，主要的目标就是零死亡，通过重大风险管控，实用的功能研发和安全的管理保证零死亡的目标。具体的功能包括人

9、员的管控，视频门禁止准入的系统，包括人员现场工作、外包商进来培训的相关内容，以及实时的处理，包括人员、机械、安全检查、工程监督管理等，后期运营会把功能模块全部平移到生产过程中，当作安全管理的模块运用。状态监测，我们所有的状态监测都上了，包括风机而言，叶片、塔桶、螺栓，风机岛包括风机腐蚀监测和冲刷监测，我们都做了一些监测。腐蚀监测而言，我们与院校合作，我们用应急保护技术，对于我们海水浸没区进行监测腐蚀的速率。冲刷监测也是购买服务通过来船上装监测设备，利用水下声纳技术扫测海水冲刷区域形成报告，在我们的平台上进行展示。冲刷监测基本上每年扫测一次，扫测的结果在平台中生成，类似于我们看到的界面，我们可以

10、在系统上对比两年中的冲刷结果，根据冲刷的趋势判断是否需要做一些加固、维护。对于塔桶而言，我们做了他桶的晃度监测，我们对塔桶的螺栓检测，通过位移判断螺栓是否松动。对于叶片监测，我们用无人机巡检，为什么没上传感器？主要是抢装的原因，需要提前装一些传感器，我们用了无人机进行巡检。值得一提的是，无人机是区别于我们所买的一般无人机我们和院校合作，无人机利用微距巡检，飞行是比市面上的无人机强很多，微距拍摄的分辨率可以达到毫米级，无人机精确巡检是有帮助的，无人机巡检我们会进行图象识别和机器学习技术对图片进行分析、判断，利用风机叶片的故障库进行判断，如果出现缺陷会在模型上进行定位，目前的做法是风机叶片分成三个

11、段，分别为夜间、中部进行判断，哪个地方出现问题，三维模型会显示出来，通过颜色进行区分。海缆监测，江苏公司遇到过这个问题，渔船抛锚把海缆刮断，给我们造成巨大的经济损失，这块我们非常上心。主要是通过上海缆监测系统，通过对海缆的应力、振动进行监测。我们在系统上默认以500米作为一个节点进行监测。通过监测实现海缆的报警和定位，通过AS系统对船舶的闯入、抛锚、撒网进行报警。我们对护层环流监测、电力行波故障测距，这是我们目前开展的一些功能。风机侧的优化，这块主要配合主机厂家完成，前期对于风机的偏航、变桨进行优化，主要是通过自适应风向补偿、空气密度参数优化、低风速挂网、定制化超发，这块也非常重要，这块做得好

12、可以提高发电量。另外一块是在升压站的智能安防，主要分为两个方面实现：通过智能摄象头，这是我们升压站的图，智能摄象头在二、三、四层每个角放摄象头，摄象头具备人脸识别和红外探测，可以满足不同的环境下可以实现摄象头的正常使用。利用升压站巡检机器人，前期考虑每一层放一个机器人进行巡检，经过实际勘测和考察这块还是不太实际，最终我们选取的方案是在升压站的二层35千伏、变压器室、继保室、GIS室进行巡察，每次进门都有栏杆挡住，机器人爬坡开门难度比较大，考虑到成本的问题，我们在几个重要的室内放一些巡检机器人进行巡检。这是智能巡检的应用，通过机器人在开关室进行巡检，可以在我们的平台上实时看到巡检的照片、结果，同

13、时巡检的结果会发到平台中，平台会进行图像识别和分析判断是否出现故障，如果出现故障或是哪些地方需要消圈，通过知识库体系形成故障的工单派给运维处理，基于智能巡检设备结合平台实现智能的工单推送。这个模块是风机故障预警和状态评估，我们也是结合主机厂家给我们提供风机的故障预警模型，部署在我们的工业互联网平台中，他们来给我们提供风机的故障预警的报警信息，系统会结合工作运行的小时、启停次数、维修历史、诊断分析结果、设备性能状况以及发生的频率等形成设备健康评估报告。报告中我们可以查看机组健康值、风速以及变桨、主轴承、发电机、控制系统，可以展示部件健康的报表和相关的裂化趋势等。气象数据及预报，气象这块我们这边就

14、是购买当季的气象信息为我们提供预报，主要包括海浪预报、短期超短期的预报，报告台风、雷电、大风、冰雹气象灾害，同时会针对风电场进行预警，包括覆冰预警、运维条件预警、风速预警等，这是气象这块。人员和船舶出海管理，对于船舶而言基本上都是基于AIS定位，我们可以看到船舶从出海整个的信息、航程等，系统中会进行可达性的预测，结合我们的气象信息，结合相关的信息，相当于给船长操作运行的指导，建议你走哪条航线，一般而言还是船长根据经验，我们系统会给一个驾驶的指导，这是对于船舶而言。对于人员而言主要是两个方面，一个是人员的安全考虑，包括智能穿戴设备、智能头盔、智能的救生衣，里面存在一些定位、报警、呼救的设备，一旦

15、在海上发生危害可以实现及时的求救、救援。对系统而言，人员出海、上船的瞬间到现场工作、坐船回到陆上，全流程的管理都是可以在系统中进行全方位的管控。知识库体系，这个大家都知道，一般信息化系统都会上这个东西，也是非常实用的，通过知识库系统提供自动推送的故障工单减轻现场运维人员的压力。通过知识库系统可以解决90%或是80%的故障信息，如果遇到疑难的问题通过专家远程诊断和其他的方式实现故障的排查解决。专家远程诊断，说白点就是通过AI眼镜、AI技术实现视野的共享，海上风电可达性差，去一次不容易，到现场出现一些疑难杂症可以通过AI眼镜实现视野共享，坐在后台和别的区域的专家可以对现场工作人员进行远程指导。智能

16、运维排程，简单讲，如果风机岛检查风机出现故障，系统会告诉你某某在明天、后天坐哪条船，带上什么工器具，什么时间出发到现场先处理哪一台风机，整个流程都会给你排好，自动告诉你怎么做，先去哪台风机，具体怎么回来。想做到这个我们后台要做很多工作，我们后台结合巡检任务、定期的工作任务，包括气象、维护资源、故障的类型、风资源、运维船以及备品备件，所有的信息结合在一起生成最佳方案，指导运维人员做最合理、最经济性的检修操作。目前是数字化向智能化转变的最重要模块，目前也是结合我们的经验和结合我们主机厂家、项目供应商联合来做这个模块。安全态势感知，安全对信息化平台是非常重要的，也是国家非常关注的模块，流量可视、应急

17、响应等，主要是提升信息系统的安全状态，提升信息的管控能力。硬件方面我们上了一些硬件主动防御系统，包括防火墙，目的是满足等保2.0的要求。以上是功能模块的介绍，有些模块由于时间关系没有介绍了，包括常规的功能模块，包括移动应用、大屏、简单的生产管理系统，这方面大家都非常清楚，不去介绍了。三、项目的技术成果、亮点和效益。基于工业互联网平台运用大数据、人工智能技术实现了机组状态检修和智能运维的排程，提高海上风电的管控力度，提高了运维质量、优化出海任务安排，减少运维的成本。我们项目是2018年开始实施，当时算是国内首家将智能机器人用在海上升压站，同时运用机器人的图象识别等技术有效提升了效率，减少工作人员

18、出海次数，降低运维成本和人员出海安全的风险。国内首次在海上风电将AI智能排程模块通过远程网络与技术专家诊断支持相结合，实现了故障诊断实时的决策支持。这是我们项目的亮点。现在国家对国产化要求非常高，如果我们大家知道有些项目很多东西都是需要国产化的，项目从设计开始全国产化实现的，底层的基础设备、摄象头、硬件机器人、监测设备都是国产化，从数据库、国产的关系数据库、实时数据库和互联网平台都是国内自主研发进行边缘计算、数据挖掘，安全防护通过我们的态势感知平台以及主动安全防护的硬件设备，上层的顶层应用和所有的功能模块都是自主研发和院校、厂家共同合作，整体支撑国产化的项目。项目的效益从几个方面来讲，通过我们

19、风机的控制策略优化，设备的故障预警和评估，有效提高了能源的可利用率，提高了风机的可利用率，降低了成本。通过前期的测算，预算经济效益提高到2%到3%。社会效益而言，海上风电数字化、智能化的建设，不仅提升我们集团在海上风电运营的管理水平，实现精细化的管理、降本增效，也可以助力于我们企业实现数字化的转型，也助力于集团公司在海上风电项目的落地。管理效益而言，利用数字化、智能化的手段提升我们整个生产运营的规范化、精细化的管理水平。安全效益而言，通过对人员、船舶的安全管理，从海上升压站的智能安全，升压站无人机的巡检减少人员出海的次数，降低现场发生事故的概率，保证了人员的安全。预计每年减少人员出海次数大概10到20次。开展海上风电数字化建设打通数据和技术的壁垒，建立行业大合作模式，数字化、智能化和建设本身就是多行业、多专业的共享资源，我们希望通过这个项目的建设结合设计方、科研各方搭建共享平台，建立技术的合作机制，打破条块分割，打破行业壁垒，广泛的吸取社会上各个兄弟单位、先进企业的一些优秀经验，大胆的应用科研成果，促进我们海上风电整体的智慧化、数字化的提升。7