智慧海上风电场的定义、架构体系和建设路径

2.3 海上升压站诊断

海上升压站平台在运行过程中受到海水冲击、泥沙冲刷、腐蚀等影响，其结构安全性会降低，有必要通过在线连续测量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响应是否在安全限值内，发现早期安全隐患及主要根源，避免倒塌等灾难性事故及恶性不可逆结构问题出现。海上升压站诊断包括基础力学监测和基础腐蚀监测。

基础力学监测通常应提供应力应变、结构振动、倾斜和地基不均匀沉降共4类功能监测模块，传感器选型、安装位置、安装数量见图2。

基础腐蚀监测通常根据牺牲阳极的布置，在海上升压站钢基础(也含风机钢基础)距离水面不同高度设置参比电极，用于采集保护电位信号，实现电位实时监测、数据存储、电位超限报警、电位趋势预测等功能，全面掌握钢结构基础的防腐情况。

图2 海上升压站结构监测

2.4 机器换人智能巡检

针对海上风电工程水域大、环境复杂、维护人员少、海上升压站平台无人值班的特点，在海上升压站GIS室、配电室等主要区域，设置“机器换人”的智能巡检机器人；对风机叶片进行全自动无人机航测、巡检，结合物联网、远程图传、AI、射频识别、三维建模等多种先进技术，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。

3 业务控制

业务控制层位于智能设备层与场级管控层之间，旨在实现风电场生产过程的智能监控，确保风电机组在不同条件下达到最佳运行状态。

3.1 风机监控(SCADA)系统

风机监控(SCADA)系统是风机厂成套提供的、以计算机、网络通信和智能调节技术为基础的风机监测控制系统。它对风机设备进行全面监视和控制，监测功率、电流、电压、风速以及温度、压力等信号，实现数据采集、设备控制、参数调节以及信号报警，完成风机的能量管理。

3.2 风机辅控系统

考虑配置风机主要部件状态监测——风机辅控系统，整合风机部件状态监测系统的信息，实现风机的动力设备、环境、安防的统一后台监控，以及对风机多个关键部件的全面状态监测、故障早期预警和诊断。

图3 风机辅控系统结构示意图

3.3 海上风电场电气监控系统

海上风电场电气监控系统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）的统一监视与控制，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。

海上风电场电气一体化监控系统采用开放、分层、分布式网络结构，双网、双冗余配置，双网均应同时进行数据通信，网络拓扑采用星型。

整个系统从纵向上，分成站控层和间隔层。站控层实现整个系统的监控及管理功能。间隔层由就地保护测控装置、智能单元组成，在站控层及通信网络失效时，间隔层应能独立实现设备的就地监控闭锁。

整个系统从横向上看，应按电力系统二次安全防护的有关规定，按安全分区、网络专用、横向隔离的原则，设置3个安全防护分区[7]。安全区Ⅰ是具有实时监控功能、总线连接使用电力调度数据网的实时VPN 或专用通道的各业务系统构成的安全区域；安全区Ⅱ是不直接参与控制，使用电力调度数据网的非实时VPN 的各业务系统构成的安全区域；安全区Ⅲ为生产管理区。如图4所示。

图4 海上风电场电气监控系统结构

4 场级管控

场级管控层应以数据深度融合共享、大数据分析为基础，以资产高效利用为目标，实现对全场设备资产数字化、智能化的监管，以及生产经营关键环节的辅助分析、智能诊断、决策支持。

4.1 设备智能管理

智慧海上风电场的主要设备都设置了设备状态诊断，如前文3.2节提到的风机辅控系统。基于各风电场海量的历史数据，可以立起设备健康状态的预警模型，提取主要故障特征量，结合风机运行的实时数据，比对模型特征量，判断设备的实时运行状态，实现设备初期劣化和故障预警；基于设备状态初期预警，寻找设备可用、可靠和维修成本的最佳平衡，有效防止设备欠维护和过维护。

4.2 基建智能管理

海上风电项目的建设、运维过程中，始终存在以下痛点问题：海陆之间通信困难；无法掌握海上作业船舶和人员的实时画面情况，安全管控难；施工作业环境特殊，施工窗口期对海上风电施工管理极为重要。有必要结合海洋工程的特点，建立一套实用有效、稳定可靠的海上风电场智慧基建管理系统。

可以建立海上气象及海洋环境观测，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；

可以在陆上项目部和海上测风塔区域分别设置甚高频（VHF）电台中继台，建立覆盖陆上项目部和海上作业现场的人、船通信对讲平台，确保可靠通信；

可以结合海事船舶信息系统(AIS)，对海上升压站、风机、海缆敷设等所在海域进行船舶识别以及定位，对船舶减速、抛锚、停航等各种状态进行实时监测，通过在海图上划定警戒线，对进入警戒线的船只进行重点监测，如果发现在警戒线以内的船只发生抛锚，通过AIS接收的船舶海事部门备案信息，提醒船舶禁止抛锚、迅速离开，如果未见船舶响应则通过高频电台喊话通知，以防止海上风电场被入侵。