智慧海上风电场的定义、架构体系和建设路径

【编者按】目前一些风力发电企业已经开始进行智慧海上风电场建设的前期规划、论证和初步实施，建设智慧海上风电场已成为行业共识的目标，是未来较长时期的发展方向。然而，一直以来，智慧海上风电场建设，没有统一的定义和标准，目前开展的一些探索，主要还停留在建设数字化物理载体的阶段，为向更加高效、可靠的智慧海上风电场发展奠定了一些基础。

来源：微信公众号“南方能源建设”

ID：EnergyGEDI

作者：陈亮，阳熹，杨源

单位：中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司

出版时间：2020年第4期

作者简介

第一作者：陈亮，1984-，男，硕士，高级工程师，从事电力系统电气二次线设计。

智慧海上风电场建设，需要进行顶层设计、全面规划、梳理理念、明确路径，并因地制宜、循序渐进地加以实施。《南方能源建设》期刊主办单位中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司（后简称广东院）在近四年来将风机主控（SCADA）系统、风电场电气监控系统有机结合，率先提出了海上风电场一体化监控系统架构体系，实现了对长期积累的运行维护数据的计算、分析和深度挖掘，获取了智慧海上风电场的有效知识。

2017年12月28日，中国首个省级海上风电大数据平台——广东省海上风电大数据中心在广东院举行建设方案发布会，标志着广东省智慧海上海上风电场建设已进入快车道。

广东院针对风电场的风机、海缆等核心设备，打造了国内首个具有自主知识产权的风机辅控系统，拥有了海底电缆设计与智能运维核心技术，建立起风机、海缆等主要设备健康状态的预警模型，实现了设备初期劣化和故障预警、诊断，有效防止了设备欠维护和过维护。

特别值得一提的是，广东院主动对接海洋工程、海事规范，研发了自主品牌、自有知识产权的国内首个海上风电场智慧基建管理系统，并打造出数字化的工程产品，解决了海洋工程安全管控、船舶调度的难题，形成了有深度的“人无我有、人有我精”优势。

《南方能源建设》先后刊出了“智慧型海上风电场一体化监控系统方案设计“（阳熹，2019年第1期）和“海上风电场智能船舶调度及人员管理系统”（杨源，2020年第1期），本次海上风电专栏邀请广东院陈亮等介绍了智慧海上风电场，论文是对广东院智慧海上风电场建设阶段性工作的总结和提炼，首次提出了智慧海上风电场的定义，提出了智慧海上风电场的架构体系，从智能设备、智能控制、场级管控、集团监管四个层级，系统阐述了怎样建设智慧海上风电场，为覆盖项目设计、基建、运营的全生命周期过程、实现全场设备、资产的数字化、智慧化监控与管理的智慧海上风电场指明了发展路径。

特摘选论文部分内容如下：

1、智慧海上风电场的定义

智慧海上风电场是指广泛采用云计算、大数据、物联网通信、人工智能等新技术，集成智能设备、控制和管理等技术，把传统风电场中无感知、无思想的设备、系统，孕育成状态感知、自主适应、智能融合、精准可控的更安全、更高效、更经济的全新海上风电场。

智慧海上风电场实施的关键在于理清结构体系。纵向上看，智慧海上风电场主要包括四个层级结构，由低到高分别是智能设备层、业务控制层、场级管控层和集团监管层。四层架构各有分工、高度融合，在保证网络信息传输安全的前提下高效组织指令流和信息流，如图1所示。

图1 智慧海上风电场结构

2 智能设备

智能设备层是智慧海上风电场的底层。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，为智能控制、场级管控、集团监管奠定数据基础。

2.1 智能风机

智能风机，是能够自主感知、分析和决策的风电机组，是在风机上采用先进的状态监测、数据分析、决策支持、智能控制技术，使机组准确地感知自身状态和外部条件，优化调整自身以始终运行在最佳工况。

2.2 海缆诊断

海底电缆是海上风电场电能传输的关键部件，然而由于传输功率的变化、海底环境复杂、海洋昼夜温度变化、季节性的温差，以及捕鱼、航运和海底活动，海底电缆易于发生超温、锚害等事故，导致极大的损失。有必要实时监测海缆的温度和应力变化。

具体的监测方法，是借助海缆中的光纤线芯，采用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，保障海缆安全运行。

远距离海缆输电情况下，考虑到传输距离、空间分辨率、测量重复性的互相制约关系（这几个指标无法同时做到最佳），可在长距离海缆的两端采用双仪器配置，利用2根光纤组成环路，引入布里渊光时域分析(BOTDA)方法进行双端测量，并在后台整合并优化两侧仪器的测量重复性。