廣東省能源集團(tuán)有限公司 駱文波

風(fēng)能尤其是海上風(fēng)能資源的開(kāi)發(fā)利用是緩解能源緊張的重要途徑。由于海上風(fēng)電工作環(huán)境復(fù)雜，外界因素的影響導(dǎo)致海上風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行可靠性低，維護(hù)成本高，這是造成海上風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行成本居高不下的主要因素。隨著海上風(fēng)力發(fā)電市場(chǎng)容量的日益增加，海上風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行維護(hù)也面臨新的標(biāo)準(zhǔn)和要求。

1 海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組影響運(yùn)維的安裝技術(shù)分析

海上風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行中，風(fēng)電場(chǎng)電纜設(shè)施、風(fēng)電機(jī)組設(shè)備的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)、風(fēng)電機(jī)組設(shè)備等相關(guān)組件安裝對(duì)后續(xù)運(yùn)維影響密切。做好技術(shù)交底工作，根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的安裝方案準(zhǔn)備各項(xiàng)施工設(shè)備和物資，滿足發(fā)電機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)施工要求。

在進(jìn)行發(fā)電機(jī)組安裝時(shí)，利用GPS 技術(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確定位，結(jié)合DP 動(dòng)力裝置找準(zhǔn)定位進(jìn)點(diǎn)，保證發(fā)電機(jī)組安裝船舶進(jìn)點(diǎn)距離準(zhǔn)確。塔筒安裝前先對(duì)基礎(chǔ)環(huán)進(jìn)行檢查，檢查塔筒、吊具，無(wú)誤后吊裝。塔筒分為下塔筒、中塔筒和上塔筒。塔筒保證沒(méi)有損傷后安排主輔吊機(jī)就位，啟動(dòng)后注意控制速度，緩慢起升吊鉤，通過(guò)主輔吊機(jī)良好配合將中塔筒平穩(wěn)吊起來(lái)。對(duì)塔筒內(nèi)設(shè)置的爬梯做好位置確定，根據(jù)施工圖紙要求正確選擇爬梯方位，安裝好塔筒、緊固螺旋。上塔筒安裝要點(diǎn)與中塔筒的安裝技術(shù)要點(diǎn)相同。

安裝機(jī)艙和輪轂時(shí)，先進(jìn)行吊裝準(zhǔn)備，利用主副吊機(jī)進(jìn)行配合，將葉片從運(yùn)輸船舶上吊到甲板上的葉片支撐架上。安裝機(jī)艙和輪轂時(shí)，先進(jìn)行吊裝準(zhǔn)備，無(wú)誤后正式實(shí)施吊裝。然后再安裝葉片，利用主副吊機(jī)進(jìn)行配合，將葉片從運(yùn)輸船舶上吊到甲板上的葉片支撐架上。利用主吊機(jī)對(duì)葉片專用吊具進(jìn)行掛設(shè)，系好纜風(fēng)繩，然后將葉片緩慢吊起，拆除葉片支架。葉片吊裝到輪轂葉根軸承相應(yīng)的法蘭接口處，調(diào)整輪轂軸承，緊固螺栓。

安裝機(jī)艙時(shí)應(yīng)注意掛好所需吊具，系好安全纜風(fēng)繩。注意卸下運(yùn)輸機(jī)艙支架上的螺栓，然后將吊鉤緩慢吊起，將運(yùn)輸支架卸下。做好機(jī)艙相應(yīng)法蘭面的清理，起吊過(guò)程注意控制速度，調(diào)整機(jī)艙方向，引導(dǎo)定位銷法蘭孔準(zhǔn)確對(duì)中，最后緊固螺栓。葉片起吊注意做好安全防護(hù)，利用泡沫板對(duì)輔助吊點(diǎn)位置進(jìn)行鋪墊，防止安裝葉片后重心發(fā)生偏離。安裝好葉片后連接接地線[1]。吊裝葉輪時(shí)注意檢查吊具是否妥善到位，在主吊點(diǎn)兩側(cè)位置設(shè)置好纜風(fēng)繩對(duì)葉片進(jìn)行防護(hù)。

由于海上風(fēng)電工作環(huán)境復(fù)雜，外界因素的影響導(dǎo)致海上風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行可靠性低、維護(hù)成本高，這是造成海上風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行成本居高不下的主要因素。大容量風(fēng)電場(chǎng)，采用大容量機(jī)型可在一定程度上降低運(yùn)維成本，但需要的運(yùn)維傳播和運(yùn)維人員數(shù)量也增加。且傳統(tǒng)運(yùn)維方式對(duì)工作人員來(lái)說(shuō)作業(yè)危險(xiǎn)性高、能耗大，對(duì)海洋環(huán)境又不利影響。

應(yīng)用水下機(jī)器人利用人工智能技術(shù)是解決上述問(wèn)題的重要途徑。水下機(jī)器人使用3D 計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)，利用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)可完成海上復(fù)雜危險(xiǎn)環(huán)境各項(xiàng)作業(yè)。通過(guò)同步定位和映射技術(shù)識(shí)別關(guān)鍵特征和異常自動(dòng)標(biāo)記，并根據(jù)置信度進(jìn)行分級(jí)。利用水下機(jī)器人及時(shí)發(fā)現(xiàn)海上風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行異常，岸上維護(hù)管理人員可根據(jù)機(jī)器人標(biāo)記的信息檢查工作并確認(rèn)結(jié)果，提高了維護(hù)效率。隨著水下機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，各項(xiàng)功能的自主性越來(lái)越強(qiáng)，在機(jī)器人運(yùn)行途中遇到導(dǎo)航障礙時(shí)更好地完成策略修正。運(yùn)維人員在岸上進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，使工作人員遠(yuǎn)離危險(xiǎn)環(huán)境，減少現(xiàn)場(chǎng)傳播尺寸和數(shù)量，更有利于保護(hù)海洋環(huán)境。

2 海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行安全及診斷

2.1 海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行安全分析

海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組所處的環(huán)境波動(dòng)性大，風(fēng)力波動(dòng)會(huì)對(duì)葉片造成影響，一旦控制不當(dāng)容易給葉片造成嚴(yán)重?fù)p害，通過(guò)對(duì)海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行安全情況進(jìn)行分析，做好對(duì)缺陷故障的診斷，為發(fā)電機(jī)組運(yùn)行安全高效提供保障。

2.1.1 對(duì)發(fā)電機(jī)組的電控系統(tǒng)進(jìn)行安全分析

一般發(fā)電機(jī)組采用自動(dòng)控制的運(yùn)行方式，值守人員數(shù)量少，為避免機(jī)組發(fā)生嚴(yán)重故障，借助發(fā)電機(jī)組的電控系統(tǒng)對(duì)機(jī)組設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制；對(duì)發(fā)電機(jī)組的安全鏈進(jìn)行分析。一旦出現(xiàn)突發(fā)狀況時(shí)，發(fā)電機(jī)組是否可啟動(dòng)緊急應(yīng)對(duì)措施是保證機(jī)組設(shè)備壽命的重點(diǎn)。因此在對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組電控系統(tǒng)進(jìn)行安全分析的同時(shí)，也要考慮到突發(fā)危險(xiǎn)時(shí)應(yīng)采取怎樣的暫停措施。如風(fēng)機(jī)在遇到風(fēng)速過(guò)大、震動(dòng)、變槳超限的情況時(shí)，可通過(guò)啟動(dòng)緊急暫停模式，及時(shí)制止整套發(fā)電裝置運(yùn)行，保證發(fā)電機(jī)組設(shè)備安全。

2.1.2 對(duì)風(fēng)機(jī)運(yùn)行控制策略進(jìn)行分析

采用變槳距控制技術(shù)能夠使發(fā)電機(jī)組在停機(jī)時(shí)的槳葉角度自動(dòng)調(diào)整到最大位置，使機(jī)組設(shè)備處于安全狀態(tài)，從而減少發(fā)電機(jī)組整體設(shè)備承受的負(fù)載壓力，減少對(duì)設(shè)備的損害。在外界環(huán)境發(fā)生突變時(shí)，在一些較為極端的情況下，通過(guò)氣動(dòng)剎車使葉片恢復(fù)到最大槳葉角，可以減少發(fā)電機(jī)組設(shè)備受到的壓力，對(duì)發(fā)電機(jī)組起到有效的保護(hù)；對(duì)發(fā)電機(jī)組的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行分析。

海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組采用現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人值守模式，遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是利用現(xiàn)代信息技術(shù)和控制技術(shù)對(duì)海上風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，幫助管理人員獲取最新數(shù)據(jù)信息，及時(shí)掌握發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行情況。對(duì)發(fā)電機(jī)組遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行分析，保證系統(tǒng)運(yùn)行工況安全，為海上風(fēng)電機(jī)組提供保護(hù)。

2.2 海上風(fēng)力發(fā)電智能診斷分析

海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行管理重點(diǎn)在于識(shí)別機(jī)組設(shè)備的缺陷異常，對(duì)故障進(jìn)行準(zhǔn)確診斷，從而妥善處理、消除故障。智能化故障診斷主要包括對(duì)故障特征進(jìn)行提取、對(duì)故障進(jìn)行診斷。故障特征的提取一般采用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)技術(shù)對(duì)機(jī)組的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、統(tǒng)計(jì)和分析，對(duì)機(jī)組設(shè)備運(yùn)行的異常信號(hào)進(jìn)行處理，結(jié)合人工智能技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行多元統(tǒng)計(jì)、變模式分解。通過(guò)對(duì)發(fā)電機(jī)組故障特征進(jìn)行提取，對(duì)風(fēng)電系統(tǒng)運(yùn)行和故障狀況進(jìn)行分析，降低信號(hào)特征向量中的噪音和異常值，為后續(xù)的故障診斷提供重要信息[2]。由于海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行受到多種不確定性因素的影響，再加上系統(tǒng)的復(fù)雜性，故障特征信息提取的維度也在增加。

如何在復(fù)雜的非線性系統(tǒng)中避免特征信息維度的混亂，保證故障特征提取結(jié)果的準(zhǔn)確性是十分重要的。提取的故障特征信息與正常特征信息的偏差較小，以及提取故障特征信息的方法存在局限性，這些是阻礙風(fēng)力發(fā)電機(jī)組智能診斷技術(shù)發(fā)展的重要問(wèn)題。

目前業(yè)內(nèi)對(duì)風(fēng)電機(jī)組故障特征進(jìn)行提取的理論集中在隨機(jī)集理論、粗糙集理論、模糊集理論等，利用信息融合領(lǐng)域中的多種理論對(duì)機(jī)組數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，更好地提取故障特征屬性。對(duì)發(fā)電機(jī)組的故障診斷主要采用的方法是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、聚類分析計(jì)算。通過(guò)對(duì)算法的優(yōu)化改進(jìn)及人工智能深度學(xué)習(xí)技術(shù)的應(yīng)用，自動(dòng)編碼器和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在故障診斷中的應(yīng)用越來(lái)越多。隨著故障診斷模型的不斷完善，將在海上風(fēng)力發(fā)電智能診斷中發(fā)揮出越來(lái)越充分的積極作用。

3 海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行維護(hù)及控制分析

3.1 海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行維護(hù)策略

采用風(fēng)力發(fā)電智能監(jiān)控運(yùn)行策略。智能監(jiān)控運(yùn)行策略中，根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)維的實(shí)際需求可采用如下技術(shù)：風(fēng)電機(jī)組和風(fēng)電場(chǎng)智能化傳感技術(shù)、風(fēng)電場(chǎng)大數(shù)據(jù)采集技術(shù)、風(fēng)電場(chǎng)數(shù)據(jù)分析計(jì)算、風(fēng)電機(jī)組故障特征提取技術(shù)。根據(jù)不用風(fēng)電機(jī)組間通信兼容性的不同，制定科學(xué)的通信兼容解決方案，建立風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)信息模型。利用風(fēng)電場(chǎng)集群遠(yuǎn)程通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)之間通信協(xié)議和數(shù)據(jù)可視化平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)集群各部分信息的無(wú)縫集成。

采用風(fēng)力發(fā)電智能運(yùn)維策略。隨著風(fēng)電智能化運(yùn)維技術(shù)的發(fā)展，信息化、集群化的特點(diǎn)日益凸顯。在傳感技術(shù)、智能控制技術(shù)、高速數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的支持下，多種技術(shù)的融合對(duì)分析風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)和工況條件提供支持，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行參數(shù)的及時(shí)調(diào)整，保證風(fēng)電機(jī)組設(shè)備配合度更高，機(jī)組整體運(yùn)行更加可靠高效。風(fēng)電智能運(yùn)維目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)建立在信息的深度融合基礎(chǔ)上，具體包括風(fēng)電機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)信息、電網(wǎng)信息等，通過(guò)構(gòu)建數(shù)據(jù)分析平臺(tái)，對(duì)單一風(fēng)電場(chǎng)和集群風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行系統(tǒng)分析和協(xié)同控制，提高風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行整體銷量，使發(fā)電功率優(yōu)化。

風(fēng)力發(fā)電智能運(yùn)維以減少維修資源消耗為原則，兼顧到機(jī)組設(shè)備固有可靠性和運(yùn)行安全性，通過(guò)應(yīng)用邏輯決斷方法對(duì)機(jī)組設(shè)備進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)，減少機(jī)組發(fā)生故障的概率[3]。利用云計(jì)算平臺(tái)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘，結(jié)合發(fā)電機(jī)組診斷技術(shù)，將數(shù)據(jù)分析范圍覆蓋到風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)、運(yùn)行的全過(guò)程中，發(fā)揮出大數(shù)據(jù)的積極效用。

3.2 海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制措施

對(duì)風(fēng)電機(jī)組設(shè)備的安裝質(zhì)量進(jìn)行控制。風(fēng)電機(jī)組設(shè)備安裝過(guò)程中進(jìn)行質(zhì)量的嚴(yán)格把控，對(duì)安裝設(shè)備部件的材料質(zhì)量、性能進(jìn)行檢驗(yàn)審查，保證機(jī)組設(shè)備部件的材料質(zhì)量合格，性能符合風(fēng)電場(chǎng)生產(chǎn)工藝技術(shù)要求。機(jī)組設(shè)備安裝過(guò)程中，制定嚴(yán)格的施工質(zhì)量控制辦法，嚴(yán)格把控各個(gè)作業(yè)環(huán)節(jié)。通過(guò)嚴(yán)格把控機(jī)組設(shè)備的安裝質(zhì)量，確保風(fēng)電機(jī)組投入使用后安全可靠。

對(duì)風(fēng)電機(jī)組的設(shè)備檢修加強(qiáng)控制。加強(qiáng)風(fēng)電機(jī)組設(shè)備的巡查檢修，尤其是惡劣天氣來(lái)臨前加強(qiáng)對(duì)機(jī)組設(shè)備狀態(tài)的檢查，對(duì)周邊環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)隱患進(jìn)行排查，消除風(fēng)險(xiǎn)隱患。根據(jù)發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行計(jì)劃做好定期檢修，做好檢修過(guò)程記錄，總結(jié)設(shè)備檢修工作中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，制定合理的應(yīng)對(duì)策略。通過(guò)對(duì)風(fēng)電機(jī)組設(shè)備檢修加強(qiáng)控制，為發(fā)電機(jī)組運(yùn)行中硬件和軟件設(shè)施安全可靠奠定保障。

對(duì)風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)分析。注重對(duì)風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)分析，包括風(fēng)力變化狀態(tài)下的機(jī)組運(yùn)行參數(shù)、機(jī)組運(yùn)行功率、溫度變化情況等。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)信息，通過(guò)數(shù)據(jù)軟件提取有效信息，抓住特征數(shù)據(jù)，挖掘潛在規(guī)律。通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的收集和分析，為遠(yuǎn)程控制提供有力條件，為維護(hù)發(fā)電機(jī)組運(yùn)行安全提供有力支持。

對(duì)風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行加強(qiáng)維護(hù)管理。維護(hù)管理要采用動(dòng)態(tài)靈活的機(jī)制，將傳統(tǒng)的被動(dòng)管理轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)管理。建立風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行檔案，結(jié)合運(yùn)行檔案中的數(shù)據(jù)，對(duì)發(fā)生故障率較高的設(shè)備部件和部位加強(qiáng)安全檢查和日常維護(hù)。根據(jù)機(jī)組設(shè)備部件的使用壽命情況，制定機(jī)組各個(gè)部位的養(yǎng)護(hù)計(jì)劃，提高對(duì)機(jī)組設(shè)備運(yùn)行維護(hù)的科學(xué)性和精準(zhǔn)性。通過(guò)科學(xué)制定機(jī)組運(yùn)行維護(hù)方案，嚴(yán)格執(zhí)行機(jī)組運(yùn)行維護(hù)計(jì)劃，延長(zhǎng)機(jī)組設(shè)備使用壽命，保證風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行安全高效。

3.3 海上風(fēng)力發(fā)電前景展望

海上風(fēng)能是重要的再生型清潔型資源，在新能源戰(zhàn)略中得到國(guó)家的支持。隨著海上風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目的建設(shè)和投產(chǎn)，海上風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目也正在向著多元化的方式發(fā)展。電網(wǎng)友好型技術(shù)為風(fēng)電接入形式提供了支持，風(fēng)電接入形式從單一集中接入遠(yuǎn)距離輸送方式向著多元化方式發(fā)展，未來(lái)分散式接入和微網(wǎng)應(yīng)用將越來(lái)越多。隨著應(yīng)用場(chǎng)景的多樣化發(fā)展，海上風(fēng)力發(fā)電將更直接的面對(duì)用戶需求，以用戶為中心在風(fēng)電電能品質(zhì)方面建立更高的標(biāo)準(zhǔn)。分散式應(yīng)用在能源市場(chǎng)中也將有較快的發(fā)展，根據(jù)電力市場(chǎng)的發(fā)展情況，風(fēng)電能源和傳統(tǒng)電能、其他新能源、儲(chǔ)能、智能配電保護(hù)等方面將有越來(lái)越多的融合，在電力系統(tǒng)的運(yùn)行控制、信息交互方面有廣闊的發(fā)展空間。

4 結(jié)語(yǔ)

海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)已被納入到廣東省海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略體系中，立足于海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)解決廣東能源消耗增大的問(wèn)題。立足于海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)的需求和特點(diǎn)，提升大型風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行維護(hù)和控制技術(shù)研究水平，完善風(fēng)電機(jī)組設(shè)備供應(yīng)鏈，推動(dòng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)和智能制造的融合發(fā)展，為海上風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行質(zhì)量水平提供保障，以科技促進(jìn)廣東加速形成海上風(fēng)電完整產(chǎn)業(yè)鏈，推動(dòng)海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展。