智慧型风电场管理系统与应用

附件2：申报序号中国电力建设科学技术成果奖申报书（1）申报成果名称申报单位(盖章)申报时间2012.03.14中国电力建设企业协会制一、申报基本情况（2）成果名称智慧型风电场管理系统与应用完成成果单位大唐翁牛特旗新能源有限公司主要完成人员桑海洋、陈子新、杨德学、丛智慧、赵子峰证书需求单位█个人□联系人付佳奇部门工程管理部职务土建专工电话[phone]传真[phone]手机[phone]邮编024000邮箱[e-mail]地址内蒙古赤峰市新城区锦山路南段二、成果基本情况申报单位评审组意见（3）本成果属于风力发电领域，内容涉及风电场风机状态监测系统（CMS）,风电场SDACA系统，风电场EAM系统及风电场绩效展示与评估系统。随着风电的快速发展，风电场的生产管理变的越来越重要，特别是风电场风机逐步超出风机厂家质保期，转由风电运营商独立维护后，风电场设备维护和运行管控急需一套管理平台。智慧风场系统平台应用的的重点在于以下两方面能力的提升。一是提升风电场维护所需的专业技术能力。比如：如何快速诊断处理风机故障，如何判断机械设备健康状况等等两大方面的能力。二是引入国内外先进的风电场运营管理做法，提升风电场管控能力。比如集中监控，资产管理，绩效评价指标KPI等等。通过部署智慧风场软件系统，风电企业能够快速地获取系统内固化的先进管理做法，快速提升管理能力，并能帮助风电企业实现显著的财务效益。具体来说，系统的价值体现在3个方面：一是明显提高发电量；二是有效降低风场运维成本；三是帮助风电企业和风电场快速提升管理能力。本系统将有力促进快速发展的风电企业对风电场运行维护工作的规范管理，对整个风电行业的发展提供有力的支撑。目前系统已在大唐（赤峰）新能源有限公司所属风电场进行推广。申报单位公章二○一二年三月十四日注：本页的电子版除可编辑的word文档外，还须对盖章页扫描另存为jpeg格式图片。任务来源（4）自选计划名称及编号（5）智慧型风电场管理系统与应用研制起止时间（6）2011年01月至2011年08月成果用于生产时间（7）2011年8月组织评价部门（8）评价日期（9）评价证书编号（10）建议密级（11）申报等级（12）一级批准密级（13）本成果曾获何部门何种奖励，奖励等级及奖金（14）无本成果主题词（15）风力发电场、智慧、管理三、申报成果的详细技术内容（16）1、成果的主要用途、技术原理（17）（1）成果主要用途：智慧型风电场管理系统旨在通过向风电场部署一套整合行业内国际风电运行维护最佳实践的IT系统平台，从而使风电场的运维管理得到快速改造和提升。（2）技术原理：1）系统总体结构（结构图参见（22）中图1智慧型风电场管理系统总体方案）2）智慧风场功能模块介绍①智慧的风场监控系统目前，风电行业内存在几十种风机型号，不同类型的风机使用自带的不同SCADA系统，功能参差不齐，收集到的数据难以同类横向比较，无法做到集中监控风机，集中管理风场。智慧风场标准SCADA系统兼容所有风机类型，支持公司级、风场级、风机级的多层次实时状态监控，不仅能够监测各类风机运行数据与报警，启停复位风机，遥调风机的有功功率与无功功率输出；而且作为智慧风场软件系统中主要的风机数据获取与设备控制模块，通过与其他功能模块的无缝连接，可以实现对风场更高级的监测与控制功能：a.监测状态监测系统(CMS)的振动数据；智慧风场SCADA系统通过接入CMS测得的风机各部件的机械振动信号，实现对风机机械部件亚健康预警，而且系统还可以监控相关的部件参数如温度等信号，可供运行人员参考进行综合分析。除此以外系统还可以监测CMS设备本身是否正常，以及时采取措施；b.监控风场变电站与测风塔设备；智慧风场SCADA系统兼容常用的设备间通讯协议，通过与变电站管理系统通讯，将变电站设备的数据信号集成至同一个系统平台中监控；c.更精确地风机故障点报警通过与故障诊断系统协调，SCADA系统支持高级故障诊断规则设置，可自动分析故障前后各监测变量的数值，给出更精确的故障点报警，缩小故障排查检测范围。d.多种控制策略的选择（目前仅适用于远景风机）SCADA系统将不同的风机控制策略与参数集打包联动，客户可以根据实际地形风况，风机健康状况，方便地在SCADA上将风机从标准工作模式，切换到寿命优先工作模式，或容忍较大载荷的发电优先工作模式。②智慧的风电资产管理风电场作为典型的资产密集型企业，往往十几名员工管理着好几个亿的发电资产，每年发电的产值上千万。如何保持资产的健康状态，最大程度地让这些资产产生回报是涉及风电场效益的核心问题。智慧风场资产管理系统（EnterpriseAssetManagement，EAM）引进火电，石油行业成熟的资产管理系统，并基于国内外大量风电运营商的实践经验，对EAM系统做了适合风电行业的创新性改造，使之成为最能符合国内风电业主需求的专业风电资产管理软件，帮助风电场建立以设备为核心，工单为主导的资产管理模式。相比目前业内使用的其他设备管理系统，主要特点如下：a.适合风电场资产特点的四层设备树结构与BOM清单智慧风场EAM系统的针对风机设备特点，设计了结构化的四层设备树与物料编码体系，明确定义哪些设备应有序列号管理，哪些设备只需要型号管理，哪些部件需要图片与图纸号。风场运维人员即使对于风机部件不熟悉，也能在系统帮助下快速建立起每台风机的有效台帐，有效杜绝设备台帐长及该有没有、不准不整、台帐无用情况。b.与SCADA系统无缝连接的启停记录与工单系统SCADA系统只能给出风机故障报警，无法知道停机原因，比如是在检修，在维护，还是限电停机。而EAM中工单系统记录的工作无法准确地与风机的停机乃至发电量损失准确对应起来。智慧风场系统创造性地用风机启停机记录将两者衔接起来，使得每次故障停机的起始时间和损失电量可以自动与消除故障的工作记录对应起来，从而使得系统地从设备、人工、外部条件等多个维度上准确分析发电量损失成为可能。c.科学的安全库存管理及采购系统集成智慧风场EAM系统中（参见（22）中图2EAM设备与物料管理模块）完整的风机部件清单信息使得建立备件安全库存系统成为可能。通过特定算法，统计分析工单中消耗的备件记录，以及部件的BOM数量，可以科学地设定安全库存，减少风场因为备件缺乏无法修复风机而损失的电量。同时，还可与ERP等物料采购管理系统集成，自动根据工单消耗触发采购申请，关联ERP到货签收与EAM的入库操作，对整个风场的库存，进行闭环、科学且有效的管理。③智慧的风机预测维护近两年兴起的风机状态监测设备（ConditionMonitoringSystem，CMS）使得监控风机机械设备的状态，早期发现机械设备亚健康成为了可能。智慧风场预测维护系统通过CMS、EAM、SCADA系统集成，建立起一套风机预测与预防性维护的平台，使风场快速获得预测性状态维护的能力，初步建立起具备预测、预防、定期故障维护综合能力的运维管理体系。主要特点如下：a.CMS系统监测整个风机的传动链。对于双馈机型，从叶片到发电机底脚都可监测到异常情况；b.在国际风电振动标准的基础上，设置亚健康报警阈值，方便风场人员迅速确定亚健康部件；c.在CMS远程监测中心，远景能源资深机械振动分析专家在大量数据的基础上，通过故障特征频谱计算，给出亚健康诊断报告，包括分析故障严重程度并预测部件失效时间。远景的CMS现场服务团队，采用内窥镜等专业手段，协助现场维修人员上风机检查并确认故障。同时，远景专家结合分析过程不断培训达里现场用户，培育现场工程师的独立诊断能力。d.基于CMS亚健康诊断报告中建议的举措通过EAM系统得到贯彻执行。CMS亚健康诊断报告及其解决方案将进入EAM工单计划系统，保证其短期、中期维护方案得到有效执行。e.CMS诊断出的亚健康风机ID号进入SCADA系统，以及风场级的限功率系统。智慧风场能量控制系统，在电网要求限功率时，系统将优先限制亚健康风机的发电，甚至停机，以保护风机资产。SCADA系统还将自动将风机控制策略调整至寿命优先模式。④智慧的风机故障诊断在质保期内，风机故障诊断与维修一直由设备厂家承担，而出质保后，风场检修人员是否能独立承担起风机的检修工作，一直是风场运营商的最大担忧。智慧风场基于故障树(参见（22）中图3智慧风场故障树)、贝叶斯算法等故障诊断理论，创造性地开发出一套智慧的风机故障诊断系统。在此系统下，只要风场检修人员掌握初步的风电知识和会使用常用的电工工具（如万用表等），检修人员就不会存在检修不了的故障，任何故障都可以找到故障点，通过更换故障元件，恢复发电。智慧风场故障诊断模块功能如下：a.以故障代码为核心，将故障诊断所有必须的信息集成显示。检修人员可以在故障诊断模块中找到所有检修需要的信息。b.适合风机的三层故障树检修法，检修方法描述从报出故障代码的故障逻辑，到故障原因，到故障区域，到故障点，层层推进，详略得当。c.穷尽所有故障可能。对于每个故障的诊断，不是基于检验人员经验的汇总，而是基于风机电气结构，软件控制逻辑，将每个故障点全部罗列，对于每个故障代码，不可能出现未写出的故障点。d.集成标准作业包。对于更换复杂的故障点，故障诊断系统中集成标准作业包，详细说明检测更换所需的工具，每一步更换方法，并配上标准工作的图片或视频。e.与EAM工单及物料系统集成。通常，工单中填写的工作内容都是文字描述，无法数据挖掘。智慧风场EAM工单系统与故障诊断集成，工单中的检修内容标准化为故障树中的各个故障点，可标准化反馈故障原因，积累到历史数据库，从而更新故障点发生概率，方便检修人员优先选择。f.支持专家诊断系统。对于重复发生的故障检修人员可以将问题升级至专家诊断系统，由风机专家通过根本原因分析（RCA），给出根治方案，再通过EAM系统的工单部署落实。⑤智慧的关键绩效指标KPI正确地反映风电场的运维状况是风电场改进管理的基础，也是风场运行人员的主要工作之一。目前风电场普遍采用的关键绩效指标体系不够完整，而且部分指标不尽科学，比如广为使用的时间可利用率指标存在并不能很好地揭示风场发电潜力的利用程度。而且大部分指标的计算和报表执着依靠人工进行，不仅严重滞后并且难以杜绝人工错误，还有难以深入钻取，找到提高改进点的缺点。基于智慧风场平台，远景能源提出一套基于能量可利用率的统一、透明的风场关键绩效指标KPI体系。该指标体系集成了国内外业界最新的风电运营公司级与风场级四大类KPI的指标，并通过能量可利用率将四大类指标系统地结合在一起，用户可以按照风场电量损失的脉络，层层钻取报表与KPI，使风场运行分析报表的工作真正成为可以找到风场运营不足点，并加以改进，提高风场发电量的增值工作。智慧风场KPI系统主要特点如下：a.基于标准化的风机与风场模型，兼容不同风机，不同风场，满足不同风场间的绩效比较。b.将风场建设初期的可研报告指标固化入系统，作为风场的基本属性与KPI的比较标准。c.通过EAM与SCADA系统计算出停机造成的风场损失电量，直接对影响风场收入的发电量进行定量分析；d.建立基于能量可利用率的KPI指标体系(参见（22）中图4智慧风场KPI体系)，通过EAM与SCADA系统计算出停机造成的风场损失电量，直接对风场的发电量进行定量分析，对各停机原因造成的损失大小一目了然。e.对能量可利用率层层钻取（参见（22）中图5智慧风场KPI钻取界面），四类KPI指标在能量损失的主线下系统地层层展现，设有专门指标定量分析设备性能原因对于电量的损失，如有效风速下的平均故障时间间隔、按故障分类的电量损失、按设备分类的电量损失等；设有专门指标定量分析以及人为工作原因造成的发电量损失，比如维护时间、响应时间、工作安排合理性指数等等。2、关键技术和创新点（18）1)系统平台实现风电场集成监控、事件自动触发、无缝衔接。通过数据获取和解读集成监控不同厂家风机，同时通过实时数据处理实现系统自动触发设备维护工作流，并且在问题解决过程中无缝衔接智能诊断和专家系统。2)以设备保健为核心的全生命周期管理。以设备健康为导向，