随着风电资源开发的深入，海上风电高海拔地区成为我国风电资源开发的主要方向。数字化智慧风电场建设以及智慧运维技术的不断发展，有助于推动风电场由现行的定期检修、事后维修的工作模式向预防性检修和视情维修或状态检修工作模式的转变，这对于提高风电场人员的工作效率、减少运维人员、降低运维成本，以及在改善运维人员工作条件等方面具有重要意义和深远影响。“无人值守”成为当前新能源电站的热点。但是目前风电场尤其是海上跟山地风电场要达到“无人值守”的条件，在管理模式、软硬件条件等方面还面临着诸多问题和挑战。
01常见管理模式
目前风电场配备人员普遍较少，绝大多数还采用“运检一体”的常规管理模式。从2006年国内风电大规模发展开始，该模式便被一直沿用至今。随着技术的发展及行业的进步，该管理模式已不能满足风电场“精细化、集约化和数字化”管理的需求。
此外，目前风电场常见的管理模式包括：自主运检模式、自主运行检修分包模式、运检完全外包模式、远程集中监控+自主运检模式和远程集中监控+检修分包模式等，本文从场站人员数量、经验及信息积累、成本和电站人员工作环境等方面分析、总结了各模式的优缺点。
1.1 自主运检模式
该模式下风电场的所有运行、检修等工作均由风电场内部人员完成，场站运检人员常驻场站升压站监控室。该模式的优点是可以快速处理各设备出现的故障，有助于运检人员经验的积累和技术水平的提高，而且两票操作及执行界面清晰，因两票配合不好出差错的几率降低，人员管理难度相对简单。其缺点是前期需要投入大量的资金建设运检人员居住、生活所需要的设施，还需配备一定数量的后勤人员。对电力运营区域公司而言，该模式无法实现整体人员数量的减配，造成人工成本居高不下。而且人员长期工作在偏僻环境，容易在心理健康和工作积极性方面产生消极影响，进而造成风电场技术人员流失和团队的不稳定性，也侧面增加了电站人员培养的成本。
1.2 运行自主、检修分包模式
该模式下风电场人员仅对电站进行日常运行管理工作，发电设备的维护、检修等工作由外包检修公司承担。其优点是可以减少场站投入人员，检修工作由专业团队负责，减少了场站运行人员在检修方面的工作量和强度，缺点是不利于电站人员的培养、技术水平提高及检修经验的积累，处理设备故障的响应速度不高，外包单位设备检修质量也参差不齐，风电场必须投入大量的精力对检修工作及质量进行管理和监督，造成电站管理及外委成本居高不下。同时在基础设施投入和工作环境等方面存与独立运检模式同样的缺点。
1.3 运检完全外包模式
该模式下风电场所有运检工作全部交由第3方专业运检公司负责，风电场业主方不专门设立运维班组，而由运检公司设立，电站业主方仅对风电场重要指标进行管理和监管。其优点是业主方可有效降低人员数量，前期不需要投入资金建设电站运检人员居住、生活所需要的设施，上述设施的建设及相关费用由运检公司解决。该模式下风电场支付给第3方运检公司的费用相对较高，设备的状态信息、维护检修信息、历史运行数据等很难完整的反馈到风场业主方，更不利于风电场专业人员培养及经验的积累，同时为了保证风电场投资收益率，每年业主方需要根据当年的风资源预测情况、设备状态及备品备件价格、人力成本等信息，投入大量人力跟精力研究制定风电场当年的绩效指标，以便更好的对3方专业运检公司进行管理和考核。该模式通常存在于由主机厂家或非电力运营公司投资的风电场。
1.4 远程集中监控+自主运检模式
目前各大发电公司都在积极建立区域级的“新能源电站远程集控中心”，实现对所辖新能源电站的远程集中监视及控制，集控中心配备专业的运行管理人员。该模式的优点类似自主运检模式，同时风电场仅保留少量检修人员，场站不配备运行管理人员，因此可以大幅减少驻场人员数量，一定程度上降低了人力成本，此外对各场站实行集中监控，有利于不同场站间运行数据的积累，也有利于不同场站间对标工作的开展，同时符合电力行业目前推行的集约化管理的要求。但该模式仍然存在自主运检模式的其他缺点，建设远程集控中心需要投入大量资金，同时集控中心高质量的运行对工作人员的技术水平、协调管理能力等方面提出了更高要求。
1.5 远程集中监控+检修分包模式
该模式同模式4的差别在于检修模式的不同，类似模式3场站侧的运维检修工作完全由第3方专业运检公司承担，具有模式3和模式4中除现场人员经验积累及技术能力培养以外的优点，同时具有模式3中除了业主收集设备状态信息、维护检修信息、历史运行数据困难和模式4的缺点。
从行业角度出发，以上常见的运维模式均无法从根本上减少电站运检人员的总体数量，降低运检成本，也无法明显改善运检人员的生活、工作环境及其生活质量，也就不能有效解决风电场技术人员短缺、流失和团队的不稳定性问题。因此需要探索一种全新管理模式，以解决上述问题并实现电站的无人值守。
02无人值守电站管理模式及内容
鉴于海上风电场和山地风电场所处环境，以及风电大发展带来的专业技术人员短缺等问题，目前各大风电投资和运营企业都在积极探索和尝试建立无人值守风电场。
无人值守风电场通常是指场站侧不设置常驻留守的设备维护检修和运行管理人员，业主通过给风电场配备先进的设备状态智能监测、智能故障诊断、风力机智能控制、精准风功率预测、远程集中控制和视频监视等系统，并辅以智慧化运管平台，实现对风电场日常运行的远程管理，并调配一定的人员完成设备的维检工作。
为了满足风电场无人值守的需求，一种全新的管理模式，“集控中心+智慧运管中心+区域维检中心”的管理模式(CMO)正逐步被探索和应用。风电投资或运营企业设立“省级远程集控中心”，集控中心配备运行值班人员，实现对全省所辖新能源电站设备运行的实时监视、控制和运行管理，并实时监视各设备的运行状态，及时准确的对设备故障及异常状态进行告警，满足电站对设备安全和可靠运行的需求，同时满足电网公司省级和地级调度中心的要求。“智慧运管中心”配备数据分析人员，定期对各电站的运行和监测数据进行分析，提出运维建议，制定整改措施。发电企业或电站运营企业根据所辖新能源电站在全省的地理分布，设立多个“区域维检中心”，每个区域维检中心配备专业工程师，并接受集控中心、智慧运管中心下发的各项工作任务，就近对所辖场站的设备进行维护检修、故障消缺、定期巡检、突发事件处置等工作。3个中心的工作内容及业务流程见图1。
通常“集控中心、智慧运管中心”设立在省会城市、“区域维检中心”设立在县级市或地级市，该管理模式下实现了风电场人员日常工作生活场所由偏远地区向城市的转移，极大的改善了人员的生活质量。一个区域维检中心人员可管辖就近几个风电场，有效降低了维检人员数量，进而降低了人员成本，同时在数据积累、人员培养等方面优势明显。但是该管理模式下维检人员对电站突发事件的响应速度较模式1慢，且建设区域维检中心也需要投入一定的资金。为了保证电站安全和可靠运行，该管理模式对电站应具备的软硬件条件提出了更高要求。
03无人值守电站应具备的条件
现有风电场要实现无人值守还需要在软件和硬件等方面进行更新和升级改造，从而确保风电场设备安全、可靠、高效且稳定的运行。
3.1硬件条件
3.1.1 满足设备全状态监测及感知要求
风电场应配备先进的设备状态智能监测系统，在集控中心实时监视各关键设备的运行状态，所监视的设备至少包括传动链系统、变桨系统、偏航系统、叶片、塔筒、地基、主变、箱变以及集电线等。具体监测范围可根据机组类型、设备可靠性和故障率等因素综合考虑确定。
3.1.2满足设备远程控制、电网调度及网络安全要求
风电场应配备先进远程控制系统硬件，可远程实现对机组启停、电气开关控制、无功补偿装置投切及有载调压变压器分接头调节以及其它特殊控制调节需求，同时可实现电能量管理、发电设备参数远程调整以及满足现场“五防”操作硬件要求。此外，风电场应严格按照电网安规要求，配备必要的网络安全设备、通信设备，确保电站信息和数据的网络安全，同时满足电网调控中心对场站和集控中心同时通讯的要求。
3.1.3 满足风电场视频监管及安防要求
为了保证风电场资产安全，风电场在机组内外部、升压站关键位置增加高清摄像头，将视频流数据通过专线传送至远程集控中心，满足对风电场关键位置及关键设备远程监视的要求。视频监控范围至少包含机舱、塔底、扭缆层、塔底入口和升压站各关键位置，具体位置可根据机组及升压站的结构确定。场站区域还应配备电子围栏、智能门禁等设备。同时基于先进的视频识别技术，实现对场站内人员及车辆闯入、动物闯入的实时监测和报警，还可实现对风电机组、升压站设备运行状态、表记数值的自动读取和记录，对异常视频信息进行自动推送和报警，满足无人值守电站时常规巡检的需要。
3.1.4 满足电站火灾报警和自动消防的要求
消防安全是风电场安全生产管理的重点，风电场应根据机组及升压站具体结构，在机舱、塔筒和升压站电子间等重点设备空间配备温度、烟雾和气体等监测报警设备，并在关键位置部署自动消防灭火装置，结合视频设备，满足电站对火灾消防紧急事件及时自动处理的要求。
3.1.5 满足智慧运管所需数据要求
风电场配备的各监测系统应将各监测数据实时上传至集控中心及智慧运管中心，数据采集内容、传输要求等可参考中国电机工程学会(CSEE)标准《海上风电智慧运维规范》。
3.2 软件条件
无人值守风电场安全、稳定且可靠的运行离不开“远程集中控制系统”“智慧运管平台”等2个软件系统的辅助，其中远程集控系统部署在1区和2区，智慧运管平台部署在3区和4区，2个系统功能的优劣直接影响到风电场设备运行安全、发电量、运维效率及管理水平。
3.2.1 远程集中控制系统
远程集中控制系统通过接入风机数据采集与监视控制系统(SCADA)系统，即、升压站综自系统、自动发电控制(AGC)/自动电压控制(AVC)功率控制系统、无功补偿系统(SVG)、视频监控系统、消防系统等各系统监控数据，实现对风电场各设备参数、运行状态的远程监视和控制。主要功能至少包括：数据采集、监视、远程控制、故障信息报警且软等5防等功能。系统数据采集、监视和控制等功能的具体内容，同时远程集中控制系统还应具备历史运行数据及趋势调用功能。
3.2.2 智慧运管平台
远程智慧运管平台在管理模式(CMO)中发挥着关键作用，为了解决风电场已有系统信息孤岛的问题，智慧运管平台首先应充分整合各电站已有系统的数据及功能，将监测、生产运行和管理经营等数据进行统一管理和分析。同时为了满足电站无人值守及行业发展的需求，智慧运管平台还应满足如下要求：
1)一体化要求，系统应遵循一体化原则，在总体架构、应用功能、信息采集和整合、数据模型和信息通讯等方面实现一体化。
2)模块化要求，系统应采取分层设计、模块化封装设计思路，实现系统平台化、应用模块化。
3)共享性要求，系统应保证同电站已有系统的兼容，同时充分考虑未来接入其它系统的需求，支持满足标准的工业型数据接口和协议。
4)安全性要求，系统网络构架应符合国家有关网络与信息安全管理规定。
此外，在对风电场各类数据及信息进行统一管理、分析方面，智慧运管平台系统应具备风电场各设备状态智能监视、运行信息智能管理、运行大数据智能分析及预警、设备状态监测数据分析及故障预警、故障智能诊断、电站信息管理等模块及功能。
其中，风电场运行信息智能管理模块应具有气象数据展示、电子围栏和车辆及人员定位、窗口期管理、两票审批及管理、智能工单、智能巡检、检修记录自动录入、缺陷管理和智能报表等功能。运行大数据分析及预警模块应具有机组功率曲线特性、低效风机、机组长时间停机、机组降容报警、偏航系统特性、变桨系统特性、发电量损失和指标对标等分析功能，并自动给出分析结果及处理建议。设备状态监测数据分析及故障预警、故障诊断模块应能实时解析风电场已安装的连锁管理体系(CMS)系统、塔架、叶片、支撑结构、集电线路和升压站关键设备的在线监测数据，同时能够自动、批量地处理各类监测数据，自动给出预警结果、故障原因分析和排故建议等信息。
此外，系统应具有对所辖风电场场区气象数据综合分析功能，并自动确定适合运维作业的窗口期。对突变的气象、水文条件，系统应能将变更后的窗口期信息实时传送给运维人员。
3.2.3 数据库
为了满足风电场设备全寿命周期信息的收集、存储的需求，集控中心、智慧运维中心应配备足够容量、可扩展的实时数据库。
满足上述风电场软硬件应的条件是构建无人值守风电场的基础和前提，电站新增的硬件及软件虽然增加了风电场的资金投入，但各电站实现无人值守后运维人员总体数量大幅减少，人员成本相应大幅降低，也有效改善了现场工作人员的工作条件和生活质量，能更好的发挥人员的主动性和积极性。
04无人值守电站实践及效果
为实现风电场无人值守，华能某区域公司积极探索，基于CMO模式并依托区域新能源远程集控中心的新能源电站远程集控系统、新能源电站智慧运管平台，创新性的提出了“0+1+N”管理模式，其中“0”代表电站无人值守，“1”代表1个省级区域集控指挥中心，履行本文上述“集控中心、智慧运管中心”的职责，“N”代表多个区域维检中心。该公司2021年9月已在某县设立检维中心，管辖2个风电场，2个风电场已无常驻运行和检修人员，真正实现了无人值守。
上述实践过程中，依托的新能源电站远程集控系统实现了对风电机组、AGC/AVC的远程控制及监视等功能;新能源电站智慧运管平台将风电场的运行监视、电子围栏、人员定位及安全管理、设备性能评估、故障分析、发电量损失深度分析(见图2)、寿命评估、运维建议、设备智能管理、移动电子两票、车辆管理和设备可靠性评估等功能集为一体，实现了对多源异构数据的接入和运行数据多维度分析，解决了多系统兼容性问题。
平台构架见图3，该平台实现了对风电场设备20类常见故障的预判，结合内置的故障知识库自动给出运维建议，同时可对风电场设备44项运行指标进行横纵向对比和分析，并实现了将设备故障告警、消缺过程及结果等信息的闭环管理;移动电子两票实现了在公网与内网间的无缝衔接和运行;集设备故障类型、故障位置、3D地图、人员定位和巡检路线等信息的多维一体可视化展示功能有效提升了新能源电站运行监视的智能化、数字化水平及电站的运维效率，降低了运维成本，推动了“0+1+N”管理模式的落地和实施。
该管理模式下新能源电站的运维工作流程为：集控指挥中心配备的运行值班人员对各电站进行实时监视和运行管理工作，配备的数据分析人员，定期对各电站的运行、监测数据进行分析，给出运维建议并制定整改措施。区域维检中心配备的专业工程师根据集控指挥中心下达的任务单，现场完成对各设备的排故、维护、检修和定检等工作，同时按要求将上述工作的有关信息上传至智慧运管平台。经过一年多运行，2个试点风电场运维人员总体减少约40%，运维效率约提升28%，提高全场发电量5%以上(见表1)。
05结论
基于风电场现有运维模式的优缺点，为满足风电场无人值守的需求，本文提出了一种“集控中心+智慧运管中心+区域维检中心”的全新管理模式，随着新能源远程集控中心和区域检维中心的不断建设，以及风电场所增设的智能化、自动化设备及系统的逐步完善、新能源智慧运管平台功能的不断升级，全新管理模式的推广应用，可有效对风电场内各设备的运行情况和健康度进行远程实时监管，同时可减轻场站员工的工作量，进而有效改善常驻场站运维人员的生活质量，提高员工工作幸福感。根据实践经验，在风电场基本满足本文所述软硬件条件下，基于CMO模式下的各风电场完全可以实现“无人值守”。（作者 | 韩斌 刘洋 等）
