CN113982851B - 智能风电系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施方式提供一种智能风电系统，属于风电领域。所述智能风电系统采用分布式结构，并包括：智能控制系统，用于对所述智能风电系统进行运行监测、远程监控、状态评估、故障诊断以及智能控制；智能服务系统，用于获取所述智能风电系统的数据信息，并基于所述数据信息提供智能安全功能、智能服务功能以及智能管理功能；以及信息安全防护系统，用于对所述智能控制系统和所述智能服务系统进行信息安全防护。如此，通过从智能风电整体的顶层设计和规划角度出发，增强智能风电系统中各子系统间的智能耦合性和联系性，可以实现风电系统整体的智能生产与安全管控，从而提高风电场的经济性和安全性。

Description

智能风电系统

技术领域

本发明涉及风电领域，具体地涉及一种智能风电系统。

背景技术

近年来，国内外的风电机组整机厂商和各大风电运营商一直在积极构建大数据平台，利用大数据和人工智能技术进行智能风电场方面的探索，为风机和风场赋能。现有的智能风电技术涵盖了从风电整机制造、风电场微观选址、定制化设计、智能风电运维、智能风电管理等软硬件产品，对推进智能风电的建设发挥着重要的作用。目前，国内外对智能风电的研究，在智能风电技术的系统性研究与应用尚处于起步阶段。现有的智能风电运维系统平台在应用过程中大多侧重于智能算法、智能运维等局部功能智能化，从应用效果来看功能更偏重于智能信息集成展示以及智能管理等层面，并没有从智能风电整体的顶层设计和规划角度出发，从而使得各系统间缺乏智能耦合性和联系性，智能风电的建设规划仍有待于进一步深入和提升。

发明内容

为至少部分地解决现有技术中存在的上述问题，本发明实施方式的目的是提供一种智能风电系统。

为了实现上述目的，本发明实施方式提供一种智能风电系统，所述智能风电系统采用分布式结构，并包括：智能控制系统，用于对所述智能风电系统进行运行监测、远程监控、状态评估、故障诊断以及智能控制；智能服务系统，用于获取所述智能风电系统的数据信息，并基于所述数据信息提供智能安全功能、智能服务功能以及智能管理功能；以及信息安全防护系统，用于对所述智能控制系统和所述智能服务系统进行信息安全防护。

可选地，所述智能风电系统包括管控一体化平台，所述管控一体化平台采用分布式部署，横跨所述智能控制系统、所述智能服务系统及所述信息安全防护系统，并管控所述智能控制系统和所述智能服务系统。

可选地，所述数据信息包括以下至少一者：风电生产运行数据、生产管理数据、智能设备监测数据以及智能控制系统数据。

可选地，所述信息安全防护系统包括网络边界防护层、综合防护层以及智能防护层。

可选地，所述智能控制系统包括风机层、风场层以及集群层。

可选地，所述风机层在智能风电机组的基础上，采用数据平台及智能传感设备，对所述智能风电机组进行感知采集、边缘计算和智能调节，并为所述风场层和所述集群层提供数据支持。

可选地，所述风场层包括风电场，所述风电场包括所述智能风电机组、汇集线路以及主变压器，所述风场层用于对所述风电场进行实时监控、能量管理、故障诊断、自动发电控制以及电压控制，并为所述风机层提供决策与分析，为所述集群层提供高级应用支持。

可选地，所述集群层包括由多个所述风电场组成的风场集群，并部署高级应用支撑环境、计算资源弹性配置环境及管控一体化平台，以用于所述风场集群层面的在线分析与监控、在线报警以及远程故障诊断，并为所述风场层和所述风机层提供智能运维和安全管控。

可选地，所述高级应用支撑环境包括：开放应用控制器、高级应用服务器、实时数据库和历史数据库。

可选地，所述计算资源弹性配置环境包括：根据功能应用需求自定义的机器学习和人工智能算法以及根据所述风电场的数量及软硬件基础设施配置的边缘计算、雾计算和/或云计算。

可选地，所述智能风电系统以大数据、云计算和物联网为数据平台，所述数据平台用于所述智能控制系统、所述智能服务系统以及所述信息安全防护系统之间进行数据信息通信与数据更新。

在本发明上述技术方案中，通过从智能风电整体的顶层设计和规划角度出发，增强智能风电系统中各子系统间的智能耦合性和联系性，可以实现风电系统整体的智能生产与安全管控，并及时、全面地掌握集团级和/或区域级的风电生产运行情况，从而提高风电场的经济性和安全性。

本发明实施方式的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明实施方式的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施方式，但并不构成对本发明实施方式的限制。在附图中：

图1示例性示出了本发明一种实施方式提供的智能风电系统的架构框图；

图2示例性示出了本发明一种实施方式提供的智能风电系统的结构框图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

需要说明，若本发明实施方式中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

图1示例性示出了本发明一种实施方式提供的智能风电系统的结构框图。如图1所示，本发明实施方式提出一种智能风电系统，该智能风电系统从风电顶层设计和整体规划，以提高风电多个子系统间的耦合协同，从而使得风电系统更加智能化、数字化和网络化。具体地，本发明实施方式提供的智能风电系统本质上为一种智能风电功能体系架构。该智能风电系统采用智能控制系统、智能服务系统和信息安全防护体系的智能化横向分区的分布式结构，并以管控一体化平台为核心，以大数据、云存储和物联网为数据平台，并集成智能传感与执行、智能控制与优化和智能管理与决策等技术为技术支撑。

其中，构建智能控制系统主要用于风电运行控制过程中的智能生产管理，该智能控制系统可以分为风机层、风场层和集群层，并部署先进的实时控制与优化算法模块，例如自抗扰控制、多目标优化算法、机器学习以及协调优化控模块等，以实现运行监测、远程监控、状态评估、故障诊断以及智能控制等功能，并具备自学习、自寻优和自校正等能力，以实现对风机层、风场层和集群层设备的智能管控。构建智能服务系统主要用于为风电生产过程提供智能服务，并设计较强的延展性和开放性，该智能服务系统可以获取并整合智能风电系统的风电生产运行数据、生产管理数据、智能设备监测数据以及智能控制系统数据等数据信息，并结合电网环境、集团管控和市场交易，提供智能安全功能、智能管理功能和智能服务功能。信息安全防护系统从网络边界防护、综合防护、智能防护三个层面建设信息安全防护体系，并用于为智能控制系统和智能服务系统提供安全保障。

管控一体化平台可以采用分布式部署，横跨智能控制系统、智能服务系统以及信息安全防护系统，是智能控制系统、智能服务系统以及信息安全防护系统的管控平台。该管控一体化平台能够提供智能控制、智能运维和信息安全等应用支持，以对智能控制系统和智能服务系统进行管控。数据平台是智能风电系统的基础部分，由大数据、云存储和物联网三部分构成，并可以进行海量数据的集中化载入和清理及转化。该数据平台为上层应用资源管控与管理提供分布式存储与计算的平台，并用于实现智能控制系统、智能服务系统及信息安全防护体系之间的信息通信与数据更新。技术支撑主要围绕智能传感与执行、智能控制与优化和智能管理与决策三个方面，依托于数据平台，并为管控一体化平台提供模型自学习、环境自适应和管理精细化的智能策略。

如此，通过从智能风电整体的顶层设计和规划角度出发，增强智能风电系统中各子系统间的智能耦合性和联系性，可以实现风电系统整体的智能生产与安全管控，并及时、全面地掌握集团级和/或区域级的风电生产运行情况，从而提高风电场的经济性和安全性。

在本发明一种具体实施方式中，如图2所示，在宏观层面上，智能风电系统可以包括管控一体化平台、智能控制系统、智能服务系统和信息安全防护系统。管控一体化平台是智能风电系统的核心，用于支持和管控智能控制系统和智能服务系统。并且，管控一体化平台、智能控制系统、智能服务系统均以信息安全防护系统为保障，并保持着功能之间的数据信息同步，同时提供实时性强、可靠性高的运行环境，以及面向第三方用户开放的操作环境，从而为风电智能化的生产运行提供一个分布式应用管理部署方案。

其中，智能控制系统可以纵贯风机层、风场层和集群层。该智能控制系统以智能感知、执行与检测设备为途径，先进的开放应用服务器资源为依托，集合智能优化算法库、大数据和云平台等先进技术手段，以进行智能发电的智能感知与控制，为智能风电系统的运行监测、状态评估、故障诊断以及智能控制等全生命周期服务提供可靠的软、硬件平台。其中，风机层是智能风电系统的核心组成单元，风机层在智能风电机组的基础上，采用数据平台及智能传感设备，对智能风电机组进行全方位的感知采集、边缘计算、智能传感和智能调节，从而在风机层可以进行环境自适应、运行自寻优以及状态自感知等智能化功能，并为风场层和集群层提供数据支持，其中智能风电机组是指在风电机组基本功能以外还具有数字通信和配置、优化、诊断和维护等附加功能的风力发电机组，该智能风电机组可以具有感知、分析、推理、决策和控制功能，并可以融合和集成先进制造技术、信息技术和智能技术。风场层是智能风电系统的关键支撑单元，风场层包括智能风电机组、汇集线路、主变压器及其他智能设备在内的风电场，风场层通过部署能量管理平台、实时监控系统、故障诊断系统、自动发电控制、自动电压控制以及协调优化控制等硬件设备和软件系统，可以实现对环境(例如风资源、自身状态以及电网状态)的快速反应能力，并满足电力系统的源网荷的协调友好，并为风机层提供决策与优化指导，同时为集群层提供信息与高级应用支持。集群层是智能风电系统的顶层管控单元，集群层由智能风电场集群而成，可以包括同一区域或不同区域的不同时间和不同空间尺度下的多个智能风电场的电力系统和网络系统的耦合。该集群层可以部署高级应用支撑环境、计算资源弹性配置环境及管控一体化平台，以进行风场集群层面的全面在线分析与监控和在线报警与远程故障诊断，为风场层和风机层提供智能运维和安全管控。集群层通过远程控制、远程诊断以及运行控制等功能，可以准确获取不同区域的不同风电场的生产运行过程和设备的故障信息，并及时上传至智能控制系统，以为决策分析提供准确可靠的数据支持，集群层接受并执行管控一体化平台的控制命令，并将相应的控制指令传输到不同区域的风电场的指定风电机组，从而进行所有场站的智能化运维与管理。

其中，高级应用支撑环境可以包括开放应用控制器、高级应用服务器和实时/历史数据库等。开放应用控制器可以为智能控制系统提供实时性强、可靠性高的运行环境，并提供模块化编程环境和更复杂的运算支撑及面向第三方用户开放的操作环境。高级应用服务器可以为可组态、可移植性的功能。高级应用服务器能够进行多目标优化控制、协调优化控制、智能决策和智能故障诊断等功能的扩展。计算资源弹性配置环境可以包括根据功能应用需求自定义的机器学习和人工智能算法以及根据所述风电场的数量及软硬件基础设施配置的边缘计算、雾计算和/或云计算。

智能服务系统可以包括智能安防、智能调度管理、决策支持、精细化管理、安全管控、功率预测、虚拟检测以及三维可视化等智能服务模块或系统。该智能服务系统以大数据和云存储为基础、信息安全防护系统为保障，可以用于进行风机层、风场层和集群层设备的精细化服务。具体地，该智能服务系统可以获取并整合智能风电系统的风电生产运行数据、生产管理数据、新增智能设备监测数据以及智能控制系统数据等数据信息，并结合电网环境、集团管控和市场交易，提供智能安全功能、智能管理功能和智能服务功能，为智能风电系统的安全、高效和可靠提供一体化信息平台。其中，智能安全功能主要包括智能检测、两票管理和智能安防等功能，用于进行风电设备与人员的安全管控，以保障全场安全稳定运行；智能管理功能可以包括物资管理、经营决策以及健康管理等功能，用于进行不同风电场之间的物资、人员和机器设备的协调优化，以保证各个风电场运行管理过程的精细化、高效化和利益最大化；智能服务功能可以通过大数据平台和三维可视化应用等关键技术，基于功率预测、移动应用和专家系统等手段，为智能风电系统的运行、检修和管理提供决策支持。

信息安全防护系统可以通过大数据和云存储等技术为智能风电系统的管控一体化平台、智能控制系统和智能服务系统提供依托平台。该信息安全防护系统可以包括网络边界防护层、综合防护层以及智能防护层。通过建设网络边界防护、综合防护和智能防护三个功能层面，可以保证智能风电系统的高效性、安全性及可靠性。其中，网络边界防护层在智能控制系统与智能服务系统之间采用网络设备、安全可靠的硬件防火墙装置或物理隔离装置，风机层、风场层和集群层及任意两家设备之间采用纵向机密认证装置，实现双向身份认证、数据加密和访问控制，以达到电力二次系统安全防护的“安全分区、网络专用、横向隔离、纵向认证”的安全要求。综合防护层采用安全审计、网络态势感知、入侵检测、主机加固、系统软件加固、主备冗余、备份容灾以及恶意代码防范等多种手段，建设涵盖物理安全、恶意代码防范和入侵检测等多个方面的综合防护系统，并进行“事前预警”、“事中报警”和“事后溯源”的安全管理，实现全生命周期的综合安全防护管理；智能防护层可以基于大数据、人工智能和云计算等技术手段，建立安全大数据平台、知识库管理平台、云计算安全管理平台和网络安全态势感知平台等全方位功能结构，以提升智能风电安全防护的智能化水平。

在本发明实施方式提供的智能风电系统中，通过以大数据、云存储和物联网为数据平台，集成智能传感与执行、智能控制与优化以及智能管理与决策等技术为支撑，管控一体化平台为核心，采用智能控制系统、信息安全防护系统和智能服务系统的智能化横向分区的分布式架构，可以实现风电系统的智能生产与安全管控，并及时、全面地掌握集团级和/或区域级的风电生产运行情况，提高风机的可利用率、降低设备的故障率与停机时间，提高诊断与决策响应速度，提高风电场的经济性和安全性，降本增效，实现“少人值班、无人值守”的智能化运营。在采用本发明实施方式提供的智能风电系统的方案进行智能风电场的规划、设计、调试、运行与维护时，可以形成一种具备自感知、自学习、自适应、自寻优及自诊断等功能的智能发电运行控制管理系统，从而实现更加安全可靠、经济高效、清洁环保和灵活智能的风电运行控制和风电生产管理。

以上结合附图详细描述了本发明的可选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施方式的技术构思范围内，可以对本发明实施方式的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施方式的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施方式对各种可能的组合方式不再另行说明。

本领域技术人员可以理解实现上述实施方式所包含的方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器(processor)执行本发明各个实施方式所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施方式的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (9)

1.一种智能风电系统，其特征在于，所述智能风电系统基于数据平台和技术支撑平台采用横向分区的分布式结构，并包括：

智能控制系统，用于对所述智能风电系统进行运行监测、远程监控、状态评估、故障诊断以及智能控制，该智能控制系统包括风机层、风场层和集群层，并部署实时控制与优化算法模块，对所述风机层、风场层和集群层的设备进行智能管控，其中所述集群层为所述风场层和所述风机层提供智能运维和安全管控；

智能服务系统，用于获取所述智能风电系统的数据信息，并基于所述数据信息为所述风机层、风场层和集群层的设备提供智能安全功能、智能服务功能以及智能管理功能；以及

信息安全防护系统，包括网络边界防护层、综合防护层以及智能防护层，用于对所述智能控制系统和所述智能服务系统进行信息安全防护，其中，

所述网络边界防护层在所述智能控制系统与所述智能服务系统之间采用网络设备、硬件防火墙装置或物理隔离装置，并在所述风机层、风场层和集群层的设备之间采用纵向机密认证装置，以实现双向身份认证、数据加密和访问控制；

所述综合防护层包括以下方面的防护：物理安全、恶意代码防范、入侵检测、主机加固、系统软件加固、主备冗余、备份容灾；

所述智能防护层包括安全大数据平台、知识库管理平台、云计算安全管理平台、和网络安全态势感知平台，以提升风电安全防护的智能化水平。

2.根据权利要求1所述的智能风电系统，其特征在于，所述智能风电系统包括管控一体化平台，所述管控一体化平台采用分布式部署，横跨所述智能控制系统、所述智能服务系统及所述信息安全防护系统，并管控所述智能控制系统和所述智能服务系统。

3.根据权利要求1所述的智能风电系统，其特征在于，所述数据信息包括以下至少一者：风电生产运行数据、生产管理数据、智能设备监测数据以及智能控制系统数据。

4.根据权利要求1所述的智能风电系统，其特征在于，所述风机层在智能风电机组的基础上，采用数据平台及智能传感设备，对所述智能风电机组进行感知采集、边缘计算和智能调节，并为所述风场层和所述集群层提供数据支持。

5.根据权利要求1所述的智能风电系统，其特征在于，所述风场层包括风电场，所述风电场包括智能风电机组、汇集线路以及主变压器，所述风场层用于对所述风电场进行实时监控、能量管理、故障诊断、自动发电控制以及电压控制，并为所述风机层提供决策与分析，为所述集群层提供高级应用支持。

6.根据权利要求1所述的智能风电系统，其特征在于，所述集群层包括由多个所述风电场组成的风场集群，并部署高级应用支撑环境、计算资源弹性配置环境及管控一体化平台，以用于所述风场集群层面的在线分析与监控、在线报警以及远程故障诊断。

7.根据权利要求6所述的智能风电系统，其特征在于，所述高级应用支撑环境包括：开放应用控制器、高级应用服务器、实时数据库和历史数据库。

8.根据权利要求6所述的智能风电系统，其特征在于，所述计算资源弹性配置环境包括：根据功能应用需求自定义的机器学习和人工智能算法以及根据所述风电场的数量及软硬件基础设施配置的边缘计算、雾计算和/或云计算。

9.根据权利要求1所述的智能风电系统，其特征在于，所述智能风电系统以大数据、云计算和物联网为数据平台，所述数据平台用于所述智能控制系统、所述智能服务系统以及所述信息安全防护系统之间进行数据信息通信与数据更新。