0 引言
经过近二十年的高速发展，截止2023年底，我国风电装机容量达到4.4亿千瓦，占全国发电总装机容量的14.4%，成为新型电力系统中举足轻重的一环，然而，当前国内大部分风电场站仍然采用现场值班、就地巡检、故障检修的运维方式，这种运维方式从传统火电衍生而来，从技术层面上看这种方式实现了对主要设备和关键参数的监视、监控和调度，能够满足安全生产的基本要求；从管理层面来看，现场驻守运行人员、检修人员和安全管理人员可以保障场站的基本运行、检修维护、巡视巡检和安全管理，也能够保证电站的正常运行。但是，这种模式下的新能源场站运维工作高度依赖场站人员的技术能力、身体素质和职业素养，运维自动化、智慧化程度低，影响运维工作的效率和质量；其次，依靠传统报表开展数据统计工作，缺少大数据分析工作，场站海量生产运行数据无法发挥价值；另外，现场运维人员及大量外委工作人员的安全管理工作存在较大风险，现场安全管控难度大。综上所述，当前的生产运行模式无法进一步提升场站安全管理水平和经济运行效益，不符合构建新型电力系统的大方向。
随着数智化技术的日益成熟，通过一系列智改数转技术手段，构建现场状态全面感知、现场数据全量传输、人工智能辅助决策、可靠安全降本增效的新型智慧场站成为可能，打造“集控运行、区域维检”的管理模式，可以大幅减少场站运维人员数量，提升风电场设备可靠性，提升本质安全水平和综合经济效益。
1 研究范围及数据来源
1.1 模型构建
以湖北某装机容量10万千瓦的风电场为研究模型，对比其智慧化改造前后相关指标。该风电场2016年投产，位于湖北某平原区域，由50台2MW风机组成，采用水平轴、三叶片、上风向、变桨距调节、全功率变流、永磁同步发电机的技术，额定功率2000KW；塔筒高度90米；一年期以上测风数据显示90米区域，平均风速4.8m/s，风功率密度153W/m2，年可利用小时数2048小时，该风场自建110KV出线17公里，并入县城附近变电站，理论年发绿电2.048亿度。
1.2 改造前数据（2022年）
用工：该场站运维采用三班两倒制，每班配备运行人员4人，共计12人；配备检修班4人；配备场站长1人；司机1人；厨师1人；保安2人；总计21人。
设备治理水平：目前，该风场已投运8年，出质保期后设备维护水平下滑，设备可靠性有所下降，故障停运台数和故障停运时间近年来有所增长，全年风机故障停运1440台.h，故障损失电量约150万kwh；年维修费用700万。
发电量：场站设计年利用小时数2048小时，理论上年发电量2.048亿度，但随着设备可靠性逐步降低，不考虑弃风和风资源波动影响，年利用小时数近两年有所下滑，以2022年为例年利用小时数为2004小时，发电量为2.004亿千瓦时。
管理费用：场站自有员工17人，员工平均薪酬18万/人，合计306万/年；外聘员工4人，外聘员工薪酬8万/人，合计32万；现场车辆维修、保养、油费30万/年；员工伙食费22.5万/年；员工住宿、水电费5万/年；办公耗材6万/年；全部管理费用合计401.5万。
劳产率：湖北省火电标杆电价0.4161元/千瓦时，但本项目为补贴项目，电价为0.92元/千瓦时（含税），按照2022年度发电量2.004亿千瓦时计算，发电收益1.8436亿元，按照21人计算，劳产率为878万元/人。
调度考核：场站目前已投入AGC、AVC、SVG并部署有风功率预测系统，参与调峰和无功补偿，但风功率预测准确性不足，加之部分风机非计划性停运，2022年两个细则考核约为结算电费的1.7%，考核费用约313万元。
1.3 场站智慧化改造项目
智慧新能源场站是指以“提升设备本质安全、提高场站运营管理水平、改善员工生活环境”为目标，采用可靠、先进、经济、实用的智能设备，应用新一代信息和通讯技术、人工智能技术、监测和控制技术对新能源电站进行全面监控和运行优化，实现远程监控集中化、区域维检集约化、平台运行智慧化，最终具备全站状态实时感知、故障隐患精准预警、现场作业机器替代，全域数据互通共享、设备资产可靠运行、人机信息友好交互、产销一体以企业经营智能决策为核心等特征的新型数字化新能源场站。
对该风场实施智慧化改造的具体内容包括：部署电力调度专线、升压站门禁及周界安防系统、风机自动消防系统、升压站控制室二次舱一次仓自动消防系统、重要设备视频巡视系统、主机设备在线监测系统、环境监测系统、风功率预测系统、激光雷达偏航校正系统、轨道机器人系统等，通过上述数智化技术的部署，现场设备调度权归属区域集控中心，现场设备运行数据、重要设备监视数据、消防监测数据、安防监测数据、自动巡检数据全部接入区域集控中心，取消现场值班监盘工作、取消现场巡检工作。
表1.智慧化改造项目及效果
1.4 智慧化改造后数据（2023年-2024年）
用工：智慧化改造后，取消现场运行监盘人员；维护人员按照区域化管理，不再按照场站配置，根据维修工单赴场站消缺；区域维检中心维修班组人员6人，管理三个场站，均摊2人；现场保留2名安保人员；用工人数由之前的21人，减少到4人。
设备治理水平：改造后，CMS数据预警主站对传动链中的关键部件（主轴、齿轮箱和发电机）进行亚健康的识别、诊断及早期故障预警，提前干预，避免异常发展为故障；设备视频巡视系统、轨道机器人巡视系统、一次设备在线智能监测系统、无人机巡视系统的在线或定期巡视，及早识别预警和干预，大大提升了设备可靠性，全年风机故障停运降为528台.h，故障损失电量约55万kwh；年维修费用由700万元降为300万元。
发电量：通过激光雷达提前感知风机前方来流风速信息，得到风轮前风轮面等效风向，再与风轮后实测风向对比求得对风系统偏差，用于修正机组精确对风，AEP提升范围一般在0-2%，增加 1%发电量；CMS数据预警主站提前识别故障，避免非计划性停机，挽回电量10h/台·年，两项合计，在不考虑风资源变动及弃风的情况下，发电量提升300万度。
管理费用：场站自有员工2人，员工平均薪酬18万/人，合计36万/年；外聘员工2人，外聘员工薪酬8万/人，合计16万；分摊维检中心车辆维保、油费10万/年；分摊维检中心员工伙食费7万/年；员工住现场宿舍，水电费0.4万/年；分摊维检中心办公耗材1万/年；全部管理费用合计70.4万。
劳产率：按照0.92元/千瓦时电价，改造完成后第一年，发电量2.034亿千瓦时计算，发电收益1.871亿元，按照4人计算，劳产率为4677万元/人。
调度考核：利用大模型技术进行现有集中功率预测平台升级改造，大尺度环流形势场、台风路径明显提升20%，D+3以上中长期天气预测准确性提升10%，加之设备治理水平提升，设备可靠性增加，有效降低《两个细则考核》，测算年度减少考核值120万度，减少考核费用110万元。
2 数据分析
从设备治理水平、发电量、用工、管理费用、劳产率、调度考核六个方面对数据进行分析对比如下：
图1六大主要指标对比柱状图
表2六大主要指标变动幅度
从图标可以看出，在对比的六个维度里，改造前后变化比较大的是用工人数、维护费用、管理费用、劳产率，分别减少81%，减少57%，减少82.4%，增加432.7%；有较大影响的是调度考核，减少35.1%；对发电量提升不明显。
该风场智慧化改造总计投资340万元，但改造后设备维护费用减少400万元；发电量增加300万度，增加电费收益276万元；用工、车辆、住宿等减少开支，管理费用压降331.1万元；因功率预测准确性提升，设备可靠性提升等因素调度考核降低110万元；间接增加收益总计1117.1万元。
3 结论
从分析可以看出，对存量风电开展智慧场站改造，打造“集中监控、区域运维、智慧场站、产销一天”生产管控模式，促进组织集约化和资源平台化，可以有效优化风电场运行管理、维检管理、经营管理的模式和标准，推进设备智能化，对于提升场站数智化管理水平，提升设备可靠性，提升员工幸福感，实现场站效益提升和管理能效提升有明显帮助。
参考文献
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