前言

風能是一種可持續的清潔能源，有可能幫助滿足世界不斷增長的能源需求，是世界上增長最快的可再生能源之一。風能對于實現“雙碳”目標以及低碳能源體系轉型至關重要。風電產業是我國的新興產業之一，在政策和市場需求雙重驅動下，全國風電產業實現了快速發展，已經成為我國新能源體系中的重要組成部分。

建設背景

市場背景

中國風電存量市場近幾年的累計增幅較大，每年新增裝機規模不斷提升。據統計，中國風電市場累計裝機容量從2016年的168.7GW增長到2022年的395.6GW，年復合增長率為15.3%;其中，陸上風電市場累計裝機規模從2016年的167.1GW增長到2022年365.1GW，年復合增長率為13.9%;海上風電市場累計裝機規模從2016年的1.6GW增長到2022年的30.5GW，年復合增長率為63.4%。

政策背景

2022.06.《“十四五”可再生能源發展規劃》，優化近海海上風電布局，開展深遠海海上風電規劃，推動近海規?；_發和深遠海示范化開發，重點建設山東半島、長三角、閩南、粵東、北部灣五大海上風電基地集群。

2022.08.《加快電力裝備綠色低碳創新發展行動計劃》，重點發展8MW以上陸上風電機組及13MW以上海上風電機組，研發深遠海漂浮式海上風電裝備。重點研發海上風電柔性直流送出和低頻送出、交直流混合配電網系統、開關電弧、設備長期帶電可靠性評估等技術。

2022.09.《能源碳達峰碳中和標準化提升行動計劃》，加快制定海上風電開發及多種能源綜合利用技術標準，依托海上風電基地建設，設立標準化示范工程，充分發揮國家新能源實證實驗平臺的作用。

2023.06.《新型電力系統發展藍皮書》，在堅持生態優先、確保安全的前提下，結合資源潛力持續積極建設陸上和海上風電、光伏發電、重點流域水電、沿海核電等非化石能源。

2023.06.《風電場改造升級和退役管理辦法》，統籌推進風電場改造升級和退役管理工作，鼓勵技術進步，提高風電場資源利用效率和發電水平，推進風電產業高質量發展，助力實現碳達峰碳中和。

建設目標

海上風電場智慧化，是提高海上風電場運行水平和效益的現實需要。本設計遵循結構化、標準化、模塊化、集成化，規劃了智慧海上風電場的架構體系，達到海上風電場運維平臺各子系統之間的數據共享、互通互動。建成一套統一管理、分級控制的智慧海上風電場綜合管理平臺，形成功能完善、反應快速的數字化運維體系,實現海上風電場設備、資產的智慧化監控與管理，為覆蓋項目設計、基建、運營的全生命周期過程。

系統概述

“智慧海上風電場”是指以數字化、信息化、標準化為基礎，采用大數據、物聯網、可視化、數字孿生等新技術，主要涵蓋安全管控、建設管理、運維決策、一體化監控等板塊。把傳統海上風電場中無感知、無思想的設備、系統，孕育成智能感知、智能運維、智能控制、智能決策的全新海上風電場。

需求分析

三維模型場景

系統基于WebGL標準下的B/S框架，前端采用HTML5+JavaScript技術作為前端研發基礎，進入Sovit2D/Sovit3D可視化平臺后，結合真實世界建立三維場景(也可上傳背景圖)，在線拖拽資源庫中的風機、升壓站、設備等組件，配置顏色、動畫效果，直觀、可視化呈現海上風場運行狀態。通過對場景進行放大、縮小平移等操作查看場景效果和細節。并將環境參數、實時發電指標、節能減排信息等數據接入 2D 面板，便于運維人員對整個風電運行的有效掌控。

全局信息概覽

展示海上風電場運維中心及風電場總體生產運營信息，包括環境情況、實時指標、機組狀態、環境參數、發電統計、風機數量等信息。

智能設備管理

智能設備是智慧海上風電場的數據基礎。智能裝置是智能設備層的基本元素，應使用標準通信接口和協議，實現數字化監測和網絡化控制;應具備就地綜合評估、實時狀態報告、故障診斷等功能。

·智能風機

在風機上采用先進的狀態監測、數據分析、智能控制技術，使機組準確地感知自身和外部環境，建立數據監測、異常告警機制，智能鎖定故障位置。為風機匹配機械傳動鏈、塔筒、基礎、槳葉以及重要的螺栓載荷等重要元部件的狀態監測，實現對機組參數漸變、突變事件的智能化故障預警與診斷。

·智能海纜

海底電纜是海上風電場電能傳輸的關鍵部件，海底電纜的事故將導致極大的損失。有必要實時監測海纜的溫度和應力變化。借助海纜中的光纖線芯，通過對接光纖分布式傳感新技術，判斷電纜是否受損及周圍環境是否發生變化，并對海纜異常進行報警和定位。

·智能升壓站

海上升壓站平臺在運行過程中受到海水沖擊腐蝕等環境影響，其結構安全性會降低，有必要通過在線監測并存儲主要結構件的關鍵安全參數，評估并判斷海上升壓站的結構是否在安全限值內，發現早期安全隱患，避免出現問題。

電氣監控管理

在陸上集控中心內實現對海上風電場電氣部分(陸上集控中心、海上升壓站電氣設備)的統一監控，作為全場電氣設備數據的集散中心，建立與電力調度中心的傳輸通道，完成海上風電場遠動信息上送，并接受調度中心的調度指令(包括AGC、AVC控制)，完成電氣設備五防功能。

安全巡檢管理

鑒于海上風電場水域大、環境復雜、維護難，在海上升壓站、配電室等主要區域，融合遠程巡檢機器人的室內定位坐標，實現 1：1 場景還原的智能巡檢系統，結合物聯網、三維建模等技術，實現巡視機器人當前狀態數據展示，巡檢攝像頭實時監控信息回傳，從管理、安防、節能、隱患排查等多維度對海上風電場實施動態監控及預警。

視頻監控管理

根據風電場監控攝像頭分布情況，在三維場景中設置視頻監控點位，以攝像頭圖標展示其位置。支持場景交互來調取相應監控視頻，對異常目標的自動抓拍、抓攝和留存，出現異常警告時，監控點位會有聲光報警效果。滿足運維人員對場景進行實時態勢感知、歷史數據回溯比對、應急處理預案等監測需求。

電子圍欄管理

風電水域電子圍欄一旦有非法入侵時，智能跟蹤球機立即自動跟蹤現場目標，并在現場和監控中心發出聲光報警。通過對接船事系統可獲取到施工船只、漁船、非法入侵船只等相關信息，結合入侵時間、離開時間，可實時定位船舶位置(經度及緯度)和繪制歷史軌跡，提高監控管理效率。

環境監測管理

實時測量并顯示風速、風向、氣溫、相對濕度、氣壓;并對作業海區未來7天的天氣現象、氣壓、風向、風力、氣溫、浪高、能見度等要素進行預報，安排預警和預處理方案及出海作業策略。

基建智能管理

海上風電場在施工中存在環境負責、安全隱患多、危險性大等問題，建立實用有效海上風電場智慧基建管理系統，基于三維可視化技術展示施工進度，通過對接施工進度數據接口，實現場景內風機搭建全過程實時狀態展示，并輔以施工計劃，包含時間、施工對象、船舶數與人數。便于分析施工過程中的各項指標，業務人員無須到現場即可通過平臺進行各方協調統籌。

智慧運維管理

依托物聯網傳感器，實時監控風電場風機、升壓站等設備的運行情況，為運營中心人員、現場維檢人員提供精準的預警、告警信息。檢修人員通過智能穿戴設備與監督人員進行實時交互。實現智慧維檢、安全管控，提高運維智能化水平。

智能預警管理

建立預警觸發機制，對風場設備、環境進行實時監控，在識別到后臺狀態數據時，將狀態以差異化的形式呈現在設備模型上，當設備狀態為異常時，系統將持續發出聲光報警，并彈出異常警報。并聯動視頻監控將鏡頭聚焦，展示報警設備詳情及位置，方便運維人員即時做出決策處理。

開發平臺

數維圖(SovitJs)應用自主研發的 Sovit2D、Sovit3D 產品，無縫融合 2D、3D 技術，搭建了一套3D 可視化智慧海上風電場大數據管理平臺。通過數維圖可視化開發平臺實現可交互式的 Web 二三維場景，基于多維感知、場景物聯、物信融合的技術理念，不斷豐富與完善海上風電場全面感知，實現設備設施智能巡檢、環境風險監測預警，助力集控中心生產調度，輔助決策和全局掌控。

建設價值

建設智慧海上風電場，實現海上風電場設備、資產的智慧化監控與管理，對提高風電場自動化水平和運維效率、降低運維成本、提高海上風電的徑濟和社會效益、提高抵御風險的能力具有重要意義。

系統交付

數字孿生智慧海上風電場可視化運維管理平臺基于B/S架構的Sovit3D三維可視化平臺開發設計，采用HTML5+JavaScript技術作為前端基礎，產品開發的二次代碼及項目源文件全部提供客戶，按需要可部署在云端，也可本地化部署。

審核編輯 黃宇