海上风电电气一体化平台设计与运用

丘善荣

摘要：海上风电电气一体化平台设计与运用是研究中心，首先对设计的内容与重要性进行分析，其次是总结一体化平台设计的难点，最后是制定完善的设计方案，及时完成一体化平台设计工作，目的在于提高一体化平台设计质量，取得理想的运用效果。

关键词：风电电气;一体化平台;数据库设计;架构设计

海上风电电气一体化平台设计与运用，是落实一体化设计理念与海上风电电气现代化、智能化发展的重要基础。电气一体化平台的设计，初步发展集中在欧洲，经过不断发展与研究，国内关于海上风电电气一体化与的研究力度加大，同时着重对设计与运用影响因素等进行剖析。海上风电作为一种可用的新能源，如果能够全面发展的话，将大大减轻该问题导致的不良影响。然而对于发展海上风电，我国现在仍处于初步阶段，在前期预可研以及可研等阶段，存在很多典型工序，计算量大且重复率高，人工计算需要多部门协调运作，所需工时较多，导致海上风电的发展缓慢。并且对其中的不利因素进行规避，科学调整海上风电电气一体化平台设计与运用成本，将运用效率提高。

一、海上风电电气一体化平台设计内容以及重要性研究

海上风电电气一体化设计，核心在于将风电电气相关机组打造成一体化的结构形态，做到各类机组、支撑结构等，综合外界风况变化以及海床等环境条件，统一完成模拟分析，并及时进行校核，以此来实现迅速、高效的风电电气运行[1]。通过一体化平台的设计，及时对受力状况作出全面评估，并且保证风电电气设备运行安全，完善设计方案，进一步对海上风电电气一体化的设计以及应用信心增强，拓展设计优化空间，及时对设计细节进行完善，并且协助海上风电电气结构降低成本与能量消耗[2]。

以某海上风电电气机组为例展开模拟测算，同时对比基础分离迭代以及原有机组结构，对风电一体化平台的设计展开全面性剖析与优化，具体结构设计详见表1。结合表1可以发现，为了实现海上风电电气运行效率提高，一体化设计是必然选择。

二、海上风电电气一体化设计难点

海上风电电气一体化设计过程中，机组设计以设计院为主，供应商协助下，完成基础设计，虽然在一定程度上做到了一体化设计，但是还没有真正实现。全面实现一体化设计，存在一些设计难点，加上设计标准没有实现一体化，客观因素干扰等，无法做到对动态荷载进行完整提取，这方面还需不断努力。具体海上风电电气一体化设计难点总结如下：

（一）一体化设计标准方面的难点

海上风电电气类型众多，结构复杂，设计中需要注意的关键点也比较多，因此设计标准方面是一体化设计实施的难点之一。当下风电机组在开展设计工作期间，所涉及到的国标标准为IEC61400系列，同时港工设计标准同样会约束基础设计内容，尤其是JTJ215、JTS167-4。基础设计方面国标标准针对一体化设计情况，以整体设计为实施方向，将所有设计要求明确。但是设计标准中，存在部分指标以及要求与港工设计标准相冲突或者重复，如此一来就会为一体化设计的实施带来困扰[3]。

如一体化设计中的极限载荷设计环节，国际标准下安全系数为1.35，但是港工标准下安全系数则设定在1.4-1.5，基础设计实施就需要加大对这方面的研究力度，选择适合的安全系数范围，不仅设计步骤增加，而且基础成本也明显提高。为了进一步推进一体化设计的落实，当前海上风电电气的研究，加大了设计标准的优化调整，尤其是统一化方面，针对风电电气设计发展需要，打造专属设计标准，从而将风电电气设计束缚打破。

（二）建模方面存在的难点

建模作为一体化设计的重要组成，建模设计中，同样因为各方面因素的影响存在一些难点。一体化设计是以风电机组为载体，结合基础设计需要，协调好外部环境，打造整体化结构模式[4]。这期间就会涉及到具体的结构标准以及外界动态条件等。及时展开整体建模，利用仿真设计要求，为一体化平台的设计做好准备工作。建模工作是激发动力学对机组运行与一体化作用的关键，关系着整体化的设计与科学调整，为风电电气一体化设计升级提供帮助。风电电气项目大力开展一体化建模设计，但是却忽略了建模仿真处理，导致一体化设计中出现主体分离的情况，为一体化平台的应用带来困扰[5]。当前科学技术与研究能力等不断提高，加上设计院积极创新并落实合作模式，研究力量逐渐集中，全局优化越来越受到重视。在这种情况下，积极突破建模方面存在的阻碍，经过持续深入研究，为风电电气一体化平台的设计与运用创造有利条件[6]。

三、海上风电电气一体化平台设计与运用

海上风电电气一体化平台设计与运用中，主要涉及到基本平台介绍、架构设计运用、功能设计运用、数据库设计运用等内容。

（一）基本平台设计与运用研究

结合海上风电电气创新设计要求，一体化平台中主要包括以下几方面设计与拓展内容：

第一，及时对设计过程进行流程化处理。尤其是前期一体化平台设计中，采取流程化管理的方式，根据电气接入系统为着手点加以分析，随后展开一次、二次计算研究，再次是讲分析的内容迅速生成报告，最后是完成校核以及批准[7]。

第二，计算过程科学优化创新，并实现软件化运行。风电电气一体化平台设计中，很多数据都经过计算所得。传统计算方法不仅计算缓慢，而且精准性比较低。基于此一体化平台设计中，利用软件对计算内容迅速处理。通过模块化设计，需要计算期间及时输入计算模块，软件运行得到计算结果并输出。

第三，设计结果通过有效手段实现可视化。以风电电气一体化平台布局为前提，平台运用中，升压站的运行，输电与集电系统应用中所涉及到的路径选择以及拓扑连接等，所有过程与结果都通过可视化的方式加以展现。为一体化平台的运用提供了管理与监督方便。

第四，数据设计与管理中实现统一化。一体化平台设计与运用，本身数据基数大，加上更新的数据频繁增加，统一化管理是基础设计必须关注的内容[8]。機组数据、运行数据、流程数据、结果数据都是统一化管理的重点，以统一化数据管理去实现一致性。

（二）架构设计与运用研究

架构的设计组成，包括B/S软件与C/S软件，其中B/S软件运行基础为浏览器，C/S软件运行基础为客户端服务器。其中B/S架构设计，核心内容为浏览器、服务器，浏览器对少量数据加以运行，服务器则对大量数据加以运行，积极打造成三层架构的形态，运行条件非常简单，Web浏览器即可满足[9]。该架构设计与运用中，浏览器会通过显示逻辑，将庞大客户端进行浓缩处理，降低客户端所面临的风险与减轻压力。实际应用中，具有安装方面、数据压缩等优势，当然也存在一些局限性。首先是设计成本方面，速度、安全性等模块消耗较多;其次是交互模式方面，频繁将页面刷新。需结合一体化平台建设要求，及时对此架构进行优化。

C/S架构的设计，以两层架构为主，核心为客户端与服务器端。其中服务器端又被划分为数据库服务器端与Socket服务器端。客户端则以应用程序为主，但是不局限于单个程度。Socket会以服务端作为载体，及时联系到客户端，创建通信传输系统，迅速传输数据。该架构为基数比较大的客户端类型，通过业务逻辑的方式，规划出不同的界面同时展示。当然因为风电电气一体化平台运行数据多，所以也需要承受信息处理的压力。尤其是数据库与架构交互期间数据猛增，这种情况就需要增设存储系统，拓展数据存储空间，实现持久化数据处理。该架构在应用中优势在于操作丰富，界面多元化，并且安全性高。局限性则体现在交互单层化，业务处理时间长。

一体化平台设计中，综合两种架构的应用优势，打造复合型架构模式，改善两种架构中的不足，将复合型架构作用发挥到最大化。

（三）功能的设计与运用研究

功能的设计以及运用，以一体化平台运行标准为基础，选择适合的登录方式，迅速进入对应的界面。这里需要注意，登录方式与界面都比较多元化，为了便于区分与设计，以管理端、设计端的方式对平台划分。功能设计具体内容如下：

1、个人信息、系统、数据以及系统维护等管理端。个人信息中包括管理人员的权限，以密码修改与信息修改等为主。用户管理中执行的添加或者删除等命令属于系统管理内容，同时角色管理、权限分配等也是系统管理内容。数据管理方面为一体化平台运行的所有数据，特别是风电电气机组运行数据，数据的整理、分析、查询以及删除等，是主要数据管理权限。系统维护功能体现为数据存储、备份、恢复等方面，确保一体化平台正常运行。

2、数据查询、信息查询、方案对比、项目新建以及删除等设计端。其中数据查询方面，协助平台完成所有数据查新工作，并为管理方案的优化与完善提供参考。项目查询方面，除了基本设备查询之外，还包括图片、文件等资料查新，通过导入按钮将需要的信息或者文件等下载。查询功能还涉及人员信息方面的查询。项目管理中包括新建、删除、状态标注、日志等内容。新建与删除项目环节设置中，所有权为项目负责人。项目状态包括四种，其一是开始;其二是暂停;其三是终止;其四是结束。项目日志主要是对项目所有运行情况与变化状态等进行记录。除此之外资料的查新，项目的选择等也是重要设计内容。人员分配中，一次设计、二次设计都需要根据项目需要完成人员分配，针对性地负责相关工作。

（四）数据库的设计与运用

数据库设计中，基础数据库、项目数据库是关键组成。其中基础数据库设计中，首先是对权限管理数据处理结构的设计，根据项目管理对象为基础，设定对应的管理权限。基本表的设计，分为用户表、操作表以及权限表，就用户信息与权限等进行分类统计。设备表的设计与运用，根据设备相关的信息，结构之前并不会互相干扰，同时又存在一些联系。项目数据库设计与运用中，核心为项目完整信息，根据项目信息归类并进行编号，随后对不同阶段的参数以及计算结果等进行标识、整合与分析，方便项目管理中对信息的查询，加快参数或者其他信息的定位，为数据库管理提供方便。

（五）二次开发扩展设计与运用研究

二次开发扩展设计方面，从整体性角度出发，作为一体化平台设计的一部分，主要协助平台对功能与空间等方面展开扩展。设计中需要注意，新的扩展模块必须由平台预留接口延伸出来，确保新的平台能够与一体化平台有效衔接。延伸扩展区域的功能应用体现出独立性特点，不会与其他平台扩展模块有耦合关系[10]。若其他模块信息需要输入到扩展模块，则通过一体化平台处理后，适当导入才能够符合扩展模块条件，并加以应用。数据扩展方面接口的预留与设计，分为创建、删除、存储、获取四个接口类型。权限控制扩展中，操作、权限、平台权限等管理接口都是设计重点。

结束语：

综上所述，通过对海上风电电气一体化平台设计研究可以发现，作为现代化与智能化发展的重要选择，海上风电电气一体化平台设计中，因为多方面因素的影响，所有在设计中存在一些难点。针对性解决难点基础上，从数据库、基础平台、二次开发扩展等方面深入完善设计，保证运行功能全面，为一体化平台的应用创造有利条件。

参考文献：

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[10]杨建军. 大型海上风电场开发对电气设计的挑战[C]// 中国水力发电工程学会电气专业委员会电气学术交流会. 2010.

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