风电机组数字化感知与运行状态评估报告-中国华能_28页_7mb

海上风电数字化运维技术研究

研究展望目录

中国华能集团清洁能源技术研究院·华能海上风电技术研发中心

背景

3-4点海上风电气候条件恶劣，运维成本占总投资40%以上；我国海上风电技术成熟度偏低，设备故障率较高，停机损失大。亟需探索智能运维技术以提升经济性。

目前不足

1. 监测手段单一、范围不足且数据传输困难
2. 多物理场耦合研究不足，缺乏复杂系统模拟方法
3. 仍沿用事后运维模式，未建立智慧运维体系

数字孪生技术

数字孪生综合运用感知、计算、建模等技术，在软件定义下对物理空间实现描述、诊断、预测与决策。其技术路线基于虚实工业互联网映射，整合数据驱动模型与机理建模。

数字孪生系统架构

graph LR
    物理对象-->数字模型
    数字模型--数据采集-->BIM/VR/无人机传感器
    数字模型--数据存储-->分布式云技术
    数字模型--数据计算-->人工智能/云计算
    数字模型--指令执行-->智能终端控制
    数据基座<--多源数据-->SCADA/CMS/塔筒监测/海洋监测
    多源数据-->云边协同处理-->运行状态评估

风电机组监测方案

重点监测塔筒、叶根、机舱、传动链等部位，尚难实现叶片整体监测。现存问题：

• 点位有限：仅关注重点部件
• 参数单一：多为单一物理参数测量
• 缺乏表征：缺少多特征参量组合

数字化感知系统

通过运行状态实时监控，实现多源数据接入与异构数据融合。系统功能包括：

• 风机整体运行状态监控(SCADA数据)
• 叶片状态监测(振动/净空/结冰识别)
• 螺栓预紧力监测与预警
• 法兰面载荷反演分析

关键部件监测技术

1. 叶片监测

   • 载荷监测：多截面特性分析与信号相关性评估
   • 净空监测：高清摄像头实时测量叶尖距离
   • 音视频监测：CNN+SFT分析叶片异常状态

2. 螺栓监测

   • 声弹性原理解：超声波传播时间与应力关系
   • 有限元模型：建立螺栓应力与间距的关联

运行状态评估

采用人工智能技术整合SCADA/CMS等系统数据，进行：

• 模式识别：隶属度函数的模糊评价
• 多维诊断：健康度评估矩阵(正常/注意/异常/严重)
• 动态预警：传动链退化趋势预测与支撑结构DI指数分析

数据治理

基于华能新能源智慧运维中心架构搭建数据处理系统，整合：

• 设备监测数据(BIM/VR/无人机传感器)
• 运行参数(SCADA/CMS数据)
• 海洋环境数据(温度/盐度/冲刷)

研究展望

建立基于部件级数字模型的整机运行状态表征方法，通过关键机组运行状态特征传递实现全风电场低成本安全监测。重点发展方向包括：

1. 全场机组状态特性预测
2. 智慧运维体系优化
3. 数字孪生系统集成创新

来源：中国华能集团清洁能源技术研究院·华能海上风电技术研发中心