上海成套院提供风电智慧场站技术解决方案

来源：中国能源新闻网 时间：2024-04-23 16:50

韩峰　方超

　　在中国“3060”目标以及“构建清洁低碳、安全充裕、经济高效、供需协同、灵活智能的新型电力系统”目标指引下，新一轮科技革命和产业变革正在加速演进。国家电力投资集团有限公司党组提出：要打造智慧化场站，争取到2025年智慧化水平走在国内前列；以“智改数转”推动集团公司存量提质、增量做优。

　　国家电力投资集团有限公司所属上海发电设备成套设计研究院有限责任公司（以下简称“上海成套院”）作为专业化公司，利用自身深厚技术积累和已有创新成果，以“可靠、安全、提效、降本”为原则，集合云计算、大数据、AI、物联网等数字化技术，研发风电智能体、风电智能运维与健康管理系统、风机叶片内部缺陷检查机器人、风电智能爬塔机器人，涵盖智能控制、智能运维和智慧运营，为风场提供智慧场站技术解决方案，可以有效提升风场的安全管理水平和效率，以数字化、智能化助推绿色低碳发展。

智能控制：基于深度智能控制优化的风电智能体

　　上海成套院自主研发的风电智能体“成风一号”采用人工智能技术，通过融合运行机理和数据驱动的风电机组运行数据采集、分析、建模与寻优智能算法，实现机组运行偏航误差自动识别校正，最佳桨距角、最佳叶尖速比等运行参数识别与修正，从而提高机组风能捕获效率，有效增加机组发电量，提升风电场站运营收益。此外，风电智能体可基于风电机组运行数据，进行最佳运行参数的持续跟踪，实现机组全生命周期内的智慧高效运行。

　　智能体“成风一号”主要有两大创新点：一是开发测风误差智能识别寻优控制算法，有效确认测风误差角度并在线自动实现寻优校正。二是开发桨距角和叶尖速比寻优控制算法，开展最佳桨距角和最佳叶尖速比自寻优，识别并反馈控制实现最优发电。

　　风电智能体先后在国家电投河南公司富风风电场及国家电投重庆公司五洞岩风电场开展挂机测试应用。其中在国家电投河南公司的挂机测试经整机商评测，测试期间增功比例2.92%。

智慧运营：风电智能运维与健康管理系统

　　上海成套院自主研发的风电智能运维与健康管理系统，通过融合机理分析、人工智能与工业互联网技术，实现风电机组健康状态监测、性能在线评估以及故障预警、辅助运维等功能，有效减少机组非停、降负荷和重大事故，帮助风电企业全面提高设备的可靠性及机组出力水平，降低运维费用和运维工作量，延长设备使用寿命，实现风电机组的统一健康管理，提升风电企业设备管理的精细化和智能化水平，助力智慧场站建设。

　　该管理系统有四大创新点：一是支持多源异构数据融合，配套全国产化软硬一体数据采集系统，全时全量采集，保证数据的一致性、完整性及有效性，筑牢智慧场站数据基础。二是涵盖了运行载荷计算分析、发电性能评估、整机健康状态评价、关键部件寿命预测以及AI故障预警等先进算法，全方位掌控风电机组运行状态。三是国内首创的基于北斗的塔筒监测与偏航优化技术，实现风机塔筒姿态监测，结合预测性维护，避免风机倒塔事故，并通过偏航优化提升机组发电量。四是基于光纤光栅的智慧叶片监测技术，实现对叶片损伤、覆冰、叶片载荷及叶片平衡等状态实时监测，并帮助运维人员提前发现叶片法兰处螺栓断裂和松动现象。

　　该系统能够改变计划检修和被动故障处理的常规管理模式，实时掌握全场风机的整体情况，基于主要矛盾和演化趋势，有效地指导现场进行预防性、针对性设备管理，提升机组利用率约1%。同时，提高实际功率曲线与保证功率曲线的符合度，提升机组的发电量不低于2%，为风场带来经济效益。

　　风电智能运维与健康管理系统委托江苏省可再生能源行业协会进行了鉴定，认为项目科技成果整体达到国际先进水平。系统已在国家电投集团滨海头罾和滨海振东风电场实现示范应用，每年产生的经济效益超过500万元，获德国经济与环境气候保护部授予创新能效项目奖。

智能运维：风机叶片内部缺陷检查机器人

　　上海成套院自主研发的叶片内部检测机器人采用高清内窥摄像装置、红外摄像装置、激光测量等多样化检测手段对叶片内部的鼓包、褶皱、脱胶、裂痕等缺陷进行全方位检测，运用基于人工智能（AI）算法的深度图像识别技术对采集数据进行处理，准确识别叶片内部缺陷，并对缺陷进行精准定位，大幅提高叶片检查效率和缺陷定位精准度。主要应用于叶片出厂检测和日常运维中，根据现场实际情况高效合理化使用。

　　主要创新点，一是可根据场景需求，使用多样化检测手段对叶片内部缺陷进行全方位检测；二是建立了叶片内部健康评估数据库，实现故障早期预警，及时消除隐患，提升机组的运行可靠性和本质安全水平。

　　2023年7月中旬，在青海黄河某风电场完成了风机叶片内部缺陷检查机器人的实地测试，智能识别出多台风机的透光、褶皱、缺胶等多种缺陷，可以有效替代叶片内部人工巡检。

智能运维：风电智能爬塔机器人

　　风电智能爬塔机器人采用模块化封装技术、陀螺仪车身稳定技术及铰链结构设计，包含清洗模块、无损检测模块、打磨模块及补漆模块四部分，能够解决人工高空作业存在的危险性高、成本高及效率低等共性问题，助力风场智慧运维，减少风场人工投入，降低风险，提高维检效率。

　　机器人机身创新性采用铰链结构设计，使机器人可有效贴合非完全垂直曲面；采用高性能磁性模组和陀螺仪技术，实现机器人在曲面塔筒表面的可靠吸附及直线行走；清洗功能采用“高压水/蒸汽+污水回收+过滤重复利用”模式，实现对顽固油渍的有效冲刷，污水回收率超过80%；检测模块利用先进TOFD超声检测技术，在耦合水作用下，可有效探测塔筒焊缝缺陷，且无须打磨壁面原有油漆。

　　2023年8月，风电智能爬塔机器人在国家电投内蒙古公司电力分公司D厂开展示范应用，完成6台机组的清洗、打磨、补漆及焊缝检测等测试工作。

　　上海成套院坚持创新驱动、科技先导，以创新技术能力为支撑，以客户需求为导向，不断通过新产品、新技术、新能力，提供智慧风场一体化技术方案，为国家电投集团公司智慧场站建设贡献更多力量。

责任编辑：杨娜