上海成套院提供風電智慧場站技術解決方案
來源：中國能源新聞網 時間：2024-04-23 16:50
韓峰 方超
在中國“3060”目標以及“構建清潔低碳、安全充裕、經濟高效、供需協同、靈活智能的新型電力系統”目標指引下，新一輪科技革命和產業變革正在加速演進。國家電力投資集團有限公司黨組提出：要打造智慧化場站，爭取到2025年智慧化水平走在國內前列；以“智改數轉”推動集團公司存量提質、增量做優。
國家電力投資集團有限公司所屬上海發電設備成套設計研究院有限責任公司（以下簡稱“上海成套院”）作為專業化公司，利用自身深厚技術積累和已有創新成果，以“可靠、安全、提效、降本”為原則，集合云計算、大數據、AI、物聯網等數字化技術，研發風電智能體、風電智能運維與健康管理系統、風機葉片內部缺陷檢查機器人、風電智能爬塔機器人，涵蓋智能控制、智能運維和智慧運營，為風場提供智慧場站技術解決方案，可以有效提升風場的安全管理水平和效率，以數字化、智能化助推綠色低碳發展。
智能控制：基于深度智能控制優化的風電智能體
上海成套院自主研發的風電智能體“成風一號”采用人工智能技術，通過融合運行機理和數據驅動的風電機組運行數據采集、分析、建模與尋優智能算法，實現機組運行偏航誤差自動識別校正，最佳槳距角、最佳葉尖速比等運行參數識別與修正，從而提高機組風能捕獲效率，有效增加機組發電量，提升風電場站運營收益。此外，風電智能體可基于風電機組運行數據，進行最佳運行參數的持續跟蹤，實現機組全生命周期內的智慧高效運行。
智能體“成風一號”主要有兩大創新點：一是開發測風誤差智能識別尋優控制算法，有效確認測風誤差角度并在線自動實現尋優校正。二是開發槳距角和葉尖速比尋優控制算法，開展最佳槳距角和最佳葉尖速比自尋優，識別并反饋控制實現最優發電。
風電智能體先后在國家電投河南公司富風風電場及國家電投重慶公司五洞巖風電場開展掛機測試應用。其中在國家電投河南公司的掛機測試經整機商評測，測試期間增功比例2.92%。
智慧運營：風電智能運維與健康管理系統
上海成套院自主研發的風電智能運維與健康管理系統，通過融合機理分析、人工智能與工業互聯網技術，實現風電機組健康狀態監測、性能在線評估以及故障預警、輔助運維等功能，有效減少機組非停、降負荷和重大事故，幫助風電企業全面提高設備的可靠性及機組出力水平，降低運維費用和運維工作量，延長設備使用壽命，實現風電機組的統一健康管理，提升風電企業設備管理的精細化和智能化水平，助力智慧場站建設。
該管理系統有四大創新點：一是支持多源異構數據融合，配套全國產化軟硬一體數據采集系統，全時全量采集，保證數據的一致性、完整性及有效性，筑牢智慧場站數據基礎。二是涵蓋了運行載荷計算分析、發電性能評估、整機健康狀態評價、關鍵部件壽命預測以及AI故障預警等先進算法，全方位掌控風電機組運行狀態。三是國內首創的基于北斗的塔筒監測與偏航優化技術，實現風機塔筒姿態監測，結合預測性維護，避免風機倒塔事故，并通過偏航優化提升機組發電量。四是基于光纖光柵的智慧葉片監測技術，實現對葉片損傷、覆冰、葉片載荷及葉片平衡等狀態實時監測，并幫助運維人員提前發現葉片法蘭處螺栓斷裂和松動現象。
該系統能夠改變計劃檢修和被動故障處理的常規管理模式，實時掌握全場風機的整體情況，基于主要矛盾和演化趨勢，有效地指導現場進行預防性、針對性設備管理，提升機組利用率約1%。同時，提高實際功率曲線與保證功率曲線的符合度，提升機組的發電量不低于2%，為風場帶來經濟效益。
風電智能運維與健康管理系統委托江蘇省可再生能源行業協會進行了鑒定，認為項目科技成果整體達到國際先進水平。系統已在國家電投集團濱海頭罾和濱海振東風電場實現示范應用，每年產生的經濟效益超過500萬元，獲德國經濟與環境氣候保護部授予創新能效項目獎。
智能運維：風機葉片內部缺陷檢查機器人
上海成套院自主研發的葉片內部檢測機器人采用高清內窺攝像裝置、紅外攝像裝置、激光測量等多樣化檢測手段對葉片內部的鼓包、褶皺、脫膠、裂痕等缺陷進行全方位檢測，運用基于人工智能（AI）算法的深度圖像識別技術對采集數據進行處理，準確識別葉片內部缺陷，并對缺陷進行精準定位，大幅提高葉片檢查效率和缺陷定位精準度。主要應用于葉片出廠檢測和日常運維中，根據現場實際情況高效合理化使用。
主要創新點，一是可根據場景需求，使用多樣化檢測手段對葉片內部缺陷進行全方位檢測；二是建立了葉片內部健康評估數據庫，實現故障早期預警，及時消除隱患，提升機組的運行可靠性和本質安全水平。
2023年7月中旬，在青海黃河某風電場完成了風機葉片內部缺陷檢查機器人的實地測試，智能識別出多臺風機的透光、褶皺、缺膠等多種缺陷，可以有效替代葉片內部人工巡檢。
智能運維：風電智能爬塔機器人
風電智能爬塔機器人采用模塊化封裝技術、陀螺儀車身穩定技術及鉸鏈結構設計，包含清洗模塊、無損檢測模塊、打磨模塊及補漆模塊四部分，能夠解決人工高空作業存在的危險性高、成本高及效率低等共性問題，助力風場智慧運維，減少風場人工投入，降低風險，提高維檢效率。
機器人機身創新性采用鉸鏈結構設計，使機器人可有效貼合非完全垂直曲面；采用高性能磁性模組和陀螺儀技術，實現機器人在曲面塔筒表面的可靠吸附及直線行走；清洗功能采用“高壓水/蒸汽+污水回收+過濾重復利用”模式，實現對頑固油漬的有效沖刷，污水回收率超過80%；檢測模塊利用先進TOFD超聲檢測技術，在耦合水作用下，可有效探測塔筒焊縫缺陷，且無須打磨壁面原有油漆。
2023年8月，風電智能爬塔機器人在國家電投內蒙古公司電力分公司D廠開展示范應用，完成6臺機組的清洗、打磨、補漆及焊縫檢測等測試工作。
上海成套院堅持創新驅動、科技先導，以創新技術能力為支撐，以客戶需求為導向，不斷通過新產品、新技術、新能力，提供智慧風場一體化技術方案，為國家電投集團公司智慧場站建設貢獻更多力量。
責任編輯：楊娜
