風(fēng)電機(jī)組結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)，為基于狀態(tài)的運(yùn)維模式提供基礎(chǔ)條件，保障機(jī)組安全運(yùn)行，降低維護(hù)成本，延長機(jī)組使用壽命，提高機(jī)組發(fā)電收益。

　　結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的必要性

　　風(fēng)力發(fā)電機(jī)組持續(xù)向大型化、高塔筒、長葉片方向快速發(fā)展。機(jī)組遭受復(fù)雜的外部激勵(lì)，承受*端和疲勞載荷條件，加上材料強(qiáng)度、共振或人為失誤等甚至引發(fā)了一些葉片折斷、倒塔等事故。此外海上風(fēng)電由于安裝位置的可及性差，檢查維護(hù)不方便并且維護(hù)成本非常高。基于這一系列原因，近年來不少公司為此開發(fā)了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)。通過實(shí)時(shí)監(jiān)測結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)和準(zhǔn)確的安全評(píng)估，提高機(jī)組的可靠性和安全性，提升機(jī)組發(fā)電量，可以基于狀態(tài)來進(jìn)行相應(yīng)的檢查和維護(hù)，降低運(yùn)維成本。

　　結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的應(yīng)用

　　風(fēng)電機(jī)組三大部件：葉片、塔筒和基礎(chǔ)都需要結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測。葉片是由復(fù)雜幾何形狀的柔性復(fù)合材料制作而成，*易受到環(huán)境影響而損壞，可能出現(xiàn)開裂、分層等現(xiàn)象，甚至出現(xiàn)葉片折斷，葉片的損壞會(huì)導(dǎo)致葉輪不平衡，影響傳動(dòng)鏈甚至機(jī)組的安全運(yùn)行。

　　塔筒和基礎(chǔ)作為風(fēng)電機(jī)組的支撐結(jié)構(gòu)。*端環(huán)境激勵(lì)、疲勞載荷和自然災(zāi)害將會(huì)引發(fā)塔筒的穩(wěn)定性和基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)破壞，海上風(fēng)電支撐結(jié)構(gòu)更是受到風(fēng)、浪、水和風(fēng)輪等多種復(fù)雜條件的影響，有必要通過監(jiān)測其健康狀態(tài)，確保機(jī)組安全運(yùn)行。

　　結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的技術(shù)要點(diǎn)

　　選擇一套結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)以可靠性和準(zhǔn)確性為首要出發(fā)點(diǎn)。通常監(jiān)測系統(tǒng)由傳感器、采集單元、分析單元和可視化平臺(tái)組成。我們就幾個(gè)部分分別來看以下技術(shù)要點(diǎn)。

　　監(jiān)測系統(tǒng)中傳感器可能有加速度、應(yīng)變、光纖傳感器等。主要考慮其可靠性(例如防雷保護(hù)等)、安裝方式(是否方便現(xiàn)場安裝等)、頻率響應(yīng)、靈敏度、測量范圍、精確度、環(huán)境適應(yīng)性等。同時(shí)也可以考慮其應(yīng)用成熟度和技術(shù)先進(jìn)性。

　　對(duì)于采集和分析單元，我們可以考慮其硬件(處理能力、接口類型、安裝方式、擴(kuò)展能力、與風(fēng)機(jī)控制單元的集成能力)和軟件(數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析算法)等等。另外我們也可以考慮一下服務(wù)能力，比如數(shù)據(jù)分析、數(shù)值模擬，有限元分析等實(shí)際項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)。畢竟軟件算法和工程能力才是系統(tǒng)的核心所在。

　　可視化平臺(tái)可以考慮獨(dú)立，也可以考慮將其整合到現(xiàn)有SCADA系統(tǒng)的可能性。集成化監(jiān)控平臺(tái)將是未來多變量大數(shù)據(jù)融合的趨勢。盡可能減少網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度，利用已有軟硬件資源來進(jìn)行升級(jí)，方便終端客戶使用，并為未來大數(shù)據(jù)應(yīng)用提供便利。

　　結(jié)構(gòu)損傷探測的基礎(chǔ)

　　結(jié)構(gòu)物理屬性的變化會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)應(yīng)力和固有頻率的變化，因此通過應(yīng)力或固有頻率測量可以探測結(jié)構(gòu)的損傷。模態(tài)分析技術(shù)是實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的基礎(chǔ)。模態(tài)分析技術(shù)包括NExT自然激勵(lì)技術(shù)，ITD易卜拉欣時(shí)域技術(shù)，SSTD單站時(shí)域，ERA特征系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)算法和SSI隨機(jī)子空間識(shí)別等方法。關(guān)鍵在于采用合適的算法進(jìn)行特征信息的提取和識(shí)別。

　　監(jiān)測系統(tǒng)的未來整合趨勢

　　風(fēng)電機(jī)組結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)旨在實(shí)時(shí)監(jiān)測結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)，為基于狀態(tài)的運(yùn)維模式提供基礎(chǔ)條件，保障機(jī)組安全運(yùn)行，降低維護(hù)成本，延長機(jī)組使用壽命，提高機(jī)組發(fā)電收益。集成到統(tǒng)一的智能化運(yùn)維平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)更多數(shù)據(jù)融合的風(fēng)電機(jī)組綜合監(jiān)控平臺(tái)應(yīng)該是未來的趨勢。