风力发电数字化发展与技术创新

风力发电数字化发展与技术创新

尚付斌  ,李远嘉

山东奥翔电力工程设计咨询有限公司  250101

摘要：随着国家快速建设，风电运营管理的问题逐步显露。风电场数量多、分布广，风电设备数量多信息量大，风电场建设与运行管理人员素质存在脱节，电网“限电”等一系列现象制约着风电的快速发展。风电效益，是摆在风电企业面前的最大问题鉴于此，光耀公司在多年为新能源企业提供“管控维”一体化解决方案的基袖上，成功推出了风电企业数字化安全生产管理系统。

关键词：风力发电；数字化发展；技术创新

引言

近年来，风电行业发展迅猛，风力发电已成为重要的发电方式。随着电价平价时代的来临，企业不得不将重点放回降低成本，但是物料成本是客观存在的，风力发电机维护工作环境复杂，运维的危险性决定了运维成本无法降低，因此从传统渠道降低成本存在困难。长期来看，风电行业高质量发展将成为业内关注和研究的重点内容，平价上网需要通过技术创新与竞争来推动。只有突破技术瓶颈，才能推动研发出更加先进的风力发电机产品，提高可靠性与发电效率，逐步实现智能化，进而提高全生命周期性价比，从根本上降低风电项目各环节成本。当然，技术的革新是一个缓慢过程，需要通过新的技术手段激发创新活力。

1风电机组数字化开发平台

近年来，国内风电整机产品更新非常迅速，以2MW产品平台为例，自2012年开始，每年业内都推出一款新产品，风轮直径从110m增大到131m，塔筒高度也从80m提升到140m乃至更高，同时特定风电场的差异化设计已成为行业内的一种趋势。为了响应产品的快速更新，需要构建高效高质的产品开发平台、优化产品研发周期，数字化创新研发体系则是实现这一目标的有效途径。

传统的风电机组整机设计和数据分析过程在每个阶段都是碎片化的，一款整机产品的开发要经历概念设计、载荷计算、控制设计、结构校核、零部件校核、详细设计、样机测试等多次迭代过程，设计周期往往在一年以上，很难响应目前市场的节奏。该平台基于虚拟仿真环境来实现样机制作、测试、设计优化等环节和循环过程。同时平台支持多学科并行设计，通过多领域协同工作，实现从系统方案设计到载荷计算分析、部件设计选型和结构优化的高效并行开发，使得各个环节模块化。最终实现产品输出或少量物理样机制作，大大提高产品的一次成功率，加速产品的研发进程，提升产品的研发效率。

产品研发速度的加快还需力保产品可靠性。相关研究表明，为保证风电产品的可靠性，数字化创新研发体系可以引入航天系统中双归零模型，其创新点体现在通过数字化仿真来科学地实现问题复现、准确定位和真正挖掘故障机理。风电机组在实际运行过程中的各参数是非常复杂的，但设备所装传感器有限，很难保证风电机组运行状态与设计状态完全一致。例如风电机组某一叶片出现了安装角错位，导致机组存在一定的异常，但实际运行振动数据并未超过保护值，因此从常规检测手段来看，该故障无法快速暴露和定位，机组长期处在亚健康运行状态。

2数字化基础建设关键技术

2.1产品数据管理系统

做好三维设计工作，除标准化外，文档管理也非常重要。在产品开发阶段，主要工作是创建文档。产品开发结束时，相关文档会提交给工程数据库管理模块来管理。文档是产品数据管理系统管理的基本对象，产品数据管理系统通过对具体文档进行操作，包括建立、属性定义、浏览、保存、入库、变更，来实现归类管理、流程管理、版本管理、权限管理等。

通过对产品文档的归类管理，实现各部套间的协同设计、实时对接，减少部套件的配合问题。流程管理主要指对文档和物料的提交、审查、批准、发布、归档等过程进行有效管理。

对产品设计过程中的各种文档进行相关任务的确定和版本变更的维护，属于版本管理，可以保证设计过程中任务的完整性和数据的一致性。产品数据管理系统在进行二维设计图纸管理时，只负责文件名称及属性，不涉及文件内容。而三维设计则不同，零件、装配体、工程图之间可以实现自动关联与更新，文件版本改动会造成整个产品改动，因此，在三维设计环境中需要管理设计流程所跟踪的属性。

产品数据管理系统可以同步实现对项目的管理。项目管理主要包括：项目创建，包括项目名称、项目代号的映射关系，以及项目的其它属性；项目删除；项目属性更改；项目进度监控；项目中成员角色定义。产品数据管理系统中的业务项操作与项目的创建密切相关，项目创建除按照规范进行以外，还要及时掌握项目中各种审查、审批角色的定义和分配，包括各部套的设计流程角色分配等。通过对文档和项目的集成管理，可以实现产品开发设计与项目执行的无缝衔接，提高项目的执行效率，减小项目的执行偏差。

2.2标准化

进行数字化基础建设，标准化要先行。应制定零件、装配体模板，包括模型单位制、图层结构、引用集、属性卡等。其中，属性卡采用设计环境自动集成方式，随零件、装配体的设计环境自动调用，用于管理零件的各个属性，包括文档号、文档描述、材质、质量、所属产品编码、所属项目名称等，同时可以添加流程属性字段，如校对、审核、审定等。在设计过程中，搜集用于管理的属性非常关键，能够通过属性卡实现文档有序管理。主模型图纸图框标题栏中，会映射出零件、装配体的大部分设计属性。完善的属性卡能够使零件、装配体的属性自动在工程图标题栏中产生映射，进而提高设计效率，降低错误率。

还应制定工程图模板，定义图纸技术要求、变更栏、零件明细表。图纸中的视图样式包括线型、字高、标注格式等。在以二维计算机辅助设计软件作为设计工具的时代，企业均以二维工程图作为设计数据标准化对象。在三维设计时，可以依据现有的符合企业标准的二维工程图定义图纸、图框、标题栏。图纸的标准化程度会直接决定图纸的质量。

结语

数字化技术在风电中的应用，通过数字化技术提高风电场发电量，降低风电度电成本，从而使风电在实现平价上网方面具有竞争优势。基于数字化理念，提出了风电运行形影系统平台，通过该平台让虚拟模型与现实风电机组有机融合，提升风电场的运维效率。数字化技术在风电中的应用，会带来传统风电设计、制造、运维方式的根本性变化，实现风电行业跨越式发展，也为风火同价提供有力的技术保障。

参考文献

［１］刘超．基于平价上网的我国风电行业发展趋势分析［Ｊ］．中外能源，２０１９，２４（１１）：１０１５．

［２］都宏全．数字化技术是企业实现规模化经营的基础［Ｊ］．住宅与房地产，２０１９（３５）：４５４６．