金風科技周杰:以全壽命周期智能安全解決方案，應對風電機組大型化時代的安全挑戰(zhàn)

2023年10月16日-19日，2023北京國際風能大會暨展覽會（CWP2023）在北京如約召開。作為全球風電行業(yè)年度最大的盛會之一，這場由百余名演講嘉賓和數(shù)千名國內外參會代表共同參與的風能盛會，再次登陸北京，聚焦中國能源革命的未來。

本屆大會以“構筑全球穩(wěn)定供應鏈 共建能源轉型新未來”為主題，將歷時四天，包括開幕式、主旨發(fā)言、高峰對話、創(chuàng)新劇場以及關于“全球風電產(chǎn)業(yè)布局及供應鏈安全”“雙碳時代下的風電技術發(fā)展前景”“國際風電市場發(fā)展動態(tài)及投資機會”“風電機組可靠性論壇”等不同主題的21個分論壇。能見APP全程直播本次大會。

在10月18日上午舉辦的風電機組可靠性論壇上，金風科技股份有限公司研發(fā)中心控制專家周杰發(fā)表了題為《風電機組全生命周期安全控制解決方案》的主題演講。

以下為發(fā)言全文：

各位專家同仁，大家上午好，我是來自金風科技的周杰，我分享的主題是應對風電機組大型化時代的安全挑戰(zhàn)——金風科技全壽命周期智能安全解決方案。我將從行業(yè)的安全挑戰(zhàn)、解決方案以及應用案例等三個維度展開。

近年來，風力發(fā)電機組大型化趨勢明顯，單機容量、葉輪直徑持續(xù)增加。2022年陸上機組最大的直徑超過了200米，海上機組最大的葉輪直徑已經(jīng)高達250米。國內新增的裝機種陸上機組已經(jīng)突破了10兆瓦，海上16兆瓦機組已經(jīng)成功的投運，風力發(fā)電行業(yè)已經(jīng)由小風機時代快速進入了大風機的時代。但各位風電人都清楚的認識到，行業(yè)里的安全事故都會帶來巨大的經(jīng)濟損失以及惡劣的社會影響，風電行業(yè)面臨著機組大型化時代的安全挑戰(zhàn)。

接下來我們討論一下為什么會有這樣的安全挑戰(zhàn)？機組的大型化意味著塔架更高、葉片更長、部件更多，系統(tǒng)的復雜性也更高。同時，隨著風電發(fā)展版圖的擴張，風電場所在區(qū)域的氣候環(huán)境愈發(fā)多樣，那么風機面臨的運行環(huán)境也更加復雜。系統(tǒng)的復雜性疊加了環(huán)境的復雜性，大型化機組運行的風險可能會成倍增加。

作為整機廠家，我們也一直在思考如何能夠做得更多更好。比方，極端天氣或臺風過境的時候機組如何更加安全的運行？大機組未報故障一定是健康的嗎？部件狀態(tài)監(jiān)測如何更加有效？還有，風機交付之后，作為整機廠家，還能做更多的哪方面的工作？我們用實踐給出了這些問題的答案，金風機組具有更高的環(huán)境適應性去應種極端的天氣，具有更準確的風險辨識和自我保護的能力。風機交付之后，我們還會通過云端的隱患排查，持續(xù)進行安全升級，這些都是今天的主題智能安全技術的核心特征。

說到智能化，金風科技智能化的演進一直是以滿足客戶要求，解決客戶問題為導向。早在2018年金風推出了初代的智能風機，當時是用先進的傳感技術實現(xiàn)有效的整機載荷控制，開啟了風機智能化的先河。在2020年的風能展上，金風推出了智能風機2.0，當時是以參數(shù)自校正、場級協(xié)同等創(chuàng)新技術，來滿足客戶對發(fā)電量的極致追求。當下，金風充分應用了云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能、邊緣計算等新技術，實現(xiàn)了信息融合的安全決策，金風也是通過風機的安全智能幫助客戶實現(xiàn)大機組的安全和發(fā)電的雙贏。

接下來重點介紹金風全壽命周期智能安全解決方案。整個解決方案以金風傾力打造的數(shù)字孿生引擎為底層驅動，在風機的邊緣側，通過復雜系統(tǒng)安全保護、復雜環(huán)境安全決策實現(xiàn)了風機全方位的實時自我保護。加以云端的安全隱患排查方案，實現(xiàn)了風機從交付期到20年甚至30年的運行期的安全可靠運行。

數(shù)字孿生引擎有三個核心要素。首先，金風4萬臺機組源源不斷產(chǎn)生了數(shù)據(jù)資源，金風研發(fā)工程師利用了20多年的風機運行經(jīng)驗進行數(shù)據(jù)挖掘，建立了50多類非標準定義的工況庫，這使得我們能夠更加精確得定義了機組的運行邊界。其次，金風建立的5級實驗驗證體系實現(xiàn)了全場景全流程測試驗證，可以獲得精準的整機及大部件診斷預測依據(jù)。更重要的是，前兩年金風突破的整機多學科自主仿真GTSim打開了整機設計黑匣子。目前GTSim的仿真精度超過了95%，這樣，我們能夠更加精確的定義整機及大部件的載荷指標，同時也能夠精準得構建關鍵部件壽命與安全孿生模型。數(shù)字孿生引擎的不斷迭代驅動了金風智能安全技術的成熟應用。

前面提到了大型化風機的復雜性，但金風數(shù)字孿生引擎能夠幫助金風不論是數(shù)字世界還是物理世界，都能夠非常清楚得知道大型風機這樣的復雜系統(tǒng)的內在是如何運行的。金風在風機邊緣側雙核控制系統(tǒng)里面建立了從交付期到運行期的安全保護功能，實現(xiàn)了全壽命周期實時在線安全保護。

比方說在交付期，針對長柔葉片停機渦激顫振的風險抑制。到了風機運行期，對大部件運行失穩(wěn)的風險進行了精確辨識，必要時進行及時的風險規(guī)避。進一步，通過高精度傳感器和成熟算法實現(xiàn)了大部件的精準預警。更進一步的，如果整機安全狀態(tài)出現(xiàn)了異常，機組能執(zhí)行主動的干預。在極端的情況下，即便出現(xiàn)類似葉片等大部件損壞，機組也能夠執(zhí)行實時的底線保護。

金風實時在線安全保護功能GTGuard在2022年已經(jīng)獲得了全球首張DNA安全保護功能部件認證證書，其中主要的功能的準確度已經(jīng)超過了99%。

在識別系統(tǒng)復雜性并進行保護的基礎上，金風風電場混合感知技術進一步破解了環(huán)境復雜的難題。不管是寒潮天氣，臺風過境，還是復雜地形，沙漠戈壁等情況，金風復雜環(huán)境安全控制系統(tǒng)都具備全面的環(huán)境感知和預測能力。通過差異化的安全決策使得復雜環(huán)境導致的運行風險降低了90%，既保障客戶風機的安全，也能夠保證其發(fā)電量。

前面說在不同的風險情況下，金風風力發(fā)電機組都能夠在風機的邊緣側實現(xiàn)實時在線的自我保護。但安全不止于此，風機交付之后金風還能做得更多。遠程智能診斷“云大腦”持續(xù)對在役機組實施安全隱患排查并進行安全升級。“云大腦”數(shù)據(jù)平臺搭載了上百個高階診斷模型，能夠同時對2萬多臺機組進行安全排查，能夠實現(xiàn)提前30~60天的去識別潛在的隱患，降低故障頻次超過30%。

我前面說了這么多，下面來分享幾個典型案例。像這個是云南的某一個山地的風電場，在特定的機位點出現(xiàn)了異常振動，金風的安全保護功能準確診斷了風機失穩(wěn)狀態(tài)，并且執(zhí)行了主動的干預，保持機組穩(wěn)定運行。同時，在云端也通過診斷模型持續(xù)開展風機運行風險評估，評估結論是異常振動得到了消除，大部件疲勞壽命消耗處于良好的狀態(tài)。金風就是這樣，不會放過長期來看可能會存在風險的隱患，在異常振動開始出現(xiàn)的時候，就從源頭上完成了風險的管控，確保了機組壽命始終處于最優(yōu)的狀態(tài)，兌現(xiàn)了全壽命周期安全可靠運行的承諾。

下一個案例是2022年11月份大規(guī)模高強度的寒潮，寒潮從西北長驅直入掃過了大片區(qū)域。位于不同區(qū)域的金風機組都有優(yōu)秀的表現(xiàn)。像新疆阿勒泰現(xiàn)場遭遇了歷史上最大降雪量，部分機組出現(xiàn)了葉片覆冰，金風安全保護功能可以從多維度判斷出葉片的載荷水平，通過帶冰運行、秒級響應深度失速狀態(tài)等策略有效應對了葉片覆冰帶來的風險。內蒙風場出現(xiàn)了5~25米每秒的陣風，金風機組能夠提前感知陣風并主動切換到復雜風況運行模式，全場風機保持穩(wěn)定運行。山西風場個別機位點復雜山地地形和寒潮疊加存在低凈空風險，金風機組通過復雜風況識別及主動凈空控制，實現(xiàn)了整個寒潮期間無一掃塔、零故障持續(xù)運行。

這里還有一個大家比較關心的案例臺風過境。智能安全解決方案幫助金風海上機組能夠從容面對臺風過境。有三個例子，像“杜蘇芮”臺風過境期間，福建平潭8兆瓦已吊裝未并網(wǎng)機組通過金風自主研發(fā)的遠程通信以及抗臺策略實現(xiàn)了臺風過境期間風險規(guī)避。對已投運機組，像廣東沙扒、徐聞項目，在“泰利”臺風過境期間，全場108臺機組持續(xù)穩(wěn)定運行，輔以“暴風增發(fā)”模式共計增發(fā)了300多萬度電，風機發(fā)電量超出區(qū)域均值60%以上。接下來是在央視新聞屢屢亮相的“大國重器”16兆瓦機組，已經(jīng)成功地應對了“杜蘇芮”、“海葵”等多個臺風的考驗，實現(xiàn)了臺風過境期間24小時持續(xù)滿發(fā)安全運行，當時也創(chuàng)下了全球單機單日電量的新紀錄。

風險可知、安全可控，金風科技全生命周期智能安全解決方案將以新安全的理念幫助客戶從容應對風電大型化時代的新挑戰(zhàn)。