风电场智能巡检系统研发与应用研究

风电场智能巡检系统研发与应用研究

侯金锁

上海能源科技发展有限公司， 上海市 200233

摘要：随着科技水平的进步，智能巡检系统被广泛应用在各个领域中。针对当前风电场人工巡检工作量大、难度高且地理环境偏远、恶劣的问题，研发出一套针对风电场日常运维的智能巡检系统。该系统融合了机器人与无人机巡检技术和三维孪生技术，不仅能够有效提升巡检智能化水平，而且能够降低风电场的运维成本，保障风电场的生产安全。

关键词：风电场；智能巡检系统；研发；应用

引言

近年来随着人工智能技术的跨越式发展，在图像识别、声音识别、数据处理、人机互动、计算机视觉、无人驾驶等方面都已有成功的应用案例并开始进行推广。因为人工智能技术具有学习性、成长性、开放性、异构性、友好性等基本特征,开展智能化风电场运行及维护的应用，构建设备状态全景化、数据分析智能化、设备管理精益化风电场的运行及维护模式。

1智能巡检系统现状

1.1移动式智能巡检

移动式智能巡检主要是采用智能机器人和无人机对设备进行巡检。最早将机器人运用到变电站巡检的系统便是智能巡检系统的初级形式,后来,各国主要将新型或更为完善的技术嵌入到机器人中。例如,2005年,A.Birk等率先将红外成像图谱设备安装在变电站巡检机器人上;2008年,美国电力研究院将优化算法和机械结构运用到机器人中,使机器人能够快速通过多种障碍物。

智能机器人在变电站及线路巡检中应用最为广泛。在高压线路巡检中采用可行走机器人,能够实现自动跨越输电杆塔,多个行走机器人配合可实现全线路巡检。部分线路巡检采用无人机搭载传感设备,将识别数据信息回传至处理中心,对缺陷点能实现报警功能。

智能机器人按其行走路径主要分为固定轨道机器人和自主移动机器人。固定轨道机器人即按照导轨路径进行巡检,固定轨道机器人又分为悬挂式和地面导轨式机器人。前者在悬空的导轨或者线路上移动巡检,如高压线路巡检机器人。

1.2风电场三维孪生

利用三维建模，建立风机内外部，风电场全站的三维可视化页面。将场景的设备在虚拟空间中完成映射，创造一个基于信息化平台的数字版的“风电场”。利用三维页面的特性，实现场景展示，路径漫游，信息展示，实时告警，路径巡检等功能。

（1）三维展示。建立1:1的三维风电场模型，精细展示三维风电场整体样貌和具体设备样式，基于是三维可视化页面，能够全方位查看精确到“仪表盘”的三维模型，同时能够快速的切换场景。

（2）路径漫游。基于虚拟的“风电场”，利用空间特性，无需操作，在三维空间里进行切换，浏览“风电场”的不同场景。

（3）信息展示。基于三维风电场的设备模型，结合摄像头，机器人，无人机巡检产生的数据，实时展示风电场设备的详细信息，比如设备温度，设备开关等信息。

（4）实时告警。基于摄像头、机器人、无人机产生巡检数据，平台服务器的规则处理产生的设备告警数据，三维可视化页面通过改变模型颜色，增加动态闪烁等方式提示巡检人员“风电场”中的哪些设备产生告警，从而让巡检人员快速定位告警设备，排查告警原因。

（5）路径巡检。结合机器人等设备，设定机器人停留位置，通过三维可视化页面，实时的操控设备巡检一些或全部点位，实时产生巡检数据，反馈至三维可视化页面。

2风电场智能巡检系统应用研究 

2.1数据挖掘的应用

风电场在运行过程中会不断产生和积累大量数据。通过对风电场历史数据的学习归纳，在风电场运行过程中应用理论研究的方法已解决了很多问题，如果应用数据挖掘技术可更充分地利用这些数据分析风电场历年积累庞大运行数据背后隐藏的原理、规律和联系，找到解决问题更加合理、快捷、有效的方法，同时还可为决策提供更加有力的科学依据。通过对历史数据的学习归纳建立预测性模型，然后根据收集的当前数据预测设备状态，判断设备性能发展趋势，在设备故障前提前检修排除事故隐患，预防事故发生。实现设备的状态检修，解决“维修过度”会造成的设备可靠性降低，降低人工成本，提高发电效率。

2.2智能巡检系统的功能定位

当前人工智能巡检系统主要为人工智能巡检机器人,通过机器人搭载各种先进的智能设备,使其具备数据采集、处理、识别等功能,机器人成为了该系统的核心部分。同时,不同行业、不同场所的巡检重要关注点不同,巡检场所特点存在较大差异。智能巡检系统应根据实际情况和需求合理采用机器人与固定设备元件结合。例如变电站面积较小,设备种类少,布置较为简单,便于实现智能巡检机器人对设备的全覆盖。因此,智能巡检系统应将现场的实际设备布置和空间结构布局与巡检目标需求相结合,满足全天候、全方位实时监控的功能定位。

2.3风机智能巡检

借助轨道机器人、无人机等终端设备获取场景中的关键设备的异源数据，以构建风机智能巡检关键设备数据库；基于关键设备数据库，结合风力发电巡检的需求，构建出智能巡检模型库，实现风机机舱、塔筒、叶片等关键区域设备状态的实时管控，可有效缓解偏远地区运维人力不足问题，减少运维人员登塔风险，降低人员及设备安全风险概率，切实提升效益。风机机舱采用轨道机器人巡检，风机叶片则采用无人机巡检。各区域关键巡检内容如下：

机舱智能巡检：主轴、齿轮箱、发电机、顶部控制柜（测温等）、油位计油位、呼吸硅胶变色等智能巡检；叶片智能巡检：叶片裂缝、破损、油污、雷击等智能巡检。

2.4巡检调度管理可视化

无人机搭载高清数字化摄像头，对风电设备进行巡检将源源不断的视频信息发送给监控指挥中心，指挥中心能直观并且迅捷地对该设备的运行状况有一个很清晰的了解，并且可以通过调用AI识别模块快速进行判断。

通过在无人机上搭载警示灯和自动广播装置，对违规行为进行远程飞行喊话，警示违规人员遵守安全规范，减少事故发生概率的目的。

气象环境信息可视化。通过接口接入电力业务系统提供的气象数据信息，在二维地图上通过不同的图标和图斑颜色、三维地图上通过粒子效果模拟气象特效。具体包括晴天、阴天、多云、大雾（轻雾、大雾、浓雾）、结冰、下雪（积雪）、降雨（小雨、中雨、大雨、暴雨）、冻雨、雷电等天气现象。

3风电场智能运维的发展趋势

未来风电场智能运维的发展会越来越快，机器学习、数据挖掘及其他人工智能、大数据、物联网等技术的不断应用及相互融合将会形成多个风电场整体运维、信息互通、数据共享的智能运维模式。综上，人工智能技术的应用辅助运维人员开展日常巡视工作，减轻运维人员工作负担，提升应急响应速度，保障现场作业安全，减少设备运行事故发生，降低运行及维护成本。最终实现风电场空间全方位、设备全周期、时间全天候的风电场智能运行及维护模式，替代人工完成少人值班、无人值守的风电场智能运行及维护。因此人工智能技术在智能化风电场运行及维护工作中具有很高的应用推广价值。

结语

传统巡检工作的自动化、信息化、智能化水平较低，基本依赖于巡检人员人工完成巡检工作，巡检工作的效率与质量受人为因素影响大，易出现漏检、错检等现象。风电场智能巡检系统不仅可以实现整个风电场的自动化巡逻，增强巡检工作的信息智能化水平，而且可以在提高巡检效率的同时强化巡检质量。建立完整的风电场智能巡检系统，通过机器人智能巡检、无人机智能巡检和三维数字孪生等关键技术的应用，该系统能够实时监测关键设备的运行状态，直观立体展示全厂区的实时数据和监控画面，快速精准定位设备异常位置并同步发出多级告警，从而减少巡检工作中的人为不确定因素，有效降低风电场的运营成本，确保风电厂的安全、可靠生产。

参考文献

［１］刘昊．小型变电站智能巡检机器人设计与巡检规划研究［Ｄ］．呼和浩特：内蒙古工业大学，２０１８．

［２］杜元翰．遥操作电力巡检机器人研究［Ｄ］．南京：东南大学，２０１８．

［３］侯泽振，张丽，贲永青．基于单片机的无线远程温度检测系统设计［Ｊ］．赤峰学院学报（自然科学版），２０１６（２）：３６⁃３７．