浅谈风力发电机组结构健康监测

      风电机组结构健康监测系统实时监测结构健康状态，为基于状态的运维模式提供基础条件，保障机组安全运行，降低维护成本，延长机组使用寿命，提高机组发电收益

结构健康监测的必要性

      风力发电机组持续向大型化、高塔筒、长叶片方向快速发展。机组遭受复杂的外部激励，承受极端和疲劳载荷条件，加上材料强度、共振或人为失误等甚至引发了一些叶片折断、倒塔等事故。此外海上风电由于安装位置的可及性差，检查维护不方便并且维护成本非常高。基于这一系列原因，近年来不少公司为此开发了风力发电机组结构监测系统。通过实时监测结构健康状态和准确的安全评估，提高机组的可靠性和安全性，提升机组发电量，可以基于状态来进行相应的检查和维护，降低运维成本。

结构健康监测的应用

      风电机组三大部件：叶片、塔筒和基础都需要结构健康监测。叶片是由复杂几何形状的柔性复合材料制作而成，极易受到环境影响而损坏，可能出现开裂、分层等现象，甚至出现叶片折断，叶片的损坏会导致叶轮不平衡，影响传动链甚至机组的安全运行。

塔筒和基础作为风电机组的支撑结构。极端环境激励、疲劳载荷和自然灾害将会引发塔筒的稳定性和基础的结构破坏，海上风电支撑结构更是受到风、浪、水和风轮等多种复杂条件的影响，有必要通过监测其健康状态，确保机组安全运行。 

结构健康监测系统的技术要点

      选择一套结构健康监测系统应以可靠性和准确性为首要出发点。通常监测系统由传感器、采集单元、分析单元和可视化平台组成。我们就几个部分分别来看以下技术要点。

监测系统中传感器可能有加速度、应变、光纤传感器等。主要考虑其可靠性（例如防雷保护等）、安装方式（是否方便现场安装等）、频率响应、灵敏度、测量范围、精确度、环境适应性等。同时也可以考虑其应用成熟度和技术先进性。

对于采集和分析单元，我们可以考虑其硬件（处理能力、接口类型、安装方式、扩展能力、与风机控制单元的集成能力）和软件（数据存储、分析算法）等等。另外我们也可以考虑一下服务能力，比如数据分析、数值模拟，有限元分析等实际项目经验。毕竟软件算法和工程能力才是系统的核心所在。

可视化平台可以考虑独立，也可以考虑将其整合到现有SCADA系统的可能性。集成化监控平台将是未来多变量大数据融合的趋势。尽可能减少网络结构的复杂度，利用已有软硬件资源来进行升级，方便终端客户使用，并为未来大数据应用提供便利。

结构损伤探测的基础

      结构物理属性的变化会导致结构应力和固有频率的变化，因此通过应力或固有频率测量可以探测结构的损伤。模态分析技术是实现结构健康监测的基础。模态分析技术包括NExT自然激励技术，ITD易卜拉欣时域技术，SSTD单站时域，ERA特征系统实现算法和SSI随机子空间识别等方法。关键在于采用合适的算法进行特征信息的提取和识别。 

监测系统的未来整合趋势

      风电机组结构健康监测系统旨在实时监测结构健康状态，为基于状态的运维模式提供基础条件，保障机组安全运行，降低维护成本，延长机组使用寿命，提高机组发电收益。集成到统一的智能化运维平台，实现更多数据融合的风电机组综合监控平台应该是未来的趋势。