风电机组数字化感知与运行状态评估方案 目 录 1 背景 2 数字化感知 3 运行状态评估 4 研究展望 背景 海上风电气候条件更为恶劣 ， 运行维护成本高 ， 占到海上风电总投资 40% 以上 可采集 多 源 传 感 与 监 测 云技术 6 设备数字孪生 对风电机组进行状态监测实现故障预警 ，是提升机组运行可靠性 的有效手段之一。 • 目前 ，塔筒、 叶根、机舱、传动链等状 态 监测为重点， 尚无法覆盖叶片整体 • 现有监测技术： 发 中 心 7 风电机组监测方案示例 机组关键部件 疲劳监测 机组基础冲刷 机组位移监测 机组振动监测 数字化感知与运行状态评估

面向新型电力系统的 数字孪生技术 电机工程与应用电子技术系 Department of Electrical Engineering Digital Twin Technology for a New Type of Power Systems 沈 沉 1 02 传统电力系统仿真与数字孪生 03 构建电力系统数字孪生的关键技术 01 目录 CONTENTS 04 04 电力系统数字孪生技术实践 电机工程与应用电子技术系 Department of Electrical Engineering 对数字孪生概念的解读 2 01 对数字孪生概念的进一步解读 3 • 数字孪生到底是什么 —— 模型、仿真、系统工程？ • 数字孪生最关键的特征是什么？ • 提出数字孪生概念的目的是什么？ 对数字孪生概念的进一步解读 Department of of Electrical Engineering 电机工程与应用电子技术系 4 • 数字孪生概念的起源 • 数字孪生（ Digital Twin ） DT 一词，业界一般认为，最早是密西根大学 Michael Grieves 教 授于 2002 年针对产品全生命周期管理（ PLM ）提出的一个概念，当初并不叫 Digital Twin ， 而是叫 镜像空间模型（ Mirrored

地理位置和容量位置 ) 和作用，本期 工程和远景与电力系统连接方式以及各级电压中 性点接地方式等。 主变压器和发电机中性点接地方式是一个综合性 问题。它与电压等级、单相接地短路电流、过电 压水平、保护配置等有关，直接影响电网的绝缘 水平、系统供电的可靠性和连续性、主变压器和 发电机的运行安全以及对通信线路的干扰等。 18 一、对原始资料分析 (2) 电力系统情况，包括电力系统近期及远景发展 及以下电压电力系统采用中性 点非直接接地系统 ( 中性点不接地或经消弧线圈 接地 ) ，又称小电流接地系统；对 110kV 及以上 高压电力系统，皆采用中性点直接接地系统，又 称大电流接地系统。发电机中性点都采用非直接 接地方式，目前，广泛采用的是经消弧线圈接地 方式或经中性点接地变压器接地。 19 一、对原始资料分析 (3) 负荷情况，包括负荷的性质及其地理位置、输 电电压等级、出线回路数及输送容量等。 负荷情况，包括负荷的性质及其地理位置、输 电电压等级、出线回路数及输送容量等。 发电厂承担的负荷应尽可能地使全部机组安全满 发，并按系统提出的运行方式，在机组间经济合 理地分配负荷，减少母线上电流流动，使发电机 运转稳定和满足电能质量要求。 21 一、对原始资料分析 (4) 环境条件，包括当地的气温、湿度、覆冰、污 秽、风向、水文、地质、海拔高度及地震等因素， 对主接线中电气设备的选择和配电装置的实施均

水平运行定位精度 ±5mm 8 垂直升降定位精度 ±5 mm 9 伸叉定位/复位精度 ±3mm 10 运转方式 联机自动/单机自动/手工操作 11 调速方式 所有电机变频调速，采用 SEW 减速电机 12 控制方式 所有电机闭环变频控制，采用 DELTA 变频器 13 供电方式 安全滑触线，三相四线 14 通讯方式 无线以太网通信方式 15 认址方式 水平运行：激光绝对认址+认址片定位认址 平轮组，驱动装置和运行缓冲器等。采用变频调速控制减速电机实现运行速度无级调速，以 确保停准精度和运行平稳。运行缓冲器设置在下横梁两端，用于机构意外失控时，减小堆垛 24 上海明匠智能系统有限公司 机与轨道端部车挡的冲击力。 3）垂直升降机构 垂直升降机构用以驱动载货台上升及下降。采用变频调速调速控制的减速电机，可使上 升及下降速度实现无级调速，减小机械冲击，便于载货台的准确定位。采用直联式减速电机， 起升钢丝绳卷筒 组成，可以向堆垛机左右两侧伸叉作业。根据用户要求和货箱结构设计为单叉式，货叉伸缩 25 上海明匠智能系统有限公司 行程根据巷道宽度和货格深度确定。货叉驱动机构是由减速电机通过链轮、链条、带动货叉 传动套筒滚子链来使中、上叉作伸缩运动。减速电机通常选用带常闭式电磁制动功能的直流 减速电机，闭环变频调速。 双向货叉 3.2.4 堆垛机安全保护装置 该堆垛机设有多重安全保护装置：  运行保护 1 强迫降速 巷道两

概念，与国际相关学术组织、科研机构交流愈加密切，业界亟需统一 思想，规范电力系统相关名词解释的使用，确保学术用词的规范性和 严谨性，推动新型电力系统背景下相关科研工作高质量开展。 2023 年 12 月，中国电机工程学会电力系统专业委员会（下简称 “专委会”）名誉主任委员周孝信院士在专委会换届会议上提到，针对 当前电力系统领域容易混淆使用的名词、定义含混不明确的名词，有 必要开展名词释义工作，对前者要正本清源给出倡议、对后者要梳理 免存在疏漏与不足，恳请各位专家和同仁批评指正。未来，我们将持 续推进该项工作，针对此前征集的其他名词以及新的热点名词，深入 开展释义编写和完善工作，不断提升内容的科学性与准确性，力求为 行业提供更具参考价值的成果。 中国电机工程学会电力系统专业委员会 2024 年 12 月 28 日 顾问组 组 长：周孝信 郭剑波 副组长：冯 凯 孙华东 刘映尚 吴 云 郭 强 鞠 平 成 员：丁 磊 马士聪 王成山 王 斌 技术的现状与发展趋势》一文中指出，构网型变流器采用与同步发电 机类似的功率同步控制策略，不需要借助锁相环即可实现并网同步。 在 2022 年，中国电力科学研究院秦世耀团队在《电压源型构网 风电机组研究现状及展望》一文中指出：类似于同步发电机，电压源 型构网控制多具备功率同步或惯性同步的特性，不仅可以自发地与电 网同步，无需额外的锁相环节，还可以主动地表现出对电网频率、电 压的响应和支撑。此外，顾名思义，电压源型构网控制通常也具备建

分为测速发电机、增量式光电编码器两种 测速发电机 可以把机械转速变换成电压信号 而且输出电压与输入的转速成正比 增量式编码器 既可测量增量角位移 又可测量瞬时角速度 机器人自动化技术中，旋转运动速度测量较多，且直线运动速度常 通过旋转速度间接测量。在机器人中，主要测量机器人关节的运行速度， 下面重点以角速度传感器进行介绍。 数字 信号 模拟 信号 测速发电机的输出电动势与转速成比例，改变旋转方向时输出电动 被测机构与测速发电机同轴连接时，只要检测出输出电动势，就能 获得被测机构的转速，故又称速度传感器。 按其构造分为直流测速发电机和交流测速发电机。 1 、测速发电机 测速发电机是应用最广泛，能直接得到代表转速的电压且具有良好 实时性的一种速度测量传感器，它主要用于检测机械转速，能把机械转 速变换为电压信号。 图 4-12 直流测速发电机的结构原理 直流测速发电机实际是一种微型直流发电机，按定子磁极的励磁方 磁极的励磁方 式分为永磁式和电磁式。图 4-12 为直流测速发电机的结构原理。 永磁式 采用高性能永久磁钢励磁，受温度变 化的影响较小，输出变化小，斜率高， 线性误差小。 电磁式 采用他励式，不仅复杂且因励磁受电 源、环境等因素的影响，输出电压变 化较大，应用不多。 交流异步测速发电机与交流伺服电动机的结构相似，其转子结构有 笼型的，也有杯型的，在自动控制系统中多用空心杯转子异步测速发电

...............70 2.5.2 电机........................................................................................................................................70 2.5.2.1 电机分类...................... XMOS ⑨ 主控：XMOS XCORE 多核微控制器。频率高达 500MHz 的 32 位 RISC 内核，带有 Hardware Response I/O 接口。多轴飞行器需要用到四至六颗无刷电机（马达），用来驱动无人机的旋翼。 ⑩ 瑞芯微 主控：瑞芯微 RK3288。瑞芯微就有展示基于 RK3288 的无人机产品，但是此次却是首次在国内展示 并试飞。 据介绍，这款无人机产品采用轴距 过载机动飞行的。 图 4 边条型常规布局的 F22 一般地，常规布局飞机前面部分包含了乘员和许多航空电子设备；飞机的中段包括机翼、电源和任务 设备。一般电源和任务设备布置在飞机的质量中心附近。电机和螺旋桨可以安放在机头、机翼、机尾甚至 是腰部位置（放置在腰部的多为飞机模型）。 第 11 页

列的多次更新记录，存储层自动合并，优化存储效率 • 数据索引 ，支持对 JSON 列中的部分或全部字段构建搜索索引、列存索引 车架 ID 时间 车辆 状态 充电 状态 运行 模式 车速 累计 里程 电机 个数 电机 转速 LSVNV2182E 0100001 16920648 00000 1 3 2 60 10000 2 20000 Lindorm 宽表引 擎 多个 JSON 存储侧自合并 LSVNV2182E0100001 1692064800000 { “ 车辆状态” : 1, “ 充电状态” : 3, “ 运行模式” : 2, “ 车速” : 60, “ 累计里程” : 10000, “ 电机个数” : 2, “ 电机转速” : 20000 ， … } 写入 1 LSVNV2182E0100001 ， 1692064800000 ， { “ 车辆状态” : 1, “ 充电 状态” : 3, “ 运行 10000, “ 电机个数” : 2, “ 电机转速” : 20000 } 查询返回 （多个 JSON 查询侧自合并） LSVNV2182E0100001 ， 1692064800000 ， {“ 车辆状态” : 1, “ 充电 状态” : 3, “ 运行 模式” : 2 ，“车速” : 60, “ 累 计里程” : 10000, “ 电机个数” : 2, “ 电机转速” : 20000

难说。 而航模则不一样，比如说电机坏了，我想买 OOOO 就买 OOOO，想买 XXXX 就买 XXXX，无所谓，因 为都通用，如果觉得动力不够，也可以把小电机换成大电机，都通用。说到底，玩具买回来是什么样，一 辈子就是这个样。模型买回来这个样，你爱咋样就咋样。 （2）内部结构 从内部结构来看，玩具四轴的电调、接收、飞控都是集成在一起的，用的都是空心杯电机，也不存在 散热问题。这种集成 无刷电动机 无刷电机自从 20 世纪 80 年代开始替代了电刷电动机。它的主要优点在于寿命长、低干扰、低维护成 本，因为少了电刷，无刷电机的磨损主要是在轴承上了，就是那根棒子，从机械角度看，无刷电机几乎是 一种免维护的电动机了，必要的时候，只需做一些除尘维护即可。 早期由于价格和产能的限制原因，无刷电机主要应用于医疗器械、家用电器、电动车等多个领域。但 随着机械加工技术的进步，无刷电机的成本快速 ，于是就出现了一开始 我提到的那个场景——在电动遥控玩具里大规模运用。而消费级的无人机只是更大些的玩具，自然也会受 益于无刷电机的普及，不然以后决定消费级无人机应用的一项重要技术——多旋翼技术（占民用无人机的 80%）将永远不会问世。 图 14 有刷电机和无刷电机 1.1.3.5 数码相机 自从进入 21 世纪，数字传感器凭借其惊人的品质彻底取代了胶片技术，无人机的摄影测量法等新技