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

前言：数字化赋能风电发展创新蓝图 ...................................... 中国风电产业发展现状及趋势 .................................... 大功率风电机组发展提 速 ................................................................................... 4 海上风电实现跨越式发 其中，风电产业数字化转型最令人期待。人工智能、物联 网、 AR/VR 、 5G 等数字技术的快速发展，将成为风电企 业 转型的强大助力，进而推动风电行业的现代化，为清 洁能 源的未来发展注入强大的支撑和动力。 我们相信，随着全球风电机组装机容量的不断提高，数字 孪生技术将赋能风电行业向更高效、更可靠、智能化的方 向发展，为实现“双碳”目标作出更大的贡献。 01 02 第一章：中国风电产业发展现状及趋势 当下，加快推进碳减排已经成为全球共识，中国明确提出 ”目标的重要手段之一。 大功率风电机组发展提速 当前中国风电产业不仅具备大兆瓦级风电整机 自主研发能力，而且形成了完整的风电装备产 业制造链，制造企业的整体实力与竞争力大幅 提升，在大容量机组研发、长叶片、高塔架应 用等方面处于国际领先水平。 数据显示， 2020 年，中国新增装机所用陆上 风 电机组平均单机容量仅为 2.6 兆瓦左右，海 上风 电机组平均单机容量约为 4.8 兆瓦。随后两

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

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

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

灌装外壳采用铸钢结构，耐 磨寿命长。外壳结构采用上 宽下窄设计，灌装时使水泥 仓压逐渐增大，增加出灰速 度。配套灌装电机 5.5KW ， 扭矩大，出灰速度快。多个 零部件采用铝合金材质，重 量轻寿命长。 灌装外壳采用铸钢结构，耐 磨寿命长。外壳结构采用上 宽下窄设计，灌装时使水泥 仓压逐渐增大，增加出灰速 度。配套灌装电机 5.5KW ， 扭矩大，出灰速度快。多个 零部件采用铝合金材质，重 量轻寿命长。 自动包装机的优点及特点 自动包装机的优点及特点 自动包装机的优点及特点 带有插袋检测功能。不插袋 时不开闸板不启动电机，不 会喷灰。这样提高计量精度 的同时又极大减少了粉尘污 染。插袋感应采用压力开关 控制，不存在机械插袋检测 结构的“碰手、袋子插不到位 “等弊病。 带有插袋检测功能。不插袋 时不开闸板不启动电机，不 会喷灰。这样提高计量精度 的同时又极大减少了粉尘污 染。插袋感应采用压力开关 控制，不存在机械插袋检测 结构的“碰手、袋子插不到位 当第 1 袋装水泥进入分包皮带后，再进入横皮带 1 ，推包伺服 电机动作，将水泥包推入卸包机构的上翻板 1 上托住，随后 上翻板 1 打开，水泥包落入下翻板 1 ，下翻板 1 打开后水泥包 落入位置 1 。第 2 包水泥过来进入对称侧的上翻板 2 中，上翻 板 2 打开，水泥包落入下翻板 2 中，下翻板 2 由伺服电机带动 ，移动一个水泥包的长度后停下，下翻板 2 打开使水泥包落 入车厢中位置

修改，风洞测试也需要多次进行，一旦发现问题，就需要重新进行设计和测试， 导致研发周期漫长，成本高昂。而且，传统的设计方法难以满足消费者日益多 样化和个性化的需求，产品的更新换代速度较慢。 测试用例编写效率低 在电机测试实验室里，工程师手动编写测试用例的场景效率低下。 2000 个功能场景中，异常工况覆盖不足 60% ，未知漏洞如同定时炸弹潜伏在量 产 前夕。手动编写测试用例不仅耗费大量时间和人力，而且难以保证测试的 身结构。 虚拟仿真平台 电机多物理场仿真：通过电磁场 - 温度场 - 应力场三重耦合模型，在数 字 空间精准复现电机全工况运行状态。虚拟仿真平台可以模拟电机在不同工 况下 的工作状态，提前发现电机可能存在的问题，减少实车测试的次数。通 过在虚 拟环境中进行测试和优化，提高了研发效率和产品质量。虚拟仿真平 台可以模 拟各种复杂的电磁、温度和应力情况，对电机的性能进行全面评估。 例如，在 例如，在 高温、高压等极端工况下，模拟电机的运行情况，检测电机是否会 出现过热、 短路等问题。同时，虚拟仿真平台还可以对电机的设计进行优化， 通过调整电 机的参数和结构，提高电机的效率和可靠性。在电机研发过程中， 虚拟仿真平 台可以帮助工程师快速筛选设计方案，减少实车测试的次数，降 低研发成本和 时间。例如，工程师可以通过虚拟仿真平台，对不同的电机设 计方案进行性能 评估，选择最优的方案进行实车测试。

电力用户 源随荷动 调峰调频电厂 转 变 需求侧上报 电网中的节点 输电线路与断面 线路：连接两个母线的物理线路 断面：两个节点之间所有线路连接的集合 母线与节点 母线：发电机组输出通过主变升压连接母线，物理概念 ※ 节点：市场概念，代表一组母线 ( 忽略这些母线之间的堵 塞 ) 母 线 ~ 电源 负荷 母线 ~ 电源 负荷 节点 母线 浙江 广东 山东 山西 甘肃 现货市场交易和结算的时间要素 反映机组物理运行特性的相关参数。 具体包括：发电机组日内允许的最大启停次数、发电机组厂用电率、发电机组启动提 前通知时间、典型开停机曲线、供热机组最大供热量等 发电机组额定有功功率、发电机组最小稳定技术出力、发电机组有功 功率调节速率 电能量缺省报价：机组运行在不同出力区间时单位电能量的缺省价格 机组启动费用上下限 ( 根据机组冷温热态开机 计算其应补偿的费用 发电启动成本补偿 R 空 载 =2_ (C 空 运 行 ， i 浙江：给与固定补偿； 山东：根据机组运行时间计算其应补偿的空载费用，当发电机 组日运行电量电费收入高于其核定成本时，不予以结算，低于 核定成本时予以结算。计算结果折算到当日电价最高的四个时 段。 发电空载成本补偿 LMP 指示机组运 行在最大出力 调频机会成本：是指在电能价格所隐含

、工业机器人的分类 运动学链系代替纯圆柱状机器人中 的单一轴部件。 这种机器人有精密且快速的优点， 但一般垂直作用范围有限（ Z 方向 ），通常 Z 轴运动用一简单的气缸 或步进电机控制，而其它轴则采用 较精巧的电气执行器（如伺服电机 ）。 z r1 r2 r3 腕的 横滚 2 、工业机器人的分类 •C 圆柱状 圆柱状关节机器人也称为 SCARA 机器人，这种结构用多重铰接开放 2 、工业机器人的分类 工业机器人组成和性能参数 • 工业机器人的结构 • 工业机器人控制技术 • 工业机器人传感系统 • 工业机器人的应用 • 工业机器人发展方向 执行机构 控制系统 驱动系统（液压缸、电机等） 检测系统 工 业 机 器 人 3 、工业机器人的组成和性能参数 3.1 工业机器人的组成 控制系统 驱动系统 执行机构 操作对象 各组成部分关系 检测系统 执行机构也称操作  包括驱动器和传动机构两部分，它们通常与执行机构连成 机器人本体。  传动机构常用的有：谐波减速器、滚珠丝杆、链、带以及 各种齿轮系。  驱动器通常有： • 电机驱动：直流伺服电机、步进电机、交流伺服电机。 • 液压驱动； • 气动驱动。 3 、工业机器人的组成和性能参数 3.1 工业机器人的组成 B 驱动系统  通过对驱动系统的控制，使执行系统按照规定的要求