丁 松，田貴云，2，王 平

（1.南京航空航天大學(xué) 自動化學(xué)院，南京 210016；2.Newcastle大學(xué)電力電子與計算機(jī)工程學(xué)院，英國 紐卡斯?fàn)?NE17RU）

風(fēng)力發(fā)電作為可再生清潔能源的重要部分，近年來一直呈高速發(fā)展的趨勢。預(yù)計在未來5年內(nèi)，全球風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量將增長104%。聯(lián)合國的相關(guān)報告明確將風(fēng)力作為全球能源的重點投資方向。我國也已確定了把風(fēng)能發(fā)電作為未來經(jīng)濟(jì)增長的主要能源來源之一。自2006年至2010年，我國風(fēng)能發(fā)電總量年均增長速度超過了100%。截至2010年底，中國全年風(fēng)力發(fā)電新增裝機(jī)容量達(dá)到了1600萬kW，累計裝機(jī)容量達(dá)到4182.7萬kW，首次超過美國，躍居世界第一［1－3］。中國已成為全球風(fēng)電裝備最大的消費(fèi)者和生產(chǎn)者。在即將頒布的第12個5年規(guī)劃中，包括風(fēng)能在內(nèi)的可再生能源將占據(jù)更加重要的戰(zhàn)略地位。

我國的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)與國外相比仍處于相對落后的位置，總體上還處于跟蹤和引進(jìn)國外的先進(jìn)技術(shù)階段。在風(fēng)電場實際運(yùn)行過程中，國產(chǎn)的很多風(fēng)機(jī)運(yùn)行一段時間就出現(xiàn)各種故障，甚至報廢，而國外同類型機(jī)幾乎可以運(yùn)行十幾年。由于我國的地形地貌復(fù)雜，風(fēng)力發(fā)電場多位于較偏遠(yuǎn)的場地甚至海上。在這些場所，高的故障率將帶來巨大的生產(chǎn)和設(shè)備維護(hù)成本。發(fā)電設(shè)備的關(guān)鍵部件的損壞將造成嚴(yán)重的后果。目前，風(fēng)力渦輪機(jī)的價格高昂，但估計壽命為20年，為傳統(tǒng)的蒸汽渦輪發(fā)電機(jī)組壽命的一半，而其故障率卻為常規(guī)發(fā)電機(jī)的3倍。

風(fēng)力發(fā)電是一個集計算機(jī)技術(shù)、空氣動力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)和材料科學(xué)等綜合性學(xué)科的技術(shù)，針對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的無損檢測和健康監(jiān)控是一個復(fù)雜的綜合性系統(tǒng)工程。在我國，對于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的無損檢測和健康監(jiān)控研究剛剛起步，缺少此方面的技術(shù)積累。因此，當(dāng)前我國急需實現(xiàn)從以煤炭向綠色能源轉(zhuǎn)型，大力發(fā)展我國風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)無損檢測和健康監(jiān)控水平，創(chuàng)建起具有自主知識產(chǎn)權(quán)的尖端技術(shù)，對于提高風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的壽命和穩(wěn)定性，減少故障損失，降低發(fā)電的維護(hù)成本等方面均具有非常緊迫和重大的意義。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

世界各國政府、企業(yè)和各研究機(jī)構(gòu)都在風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的健康監(jiān)控和故障檢測方面進(jìn)行了巨大的投入。其中，歐盟科技支撐計劃中，由希臘、西班牙和葡萄牙聯(lián)合開展了NIMO項目，對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的新型集成監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行研究和驗證；由Ericsson，RWEnPower，TUV NEL，F(xiàn)UGRO等公司聯(lián)合承擔(dān)了INSIGHT項目，對海上風(fēng)電塔座和葉片進(jìn)行在線無線監(jiān)控；英國承擔(dān)了 WINTUR項目，經(jīng)費(fèi)110萬英鎊，采用能量自收集方式，構(gòu)建陸地和海上風(fēng)力發(fā)電塔基和葉片的在線無線監(jiān)控技術(shù)。此外，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)發(fā)達(dá)的國家或大的風(fēng)力機(jī)制造商都創(chuàng)建了自己的檢測中心，僅丹麥就有三處檢測中心。特別是2005年由挪威船級社、丹麥Risoe國家試驗室、FORCE技術(shù)公司合作成立的BLAEST，專門進(jìn)行葉片檢測，最大檢測葉片長度達(dá)到100m，以滿足未來幾年內(nèi)可能的需要。荷蘭能源研究中心（ECN）與Delft大學(xué)以共建的形式成立了WMC機(jī)構(gòu)，承擔(dān)著風(fēng)電機(jī)組材料、部件和結(jié)構(gòu)的研究工作。美國國家可再生能源試驗室（NREL）下屬的國家風(fēng)能技術(shù)研發(fā)中心（NWTC）、英國的Narec和德國的Dewi－OCC、GL等公司也都開展了風(fēng)電設(shè)備的檢測研究。在中英聯(lián)合能源項目研究中，得出了如圖1所示的風(fēng)力發(fā)電機(jī)構(gòu)各個環(huán)節(jié)的失效原因、失效模式和檢測手段的階段性研究結(jié)果。

目前，世界上針對風(fēng)力發(fā)電各個環(huán)節(jié)的檢測、監(jiān)控及風(fēng)電系統(tǒng)的可靠性研究包括以下幾個方面：

1.1 葉片的失效分析和檢測

濕度、疲勞、突然的強(qiáng)風(fēng)和雷擊都可能造成風(fēng)力渦輪葉片的損壞，風(fēng)電葉片要承受拉、壓、彎、扭等載荷作用，從而引起風(fēng)電葉片結(jié)構(gòu)的損傷累積和失穩(wěn)破壞［4－5］。在風(fēng)力發(fā)電場，不同渦輪機(jī)間的氣動干擾可能會給葉片帶來過度的負(fù)荷，使得懸臂葉片上的撓度和應(yīng)變過大而造成失效。一般葉片的設(shè)計壽命為10～30年，但實際運(yùn)行中，葉片的勞損程度難以準(zhǔn)確檢測，以致于很難對葉片進(jìn)行精確的壽命評估。因此，對葉片健康監(jiān)控的關(guān)鍵在于連續(xù)地對葉片的運(yùn)行狀況進(jìn)行檢測。

英國Newcastle大學(xué)和南京航空航天大學(xué)的團(tuán)隊在研究中曾將新型傳感器嵌入風(fēng)力渦輪葉片中，以便在葉片失效之前對葉片機(jī)構(gòu)中的性能變化和損壞情況進(jìn)行檢測。并且采用脈沖渦流激勵，針對復(fù)合材料進(jìn)行紅外熱成像技術(shù)研究，成功識別出了缺陷的類型特征。在EPSRC資助下，研究團(tuán)隊對于包括聲發(fā)射、光纖和超聲波測試等多種混合式無損檢測手段在葉片檢測中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。在針對風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的2項國家973項目中，南京航空航天大學(xué)就葉片在空氣動力學(xué)基礎(chǔ)上的振動模態(tài)進(jìn)行了分析。

美國NREL的研究中，采用了Sandia國家試驗室（SNL）、美國宇航局肯尼迪航天中心、Purdue大學(xué)、弗吉尼亞理工大學(xué)等單位研究的傳感器系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合研究。Purdue大學(xué)在風(fēng)力發(fā)電葉片的結(jié)構(gòu)健康檢測研究中，系統(tǒng)利用三軸加速度計對葉片的尖端撓度進(jìn)行了測量。弗吉尼亞理工大學(xué)應(yīng)用宏觀纖維復(fù)合傳感器對葉片在形變條件下的阻抗進(jìn)行了測量。此外，紅外熱成像是復(fù)合材料檢測的新方法，美國國家可再生能源試驗室同時采用了應(yīng)變計和光彈板進(jìn)行負(fù)載／應(yīng)變的聯(lián)合測量，并利用熱像攝像機(jī)對兩個檢測光彈板的熱梯度進(jìn)行檢測，作為缺陷特征檢測的手段。另一個研究熱點是采用傳感器陣列，對于葉片小尺度范圍內(nèi)的缺陷進(jìn)行檢測，從而得出整個系統(tǒng)的健康估計。

國內(nèi)河北大學(xué)周偉等人研究了風(fēng)機(jī)葉片復(fù)合材料的壓縮損傷，認(rèn)為橫向壓縮導(dǎo)致材料基體的剪切破壞，而縱向壓縮導(dǎo)致層間劈裂，且不同方向壓縮損傷在聲發(fā)射的相對能量、幅值和撞擊累計數(shù)等參數(shù)上有明顯區(qū)別［6］。

1.2 齒輪箱的無損檢測和壽命評估

風(fēng)力渦輪的齒輪箱由高質(zhì)量的鋁合金、不銹鋼或淬火的齒輪鋼等制成。齒輪箱主要由承受循環(huán)載荷的回轉(zhuǎn)部件組成，易受到循環(huán)載荷導(dǎo)致的疲勞和磨損損傷。此外，腐蝕性的海洋環(huán)境及風(fēng)力變化導(dǎo)致的應(yīng)力也會造成與之相關(guān)的腐蝕開裂。這些損傷和開裂都會導(dǎo)致整個傳動系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)的失效。

研究發(fā)現(xiàn)，由于齒輪傳動系統(tǒng)經(jīng)常承受交變應(yīng)力、溫度變化等載荷作用，而且在服役過程中還需要考慮環(huán)境的影響［3］，由此而引發(fā)的輪齒折斷和齒面疲勞故障約占齒輪箱故障的60%，是齒輪箱最重要的故障之一［8］，其將導(dǎo)致機(jī)械設(shè)備的整體性能下降，甚至造成嚴(yán)重的設(shè)備事故和重大經(jīng)濟(jì)損失。風(fēng)力發(fā)電設(shè)備中的齒輪傳動系統(tǒng)的故障在早期多是由齒輪局部損傷引起的，因而及早檢測出齒輪的局部故障，對防止傳動系統(tǒng)故障和事故具有重大意義和實用價值［7］。齒輪傳動系統(tǒng)工作情況復(fù)雜，因應(yīng)力原因出現(xiàn)的失效，究其根本與材料的微觀組織結(jié)構(gòu)是有緊密聯(lián)系的，主要包括：內(nèi)部存在非金屬夾雜、晶粒粗大、氣孔、裂紋等缺陷。從齒輪受力情況來看，齒輪的受力最大部位是齒根，且主要集中于表面或次表面。因此，局部的應(yīng)力過大往往是導(dǎo)致齒輪失效的直接原因，其表現(xiàn)形式為：① 輪齒表面膠合、點蝕、剝落和塑性變形：究其原因主要是在局部存在過大的接觸應(yīng)力導(dǎo)致輪齒表面材料處于屈服狀態(tài)而產(chǎn)生塑性流動、表面膜刺破或齒面疲勞，形成原始微裂紋并不斷擴(kuò)展。② 輪齒折斷：在正常使用條件下主要表現(xiàn)為疲勞折斷，指齒根部位應(yīng)力過大情況下，使得危險截面處從疲勞源開始的微裂紋不斷擴(kuò)展，導(dǎo)致齒輪截面上的應(yīng)力超過極限應(yīng)力而發(fā)生折斷。③齒面磨損：因存在磨粒和腐蝕導(dǎo)致齒廓側(cè)隙明顯增大，嚴(yán)重影響傳動系統(tǒng)性能［9－11］。

齒輪箱的無損檢測是在不影響其性能的基礎(chǔ)上檢測材料狀態(tài)和性能評估的可行方法。英國Newcastle大學(xué)和南京航空航天大學(xué)的聯(lián)合研究團(tuán)隊針對齒輪箱的缺陷測技術(shù)進(jìn)行了大量研究，采用的手段包括渦流檢測、脈沖渦流和電磁巴克豪森噪聲、磁粉探傷、漏磁檢測等多種電磁檢測手段。聯(lián)合團(tuán)隊采用電磁巴克豪森噪聲技術(shù)，在齒輪的應(yīng)力分布和微觀結(jié)構(gòu)檢測方面進(jìn)行了大量的研究工作，并在英國國家齒輪測量試驗室（NGML）得到了工程應(yīng)用。

清華大學(xué)、西安交通大學(xué)等采用振動、聲發(fā)射、磨粒分析（Wear debris analysis）、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)對齒輪箱的缺陷檢測技術(shù)進(jìn)行了研究，重慶大學(xué)機(jī)械傳動國家重點試驗室朱才朝等人以有限元彈性接觸分析理論為基礎(chǔ)，創(chuàng)建了大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組升速齒輪箱傳動系統(tǒng)外嚙合和內(nèi)嚙合齒輪多齒接觸三維有限元模型，對其在額定載荷工況下的承載能力進(jìn)行了計算，為大型風(fēng)力發(fā)電升速齒輪箱傳動系統(tǒng)承載能力的估算、齒輪幾何參數(shù)的確定及零部件的強(qiáng)度分析計算提供了理論依據(jù)。西安交通大學(xué)的何正嘉等人運(yùn)用第二代小波基函數(shù)等，有效地提取出發(fā)電機(jī)組松動、齒輪箱沖擊摩擦等故障特征。采用合理的基函數(shù)或多重基函數(shù)（多小波）對動態(tài)信號進(jìn)行內(nèi)積變換，有效地提取了故障特征，進(jìn)行了正確的故障診斷。

在齒輪箱檢測領(lǐng)域，離線無損檢測和在線監(jiān)控技術(shù)的結(jié)合以及齒輪箱壽命估計有待進(jìn)一步研究。當(dāng)前的技術(shù)挑戰(zhàn)還在于將現(xiàn)有的技術(shù)拓展到定量無損評估，如電磁NDE，聲發(fā)射和結(jié)構(gòu)健康監(jiān)控，并用于風(fēng)機(jī)齒輪箱的遠(yuǎn)程監(jiān)測中。

1.3 發(fā)電機(jī)和電力電子設(shè)備的監(jiān)測

發(fā)電機(jī)包含電磁部分和諸多電力電子部分。這些部件的可靠性檢測也是風(fēng)電設(shè)備監(jiān)測的重要部分。機(jī)械振動、濕度、溫度和封裝形式都會引起這些部件的失效。由于風(fēng)能先后通過葉輪，主軸，齒輪箱，發(fā)電機(jī)后轉(zhuǎn)換成電能。其中風(fēng)力機(jī)葉片是彈性體，在風(fēng)載荷的作用下，作用在風(fēng)力機(jī)葉片結(jié)構(gòu)上的空氣動力、彈性力、慣性力等具有交變性和隨機(jī)性，力的耦合將會引起與電機(jī)某些振型共振的自激共振，即顫振。若該振動是發(fā)散的，會導(dǎo)致風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)破壞。此外，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行時由于多種原因，會使電機(jī)和機(jī)艙在各個方向有較大的振動，振動的頻率、幅度超過風(fēng)機(jī)設(shè)計要求時會對風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)行產(chǎn)生危害。在南京航空航天大學(xué)承擔(dān)的國家973項目課題中，南京航空航天大學(xué)與清華大學(xué)就影響風(fēng)力發(fā)電機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行的氣固耦合振動問題進(jìn)行研究，創(chuàng)建了大型風(fēng)電機(jī)組故障模型和動態(tài)響應(yīng)分析的理論方法。此外，華北電力大學(xué)王瑞闖，林富洪等人對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性在線監(jiān)測也進(jìn)行了研究。整體機(jī)械、電力系統(tǒng)和電機(jī)電器部分作為相似系統(tǒng)，可相互比對集成進(jìn)行研究。

除了機(jī)械部分之外，在風(fēng)力、溫差、潮濕條件下也將造成線路絕緣耐壓、腐蝕和接觸電阻的失效。發(fā)電機(jī)及其電力電子部件的電子類故障主要包括轉(zhuǎn)子、定子線圈絕緣故障、激勵線圈絕緣故障、整流器接地故障等，轉(zhuǎn)子、定子電路故障（包括線圈斷裂、線圈匝間短路、線對線短路（line to line short－circuit），相位對相位短路（phase to phase short－circuit）、焊接點松動故障等。機(jī)械故障包括轉(zhuǎn)子和定子的機(jī)械完整性故障以及鐵芯機(jī)械故障。電動機(jī)電流信號分析法（MCSA）是檢測發(fā)電機(jī)故障的傳統(tǒng)方法之一，通過對電流的檢測和分析，發(fā)現(xiàn)諸如線圈－地絕緣，定子、轉(zhuǎn)子線圈絕緣，轉(zhuǎn)子斷條等故障。另外通過數(shù)字微歐姆計可以實現(xiàn)對線圈直流電阻的測量，從而檢測焊接點松動、裂痕等缺陷。浪涌測試（Surge Test）通過分析電壓波形的衰減檢測線圈匝間短路。由于缺少對電機(jī)故障分析的知識和經(jīng)驗，目前國內(nèi)仍然使用阻抗測試來檢測電機(jī)故障。然而阻抗測試僅僅適用于生產(chǎn)階段的測試，也即線下測試。事實證明，它無法在電機(jī)運(yùn)行過程中對故障進(jìn)行監(jiān)測。在電力電子方面，當(dāng)電流通過半導(dǎo)體器件時功率損失引起的發(fā)熱也是造成失效的主要因素。隨著工作電壓和載流能力的增加，溫度和檢測系統(tǒng)對電力電子設(shè)備的可靠性具有非常重要的意義。

因此，針對電機(jī)的在線實時監(jiān)測的方法和技術(shù)研究依舊面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，有必要采用無損檢測和健康監(jiān)控對電力電子系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控，甚至可以作為智能電網(wǎng)接口功能的一部分有待深入研究。

1.4 風(fēng)電系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)控、狀態(tài)評估

由于風(fēng)力發(fā)電場通常位于較偏遠(yuǎn)的西部、海岸或者海上，且發(fā)電設(shè)備監(jiān)控需要對包括風(fēng)力葉片等旋轉(zhuǎn)部件在內(nèi)的大量元器件和系統(tǒng)進(jìn)行檢測、監(jiān)控和信息處理?？筛履茉吹奶卣鳑Q定了風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在與電網(wǎng)接口方面具有復(fù)雜性，在線監(jiān)控和信息收集和集成技術(shù)能夠為系統(tǒng)的效率和可靠性提供有效和重要的幫助。基于無線技術(shù)的通信技術(shù)和數(shù)據(jù)融合技術(shù)對此提供了可能的技術(shù)支撐，開展相關(guān)應(yīng)用集成技術(shù)研究是該領(lǐng)域重要研究內(nèi)容之一。無線傳感網(wǎng)絡(luò)綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計算技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)與無線通信技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等多種領(lǐng)域技術(shù)，其網(wǎng)絡(luò)由隨機(jī)分布的集成微型電源、敏感元件、嵌入式處理器、存貯器、通信部件和軟件（包括嵌入式操作系統(tǒng)、嵌入式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)等）構(gòu)成的一簇同類或異類傳感器節(jié)點與網(wǎng)關(guān)節(jié)點。每個傳感器節(jié)點都可以對周圍環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、簡單計算并可與其他節(jié)點及外界進(jìn)行通信。由大量智能節(jié)點組成的傳感器網(wǎng)絡(luò)具有很強(qiáng)的自組織能力，其多節(jié)點特性使眾多的不同類型傳感器可以通過協(xié)同工作進(jìn)行高質(zhì)量的測量，并構(gòu)成一個容錯性優(yōu)良的無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。此技術(shù)適合解決文章課題所面臨的檢測對象數(shù)量和種類眾多、分布面大，而又不能采用大量連線方式的檢測問題。

南京航空航天大學(xué)的袁慎芳等人在此領(lǐng)域做了大量的研究工作。另外，Newcastle大學(xué)從人工智能（AI）研發(fā)出的多代理技術(shù)（MAS），可以與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)合，不僅能有效地利用多元化、異構(gòu)和快速增長的網(wǎng)絡(luò)海量信息，而且在建設(shè)大型復(fù)雜的分布式信息處理系統(tǒng)方面具有較強(qiáng)的規(guī)律性。英國Newcastle大學(xué)的通信與信號處理團(tuán)隊在風(fēng)力發(fā)電設(shè)備監(jiān)控領(lǐng)域的無線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)、信號處理和融合方面、系統(tǒng)集成方面也進(jìn)行了大量的研究。

然而，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和信息通信技術(shù)工具會受惡劣環(huán)境條件等因素的影響。同時，在不同地點的結(jié)構(gòu)傳感器包含的信息量具有數(shù)據(jù)量巨大、數(shù)據(jù)類型多樣、數(shù)據(jù)分散以及異構(gòu)的特點。因此，在風(fēng)力發(fā)電結(jié)構(gòu)健康檢測中面臨的主要挑戰(zhàn)包括：在大型復(fù)雜的結(jié)構(gòu)中降低風(fēng)力葉片上的檢測系統(tǒng)重量；協(xié)調(diào)和管理大型稠密傳感器網(wǎng)絡(luò)，提高系統(tǒng)的整體魯棒性；綜合不同無損檢測方法的優(yōu)勢點，實現(xiàn)不同類型的傳感器的信息的整體集成，進(jìn)而實現(xiàn)整個風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的健康狀況的可靠評估。

2 結(jié)論

綜上所述，在世界范圍內(nèi)，針對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的無損檢測和健康監(jiān)控技術(shù)仍處于探索階段，缺乏對于整個風(fēng)電設(shè)備的完整的檢測和智能化的狀態(tài)評估系統(tǒng)。我國風(fēng)電技術(shù)在快速發(fā)展中，但是這些研究主要集中在風(fēng)力資源的監(jiān)測與評估、風(fēng)機(jī)的運(yùn)行特性、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)模型仿真、風(fēng)機(jī)的系統(tǒng)穩(wěn)定性以及根據(jù)風(fēng)速、風(fēng)力、角度調(diào)整的模擬系統(tǒng)，針對風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展還不成熟，尤其是風(fēng)機(jī)塔身和機(jī)頭的振動監(jiān)測［7］。作為風(fēng)電技術(shù)的重要組成部分，風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測領(lǐng)域主要有以下幾方面的研究工作：

（1）研究對于風(fēng)力渦輪葉片材料（復(fù)合材料）的無損檢測和狀態(tài)監(jiān)測的方法和技術(shù)，總結(jié)出適用的無損檢測方法，與負(fù)荷分析和破壞模式分析相結(jié)合，發(fā)展出大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測新型傳感器和成像技術(shù)，最終發(fā)展為對渦輪葉片進(jìn)行健康監(jiān)測的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。

·研究分布式光纖傳感器，碳納米管壓阻傳感器、智能材料等新型傳感裝置以及無線嵌入式傳感器的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)控系統(tǒng)。

·通過被動和主動監(jiān)測技術(shù)，發(fā)展用于研究大型風(fēng)力渦輪機(jī)的電磁熱成像技術(shù)，以及其他電磁成像模型如太赫茲技術(shù)，微波或近紅外模型。

·對不同無損檢測和狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)，如聲發(fā)射，紅外熱成像，超聲波、振動分析等技術(shù)應(yīng)用于復(fù)合材料特性，缺陷特征和系統(tǒng)辨識的研究，分析比較各種方法的長處和弱點，并進(jìn)行集成和融合。

（2）研究針對變速箱的電磁無損檢測和變速箱故障監(jiān)控狀態(tài)監(jiān)測以及生命周期評估技術(shù)。

·在對齒輪箱失效的類型、故障原因和危害分析的基礎(chǔ)上，對各種電磁無損檢測方法進(jìn)行集成和選擇，包括采用脈沖渦流技術(shù)進(jìn)行表面、亞表面缺陷檢測和應(yīng)力檢測、采用脈沖漏磁技術(shù)進(jìn)行疲勞裂紋監(jiān)測，以及采用磁巴克豪森噪聲技術(shù)方法進(jìn)行應(yīng)力和微觀結(jié)構(gòu)檢測等。

·基于電磁方法如巴克豪森噪聲，漏磁和二維ACFM等方法，發(fā)展單傳感器、多傳感器陣列和掃描機(jī)構(gòu)。研究不同傳感器對表面、亞表面缺陷、應(yīng)力分布檢測和應(yīng)變檢測的影響，得到優(yōu)化的結(jié)果。

·基于振動分析的齒輪箱在線監(jiān)測和故障分析系統(tǒng)。

·基于齒輪箱油溫和成分分析的檢測和分析系統(tǒng)。

（3）研究針對塔基的無損檢測技術(shù)，結(jié)合系統(tǒng)穩(wěn)定性分析，研究系統(tǒng)結(jié)構(gòu)故障監(jiān)控狀態(tài)監(jiān)測以及生命周期評估技術(shù)。

·基于熱成像、掃地雷達(dá)、電磁傳感技術(shù)的塔基無損檢測技術(shù)。

·基于振動分析和模態(tài)分析的系統(tǒng)穩(wěn)定性檢測和壽命分析。

（4）研究針對風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的電力電子部分的故障檢測技術(shù)，創(chuàng)建故障預(yù)測模型，實現(xiàn)用于電力電子、控制系統(tǒng)的監(jiān)控和傳感器檢測網(wǎng)絡(luò)原型系統(tǒng)，增強(qiáng)供電可靠性。

·針對電力電子系統(tǒng)疲勞的分析和導(dǎo)致嚴(yán)重?fù)p壞的失效識別，并提出故障預(yù)測的方法。采用理論仿真和試驗的方法來分析電力系統(tǒng)可靠性的預(yù)測模型和狀態(tài)檢測。

·結(jié)合上述機(jī)械系統(tǒng)中的無損檢測和結(jié)構(gòu)健康監(jiān)控方法，研究電磁傳感器陣列和紅外成像技術(shù)在電力電子故障檢測中的應(yīng)用。

·研究和創(chuàng)建監(jiān)控技術(shù)和模型，以針對極端惡劣環(huán)境（如振動）和天氣（如溫度、潮濕、風(fēng)暴等）等條件下關(guān)于線路老化、腐蝕、接觸電阻狀態(tài)的檢測。

·對不同方法的電力電子系統(tǒng)包括發(fā)電機(jī)、變流器、控制系統(tǒng)和電網(wǎng)接口檢測和成像檢測技術(shù)進(jìn)行評估、比較和改進(jìn)。

·結(jié)合其他機(jī)電系統(tǒng)的監(jiān)測方法和系統(tǒng)，設(shè)計和研究暫態(tài)在線狀態(tài)監(jiān)測方法和系統(tǒng)。

（5）研究用于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在線實時狀態(tài)檢測的混合傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)并搭建用于數(shù)據(jù)采集的系統(tǒng)，研究信息融合和實時判斷方法。

·傳感器和傳感器網(wǎng)絡(luò)的研發(fā)，包括系統(tǒng)關(guān)鍵部件安全監(jiān)測的無線傳感網(wǎng)絡(luò)研究；傳感和成像的實現(xiàn)，基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量供應(yīng)和通信帶寬問題的解決；陸上和近海等應(yīng)用環(huán)境下監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)和控制信息分層網(wǎng)絡(luò)平臺的搭建；在水下等特殊環(huán)境下的通訊魯棒性的研究；創(chuàng)建用于數(shù)據(jù)采集糾錯編碼通信和存儲壓縮的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等。

·研究和創(chuàng)建用于數(shù)據(jù)采集，容錯技術(shù)，數(shù)據(jù)壓縮和通信技術(shù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

·研究用于發(fā)電系統(tǒng)實時監(jiān)測的高效MAC和路由協(xié)議，優(yōu)化傳感器的采樣周期和數(shù)據(jù)傳輸速率?？紤]應(yīng)用固定的和自適應(yīng)的路由框架來確保優(yōu)化的傳輸控制，克服死鎖、活鎖等事件，以提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)質(zhì)量；針對可能出現(xiàn)的隨機(jī)或者季節(jié)性的能量需求變化進(jìn)行研究，以創(chuàng)建相應(yīng)機(jī)制，減小功耗，延長無線傳感網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用時間。

·研究提高信噪比，特征提取，無損評估數(shù)據(jù)和不正常數(shù)據(jù)特征以及數(shù)據(jù)管理的信號處理算法，例如采用非線性降噪、貝葉斯判斷等方法來增強(qiáng)信號，研究多層次分析、數(shù)據(jù)融合、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和人工智能等技術(shù)，開展微波和近紅外等多種方法相互融合的研究。

·研究風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)健康監(jiān)控的數(shù)據(jù)處理方法。融合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，采用信息和通訊技術(shù)結(jié)合的方法，采用多種傳感器組合通過網(wǎng)絡(luò)集成系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并進(jìn)行特征提取和結(jié)果分析。

對以上五個方面的深入研究，將促進(jìn)我國風(fēng)電技術(shù)的發(fā)展，縮短與國際先進(jìn)國家的差距，為我國“十二五規(guī)劃”中風(fēng)電行業(yè)的發(fā)展提供有力的技術(shù)支持與保障。

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