牧镭激光侯春一：激光传感设备在风电智能化运维技改中的应用成效

2025年3月18日-19日，由北极星电力网、北极星风力发电网与中国电力设备管理协会新能源运维专委会联合主办的第四届风电运维技改研讨会在北京盛大召开，南京牧镭激光科技股份有限公司应用技术经理 侯春一 分享了激光传感设备在风电智能化运维技改中的应用成效。第四届风电运维技改大会图文直播

大家好！今天，我代表南京牧镭公司，就“激光传感设备在风电智能化运维技改中的应用成效”与大家进行交流。本次分享主要涵盖市场背景、激光传感设备、激光传感应用方案、小结与展望这几部分内容。

前年，我在这个论坛上与大家交流了激光传感设备的原理和应用场景。如今，激光传感技术已得到规模化应用，这次我将结合具体案例，以及在新市场环境下运维技改难题和激光传感设备遇到的问题，展开深入探讨。

先来看市场背景。当前，风电机组容量呈快速上升趋势，陆上以6MW机组为主，海上则以10MW机组为主。根据风光协会的统计数据，在存量机组中，6MW以上的机组占比约20%，3MW以下的机组占比接近一半。这意味着存量机组数量庞大且情况复杂，我们在运维技改过程中面临着各式各样的问题。

在与业内从事运维技改的朋友们交流时，我们发现了许多新老问题，其中较为突出的有四大类：风资源评估、机组升级改造、机组运行安全以及智能运维。

风资源评估是机组评估的关键环节。若评估不准确，会导致后续机组状态评估和问题定位出现偏差。如今，人们对风资源测量的要求越来越高，不仅需要数据，还追求数据的便捷性、准确性和全面性。

机组改造和运行安全是行业核心问题。加装传感器是解决这两个问题的有效方案之一。通过传感器获取更多机组运行状态信息，我们能够及时识别风险，并基于这些传感设备进行实时控制和运用智能算法保障机组安全。

智慧运维同样需要我们加深对场站和风机的了解，这离不开大量的数据收集，也对测量设备提出了更高要求。

南京牧镭激光成立于2015年5月，专注于测风激光雷达系统的研发、生产、销售和数据服务，致力于成为国际一流的激光企业。我们是国内外少数全面掌握核心系统，拥有大量专利布局和核心技术能力的企业。目前，公司年产量超万台，市场占有率达65%以上，还获得了江苏省、南京市乃至全国的一系列企业资质，产品和企业也通过了众多国内外知名认证。

公司的主要测风激光雷达产品包括地基式、机舱式、三维扫描式和浮标式测风激光雷达。这些雷达适用于不同位置和场景，共同构成一个立体测量系统。地基激光雷达可测量不同高度层的风速；机舱式激光雷达能测量叶轮前方风速，并随机组偏航始终获取机组前方数据；三维扫描式雷达安装在地基，可发射激光，量程在10 - 20公里，能在一定空间范围内测量指定点；浮标式测量激光雷达则是海上浮标与地基雷达的结合，用于海上测风。

此外，我们还有针对风机叶轮系统的测量设备，如叶片净空监测雷达、叶片载荷测量系统、叶片振动测量系统和激光位移传感器。风机叶轮系统是机组的关键子系统，对机组安全和性能影响重大，但该系统复杂，许多变量难以直接测量。为此，我们构建了叶轮系统测量子系统，将传感器安装在主轴、叶片特定位置或机舱上，实现对叶轮的实时多维监测，为智能控制和深入了解风机提供支持。

接下来介绍激光传感器的应用案例。激光测风设备相较于传统测量方案具有诸多优势。以海上测量为例，传统测风塔建设困难，而采用浮标和地基式雷达的测量方案可有效解决这一问题。在复杂地形中，立测风塔不仅位置受限，运输安装成本高昂，且难以满足超大叶轮、高塔架项目的测量高度需求，而地基式激光雷达重量仅几十公斤，无需繁琐审批手续，成本优势明显，还能测量高风速。在复杂流程测量方面，脉冲式技术路线的激光雷达可同时测量10个以上截面的数据，有助于分析尾流和不均匀流场，为大叶轮机组的技改服务提供指导。随着国际风能协会和国内相关标准的完善，公司积极响应，获得分级认证，推动了测风雷达在行业内的广泛应用。目前，机舱系列雷达应用超1.5万台，地基雷达使用超2千台。

在具体应用方案上，对于复杂地形，虽然地基雷达代替测风塔有成本优势，但存在数据还原依赖算法假设的问题。我们采用CFD流场仿真方法，对雷达安装点位附近地形进行离散化建模和仿真，修正数据。在广西某风电场，修正前受复杂流场影响测量误差约6%，修正后误差可控制在3%以内，部分扇区误差降至1%以内，达到国际先进水平。

海上浮标测风时，浮标姿态变化会影响雷达测量。我们在雷达上安装高精度姿态传感器，结合计算方法进行实时姿态修正。在模拟海浪极端波动（波动角度6 - 10度）的实验中，测量结果经修正后误差在1%以内，满足国际最佳实践需求。

在复杂流场测量方面，三维扫描雷达可监测尾流状态，建立尾流模型并结合机舱雷达，能实现场群控制，提升发电量。对于大叶轮机组，还可通过2台3D雷达构建虚拟测风仪，高精度测量叶轮前方情况；使用机舱雷达测量前方多点多距离数据，也能为控制提供指导。此外，机舱雷达还能进行秒级风速预估，实现雷达辅助控制，降低成本、提升发电量和运行稳定性。

叶片状态监测系统的传感器抗电磁干扰和温飘干扰能力强，可搭配监测系统降低成本，已应用超4000台。该系统用于独立变桨控制，能降低大叶轮机组不平衡载荷，延长主轴使用寿命；还能进行极限载荷保护，降低叶片载荷风险。常用的三光束叶片监测系统可测量危险净空值，新算法有效降低了海面反射、激光散射及恶劣天气的影响，应用超1.7万台，结合净空保护算法，可在保障机组安全的同时优化发电量。

最后进行小结与展望。除现有工作外，我们还具备强大的年度生产能力和完备的服务体系，并积极参与行业标准制定，推动风电和激光传感行业发展。近年来，我们的激光传感设备在风电领域发展迅速，多元化的传感器解决方案为风电机组全生命周期提效。未来，我们将持续努力，打造更可靠的设备、更多创新测量方案以及一站式业主解决方案，创造更多价值。