基于多模態深度學習的新能源設備運維決策研究

中圖分類號：TP277 文獻標志碼：ADOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2025.12.004

文章編號：1003-5168（2025）12-0020-04

Research on Operation and Maintenance Decision-Making of New Energy Equipment Based on Multimodal Deep Learning

ZHAO JingleiLI YaoxiWUXuejie LIUMingyueYIN Haolin （PowerChina Renewable EnergyCo.，Ltd.，Beijing1Oo101，China）

Abstract：[Purposes] New energy equipment is often exposed to complex environments and is prone to secondary damage due to various factors，leading to a decrease in the quality of maintenance decisions for new energy equipment. Therefore，a new energy equipment maintenance decision method based on multimodal deep learning is proposed.[Methods] By using multimodal fusion technology，the operation and maintenance data of different modalities such as text， image，language， etc.are organically integrated to form a consistent reference framework and scale range.Build a new energy equipment operation and maintenance decision model based on multimodal deep learning，input the fused operation and maintenance data into the model，and predict the potential failure risks of the equipment through real-time analysis of its operating status. Generate new energy equipment operation and maintenance dispatch decisions to determine whether to dispatch operation and maintenance personnel for repair and maintenance. [Findings] The case analysis results show that the proposed method can accurately predict new energy equipment failures and generate better results in the operation and maintenance decisions of new energy equipment.[Conclusions] This method has practical application value and can provide certain degree of data support for new energy equipment operation and maintenance decisions.

Keywords： multimodal; deep learning; new energy; equipment operation and maintenance; decisionmaking methods

0 引言

新能源主要包括太陽能、風能、水能等天然形成的資源，能夠極大代替石油、煤炭等資源，減少環境污染，改善生活環境。新能源設備是利用天然形成的能源進行發、配、輸、送電能的設備，能有效降低能源的消耗，減少企業的運營成本，實現“雙贏”的目標。在新能源設備運行過程中，經常出現電池故障、電動機故障、逆變器故障、傳感器故障等問題，影響整個用電過程。通過設備運行維護，能夠找出潛在隱患，從而提前更換故障元件，延長設備的使用壽命。然而，受新能源運行環境的影響，運維決策措施會存在一定的失誤情況，影響設備運行質量。

針對上述問題，相關研究人員提出多種運維決策方法。如饒桐等1提出基于知識圖譜的新能源設備運維決策方法，利用知識圖譜來采集設備基本信息、運行信息、故障信息等多個維度信息，通過圖譜查詢與分析的優勢生成相應的運維決策方案。但該方法涉及多個類別的信息，信息融合存在困難，從而影響運維決策結果；涂文奇等2提出基于NL2SQL融合知識圖譜的新能源設備運維決策方法，利用NL2SQL，將知識圖譜整合的信息轉化為SQL查詢語句，提高了運維決策效率。但該方法存在語義理解的局限性，影響運維決策的有效性。因此，本研究結合多模態深度學習的優勢，設計出基于多模態深度學習的新能源設備運維決策方法。

1基于多模態深度學習的新能源運維決策方法設計

1.1新能源設備多模態運維數據融合

在新能源設備運維過程中，存在設備日志、維修記錄等文本模態數據，設備外觀、故障部位圖像等圖像模態數據，操作指令、設備異常聲音等語言模態數據。不同模態的數據蘊含著不同的設備運維信息，對設備運維決策具有重要作用3。通過多模態融合技術，將不同模態的運維數據進行有機整合，使運維數據具有一致的參考框架與尺度范圍。不同模態的運維決策數據表示見式（1）。

Y_f=h[X_f（Y₁，Y₂，...，Y_n）]

式中： X_f 表示運維決策數據特征向量； Y_?1? Y₂，Y_n 為不同特征向量得到的決策向量。 X_f 的計算見式（2）。

式中 ：X₁，.X₂，X_n 分別為文本、圖像、語言等不同模態的原始運維數據的特征向量； Π_g 為神經網絡激活函數。新能源設備運維數據融合過程見式（3）。

式中： D₁，D₂，D_n 分別為文本、圖像、語言等不同模態數據 _;f 為加權平均融合函數。通過對多模態運維數據的融合分析，能對設備故障進行預警和診斷4。當設備出現異常時能及時發現并發出預警信號，為運維人員提供及時的維修決策。

1.2基于多模態深度學習的新能源設備運維決策模型構建

將上述獲取的新能源設備多模態運維數據融合作為基于多模態深度學習的新能源設備運維決策模型的輸人，學習新能源設備的衰減規律，從而提高運維決策的有效性[5。在新能源設備運維決策建模之前，對 D_f 進行預處理，通過歸一化函數，將各類運維數據縮放到同一個統一的尺度上，便于多模態深度學習模型的融合與訓練。具體過程見式（4）。

D_p=N（D_f）

式中： D_p 為處理后的設備運維數據； N 為歸一化函數。將 D_p 作為輸入條件，構建基于多模態深度學習的新能源設備運維決策模型 κ ，具體見式（5）。

式中： θ_i 為 ? 在第 i 個模態上的特征參數； L 為運維決策數據多模態融合損失°； X_i 為第 i 個模態提取到的特征向量； Y_i 為第 i 個決策向量在深度學習模型上的預測結果。 X_i 和 Y_i 的計算見式（6）和式（7）。

式中： ? 為 tanh 函數； ψ 為加權平均值; 分別為 Y₁，Y₂，Y_n 輸入到深度學習模型后得到的決策值； λ 為融合權重。由此，建立基于多模態深度學習的新能源設備運維決策框架，如圖1所示。

由圖1可知，將新能源設備運維決策分為運維和決策兩個部分[7]。運維部分在第一階段，完成數據融合任務；決策部分在第二階段，通過深度學習得到設備正常狀態和異常狀態的特征，進而決策

設備是否需要運維。

1.3新能源設備運維派遣決策生成

根據運維決策模型實時分析新能源設備的運行狀態，預測設備潛在的故障風險，生成新能源設備運維派遣決策規則[8]。當 κ=1 時，派遣運維人員維修新能源設備；當 κ=0 時，不派遣運維人員維修新能源設備。運維派遣決策規則，如圖2所示。

由圖2可知，當輸入數據列表 [0.55，0.85，0.56，0.73，0.80，0.58，0.66時， κ=1 ，表示該新能源設備的運維決策是派遣，也就是派遣運維人員進行故障維修與隱患維護；當輸入數據列表 0.25時， κ=0 ，表示該新能源設備的運維決策為不派遣，該設備的運行質量較佳。

2 實例分析

2.1設備概況

為了驗證本研究設計的方法是否滿足新能源設備運維決策需求，以風電機組X為例，對上述方法進行了實例分析。X機組屬于新能源設備，選取風速、功率、轉速、電壓、電流等設備參量作為運維決策模型的輸入條件，設備參量見表1。

由表1可知，在設備運行過程中，存在齒輪箱油溫超限的故障情況，功率參量明顯高于正常情況，溫度參量同樣出現變化。通過運維決策調整功率、溫度等參量，使X設備能夠正常運行。

2.2 應用結果

在上述條件下，本研究對功率和齒輪箱油溫參量進行分析。已知在 150～200min 的位置上，存在齒輪箱油溫超限故障。由此得到運維決策前后的功率、油溫變化結果，如圖3所示。

由圖3可知，齒輪箱油溫是新能源設備風電機組運行的重要參數，能夠反應齒輪箱的運行狀態。

當油溫超過正常范圍時，證明齒輪箱存在故障或磨損，需要對該設備進行更換溫控閥、清洗散熱片等。功率序列反映了風電機組的發電效率，功率波動區間較大，則證明該設備存在故障問題，需要及時對機組進行故障部件修復或更換等，確保設備的正常運行。在運維決策后的 150～200min ，功率波動變化縮小，設備達到了較為穩定的運行狀態。同時，齒輪箱油溫序列始終在 50～60^°C 的范圍內變化，設備運行穩定性較佳，運維決策效果較佳。在其他條件均已知的情況下，本研究設計的基于多模態深度學習的新能源設備運維決策方法的應用結果，如圖4所示。由圖4可知，新能源設備運維的過程中存在多模態數據，根據 P 值能判斷多模態數據融合前后的顯著性差異， P 值越小，多模態數據的融合效果越佳。根據 P 值變化情況來分析齒輪箱油溫，能判斷設備運維決策效果。運維決策前，在 0～0.1s. 0.2～0.3s 的位置上，存在運維數據差異性問題，導致齒輪箱油溫分析在 0～0.1s?0.2～0.3 s出現了失誤，從而對這兩個位置進行了不當的運維，影響新能源設備的正常運行。使用本研究設計的方法后，P 值并未出現數據差異性問題，多模態融合效果良好。同時，齒輪箱油溫變化處于較為穩定的區間，但在 0.5～0.9s 油溫偏高，可采用限功率運行的運維決策措施，減少齒輪箱的負荷與發熱量，有效降低了油溫，運維決策效果較佳。

3結語

近年來，隨著新能源資源開發利用的不斷深人，帶動了新能源產業的發展。新能源設備雖然能夠高效運行，但其受到運行環境的影響較大，運行維護面臨著較多的挑戰。因此，本研究從多模態數據融合、運維決策模型、運維派遣決策等方面考慮，設計了基于多模態深度學習的新能源設備運維決策方法，以此保證運維決策質量，為設備運維決策提供了數據支撐。

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