大容量海上风电机组智能功能要求技术规范（征求意见稿）

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JSEPA

江苏省电力行业协会团体标准

T/JSEPAXXXX—XXXX

大容量海上风电机组智能功能要求

技术规范

Technicalspecificationforintelligentfunctionalrequirementsoflargecapacity

offshorewindturbines

（征求意见稿）

在提交反馈意见时，请将您知道的相关专利连同支持性文件一并附上。

XXXX-XX-XX发布XXXX-XX-XX实施

江苏省电力行业协会  发布

T/JSEPAXXXX—XXXX

前言

本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定

起草。

请注意本文件的某些内容可能涉及专利，本文件的发布机构不承担识别专利的责任。

本文件由江苏省电力行业协会提出并归口。

本文件起草单位：华能国际电力江苏能源开发有限公司清洁能源分公司、北京创拓国际标准技术研

究院有限责任公司、中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司、国网江苏省电力有限公司电力科学研

究院、中国船舶集团海装风电股份有限公司、东方电气风电有限公司。

本文件主要起草人：

III

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大容量海上风电机组智能功能要求

技术规范

1范围

本文件规定了大容量海上风电机组智能功能要求及其技术指标。

本文件适用于单机容量5MW以上的风电机组。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，

仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本

文件。

GB/T18451.1风力发电机组设计要求

GB/T19069风力发电机组控制器技术条件

GB/T19071.1风力发电机组异步发电机第1部分：技术条件

GB/T19072风力发电机组塔架

GB/T19073风力发电机组齿轮箱

GB/T19568风力发电机组装配和安装规范

GB/T19960.2风力发电机组第2部分：通用试验方法

GB/T19963风电场接入电力系统技术规定

GB/T2900.53电工术语风力发电机组

GB/T30966.6风力发电机组风力发电场监控系统通信第6部分：状态监测的逻辑节点类和数据类

NB/T31122风电机组在线状态监测系统技术规范

NB/T31083风电场控制系统功能规范

JB/T10194风力发电机组风轮叶片

JB/T10300风力发电机组设计要求

JB/T10425.1风力发电机组偏航系统第1部分：技术条件

JB/T10426.1风力发电机组制动系统第1部分：技术条件

JB/T10427风力发电机组一般液压系统

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

智能化intellectualization

由现代通信与信息技术、计算机技术、传感器技术、智能控制技术、电力电子技术等汇集而成的针

对设备进行监控的各种的智能技术手段的集合。

风电机组智能化intelligentwindturbine

采用先进的状态监测、数据分析、决策支持、智能控制技术，使风电机组准确地感知自身和外部条

件、预判条件发展所带来的影响，并根据自身和外部条件变化情况，主动优化调整自身运行参数以运行

在最佳工况或保证设备安全的最优工况，功能完备的机组必须具备灵敏准确的感知功能、正确的思维与

判断功能以及行之有效的执行功能的风电机组。

传感器sensor

风电机组的状态感知元件，用于将设备某一状态参量转变为可采集的信号。

1

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智能电子装置intelligentelectronicdevice(IED)

智能电子装置为带有处理器、具有一定智能特征并具有以下全部或部分功能的装置：采集或处理数

据，接收或发送数据，接收或发送控制指令，执行控制指令。

主IEDmainIED

用于集合各监测IED信息，进行数据存储、处理，实现故障诊断、高级分析等功能，对风电机组的

运行可靠性、控制可靠性及发电能力等做出评估，并与风机主控系统进行交互，以实现风机自身最优化

运行控制，支持风电场远程控制和/或状态检修。

控制系统(风力机)controlsystem(forwindturbines)

接受风电机组信息和/或环境信息，调节风电机组，使其保持在工作要求范围内的系统。

延寿lifetimeextension

在设计寿命以外，延长机组或部件的使用寿命。

剩余使用寿命remainingusefullifetime

风电机组从现在到最终退役的日历时间。

格式化信息formatteddata

监测数据经处理后形成的数据集合。格式数据应有自明性，并符合风机控制系统的数据存储管理要

求。

结果信息concludedinformation

对监测数据的一种深度处理，形成运行可靠性、控制可靠性、负载能力的简明信息，满足调度(调

控）中心的应用要求。

4总则

组成与结构

智能型风电机组需要满足GB/T18451.1、GB/T19069、GB/T19071.1、GB/T19072、GB/T19073、

GB/T19568、GB/T19963、NB/T31122等要求，应由风电机组本体、传感器及智能电子装置IED、主IED

组成。其中，风电机组本体包括风机的机舱、塔筒、叶片等常规机组部件；传感器采集风机各类状态信

息；IED分为监测IED和主IED，监测IED分为气象监测IED、雷达测风监测IED等，监测IED可按监测项目

独立配置，也可集成配置；主IED完成各个监测IED的数据汇聚和高级分析、故障诊断等功能，以及与其

他系统的数据交互。传感器根据不同类型及应用需求通过电缆或光纤等接入监测IED或风机主控系统，

IED、主IED、风机主控系统接入过程层网络相互交互数据。过程层向上与风电场场控层及远端集控层进

行数据交互。

2

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图1智能型风电机组组成结构示意图

主要特征

4.2.1测量数字化

智能型风电机组应能量测机组的基本状态信息，如塔筒振动及各种预警/报警信息等，应能实现就

地数字化测量和预警/报警。

4.2.2控制网络化

智能型风电机组或其组（部）件应实现基于风电场内通信网络的控制，包括接收控制指令、响应控

制指令和反馈控制状态等。

4.2.3状态可视化

智能型风电机组应向风电场集控中心或调度中心及运维部门展示风电机组设备状态以供决策，宜通

过3D等手段提供友好的展示。

4.2.4功能一体化

智能型风电机组的功能应能够一体化，其特征应包括以下3个方面：

a)传感器安装应纳入风电机组本体或其组(部）件的设计；

b)各IED信息流应统一设计；

c)一体化设计应满足传感器安装要求，同时确保风电机组设备的安全运行要求。

4.2.5信息互动化

智能型风电机组的各状态监测IED之间、主IED与其他系统之间应能按需进行信息交互以支持实现要

求的智能化功能。

4.2.6调控自动化

3

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智能型风电机组应将状态监测量数据、报警数据及故障诊断结论数据与风机主控系统联动，实现对

风机的更优化控制。

技术要求

4.3.1总体技术要求

a)IED的接入与使用不应改变和影响风电机组的正常运行；

b)IED应具有较好的抗干扰能力和合理的监测灵敏度，监测结果应有较好的可靠性和重复性，以

及合理的准确度；

c)在满足故障判断要求的前提下，装置和单元结构应简单，使用维护方便；

d)IED设计寿命应不少于风电机组寿命。

4.3.2传感器的技术要求

a)应能够耐受安装位置处的电磁和温、温度、海况环境；

b)应安装在被监测设备附近，并对信号与电路实施有效的隔离和绝缘，其电源也应采用合适的

隔离措施，自身的故障不应影响其他系统或设备的运行。

4.3.3智能电子装置IED的技术要求

a)应具备根据时间和事件触发故障录波的功能；

b)应具有网络通信功能。

4.3.4主IED的技术要求

a)应能接入不同厂家、不同通信接口、不同通信协议的监测IED，并与其他系统进行通信；

b)应具有数据召唤功能；

c)宜具有就地存储功能，根据各监测IED不同的应用对采集数据进行存储；

d)主IED应具备与风电场场控层、远程集控中心等传输必要数据的标准接口，满足就地及远程

运维需求。

5功能基本要求

智能型风电机组应具备以下几类功能：

a)物联感知：通过传感器及监测IED，实现对风电机组的状态信息采集；

b)数据处理：主IED及监测IED对监测数据进行分类处理，并能进行异常点剔除和数据平滑处

理；

c)高级应用：主IED及监测IED具备异常报警、故障诊断、趋势预测及风机剩余寿命评估等高

级分析功能；

d)智能控制：主IED通过分析监测数据、报警信息等，与主控系统进行通信执行偏航、变桨等

控制操作，提升风机发电量并保持安全运行。

图2风电机组智能功能架构图

4

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6物联感知

智能型风电机组应通过安装各类传感器及监测IED实时连续循环采集风机各类状态信息，同时支持

对采集数据的自动校准、补偿、滤波等功能，支持断点续传、远程召唤功能。

表1智能型风电机组状态监测IED配置方案

序号IED名称主要功能安装位置应用建议智能化控制应用技术要求

数据汇聚、高级分析

1主IED机舱内部应采用

功能

基于气象的动态转矩见附录A

2气象监测IED温湿度、气压监测机舱外部应采用

控制技术

应采用（有齿轮见附录A

3油品监测IED齿轮箱油品质监测齿轮箱油品健康度监测

箱机组）

叶根、主轴、齿轮见附录A

4振动监测IED应采用振动抑制

箱

塔架振动抑制、加速见附录A

5加速度监测IED振动加速度塔顶、塔筒中段应采用

度监测

叶根、塔顶、塔基、监测叶片、塔筒弯矩、见附录A

6应力监测IED应力监测应采用

塔筒中段扭矩

监测塔筒相对位移及见附录A

7位移监测IED位移监测塔顶应采用

倾斜等

8倾角监测IED倾角监测塔筒应采用监测塔筒倾角见附录A

监测钢结构盐雾腐蚀见附录A

9盐雾监测IED盐雾监测塔筒应采用

情况

10绝缘监测IED绝缘监测发电机宜采用监测发电机局部放电见附录A

11机舱前置雷达测风IED雷达测风机舱顶部外表面宜采用前馈控制见附录A

声学多普勒波浪流速剖见附录A

12振动监测机位点附近海床可采用波浪引起振动的抑制

面仪IED

13噪声监测IED噪声监测塔筒门上方可采用噪声控制见附录A

14叶片净空监测IED叶片净空测量宜采用净空研究见附录A

叶根、变桨轴承、利用超声波监测螺栓见附录A

15螺栓预紧力监测IED螺栓预紧力监测宜采用

轮毂、塔筒基础环预紧力

16单波束声呐监测IED单波束声呐监测风机桩基础宜采用监测海床高程演变见附录A

17轴电流监测IED轴电流监测发电机宜采用监测发电机轴电流见附录A

18雷击监测IED雷击电流监测塔筒宜采用监测雷击电流见附录A

7数据处理

异常数据剔除

智能型风电机组的主IED应具备快速且准确的处理非线性、非平稳状态监控信号的能力，并且能对

非线性信号分析处理，可以对异常监测数据进行剔除。

数据分类处理

智能型风电机组的主IED应具备数据分类处理的能力，可采用适应工况的测量值分类方法，将数据

存储在多个"有功功率仓"内。通过比较只属于同一有功功率仓的信息，可以限制工况变化产生的影响，

从而降低误报警风险。

5

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图3有功功率仓的概念

数据平滑处理

智能型风电机组的主IED应能够识别并去除噪声和干扰数据，并对缺失点进行补足。

8高级分析

数据交互

应实现风机与风机、风机与其他系统、系统与系统的交互，实现不同设备、系统间相互协同工作。

智能型风电机组具备从其他系统获取所需状态信息的能力；具备响应其他系统对指定设备或装置状态分

析请求的功能；具备将设备的状态分析与诊断结果和相关系统进行信息交互的功能。满足GB/T30966.6、

NB/T31122要求。

状态识别

基于风电机组的状态监测信息，智能型风电机组应能提取正确的特征参数信息，并据此对风机状态

进行分类，风机涉及的状态，包括但不限于发电、发电兼有故障、启动、正常关机、紧急关机、停机（静

止或空转）、停机兼有故障、运输组装维护和修理等。

图4风电机组的状态

异常预警/报警

智能型风电机组的主IED和监测IED应能根据设置的监测量阈值或者变化率阈值进行预警/报警。

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故障诊断

智能型风电机组应具备形象展示各种监测信息的能力，通过包括机组总貌图、趋势图、时域波形图、

包络分析、FFT频谱图、自功率谱图、倒谱图、自相关谱图、瀑布图、轴心轨迹图、全频谱图等图谱展

现机组各种监控信息；同时，可借助人工神经网络、模糊及理论等先进算法，应能在故障发生后及时确

定故障类型并定位，评估故障影响与可恢复性，并对出现的故障提出指导处理意见；应具备故障录波功

能，自动存储故障前后的设备状态数据和控制装置动作情况，为故障原因分析提供依据。

故障预警/报警

智能型风电机组应能够依据历史数据库详细记录的故障发生时间、传感器种类、故障模式、维修记

录、振动特征量、转速、温度等信息，建立故障趋势特征量与故障模式匹配规则，具备提前识别失效特

征并进行故障预警/报警的功能。

趋势预测

智能型风电机组应基于监测历史数据，故障历史数据，采用预测分析算法对监测数据、故障发展趋

势进行预测，并记录及推送故障预警/报警信息。

状态检修

智能型风电机组应能根据各部件的故障诊断结论，具备延长或缩短各部件的维护周期建议的功能；

对于超期服役的机组，可实现对其进行延寿评估及管理的功能。

延寿评估

针对计划延寿的机组，依据外部条件、运行状态，对其当前以及延寿期间的结构完整性进行评估，

给出机组的剩余可用寿命。

大数据分析

智能型风电机组宜具备人工智能大数据分析功能，形成专用于人工智能故障预警/报警和诊断的大

数据库并集成数据验证功能。人工智能分析系统应实现对符合正态分布和不符合正太分布的监测数据分

别处理并建立自学习阈值模型的功能。

自修复及自优化

针对海上风电机组可达性差，机组需要具备自修复和自优化功能。

9智能控制

前馈控制

智能型风电机组宜具备激光雷达测风功能，提前感知风速等情况实现真正的预测控制，降低极限和

疲劳载荷。激光雷达的应用可以选用两种方式：直接测量和误差校正。直接测量在原有的控制器基础上

增加了激光雷达测风功能，通过程序设置功能切换，使用户自主选择使用的信号。

图5风向仪和雷达测风结合计算偏航设定点流程

7

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误差校正通过雷达测量计算出校正量，在偏航的时候在算法中予以补偿，实现更精准对风。

图6结合误差校正的偏航设定点计算流程

基于气象的动态转矩控制

智能型风电机组应安装温湿度传感器、气压传感器等用于采集温度、湿度和气压等额外气象数据，

实现风电机组基于气象的动态转矩控制。

风力发电机组风轮吸收功率计算公式：

1

P=CSV3…………………（1）

m2p

式中：

ρ——空气密度。ρ

ρ与Cp对风轮吸收功率的能力有着重要的影响。一方面可以通过对实时空气密度的检测，结合自身

的转矩控制策略，可以实时的调整运行在区域II的最优曲线；另一方面，结合IEC标准以及空气密度等

变量最终实现机组的最佳叶尖速比控制。

Ⅳ

Ⅲ

矩

转

Ⅱ

I

ω1转速ω3

图7基于气象参数调整转矩示意图

噪声控制

智能化风电机可根据风电机组周边居民敏感点等信息，选择安装音频采集装置实时采集机组周边的

声音强度，并反馈到机组主控系统，同时结合噪声控制策略，当噪声超过一定分贝采用降容运行的方式

避免噪声扰民，使风机具备环境友好性。

叶片净空自适应控制

智能化风电机宜安装距离监测仪，实测叶尖塔筒距离，当叶片出现严重弯曲，距离塔筒小于安全距

离时，主控系统应根据测量距离对叶片运行状态进行判断，控制机组停机或进行其他必须的控制，使叶

片恢复正常状态，避免扫塔风险。

8

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油品控制

对于有齿轮箱的智能化风电机，应安装油品监测传感器，实时进行油品健康状态检测，实现油品亚

健康预警，避免因维护不及时造成的安全隐患问题。

振动抑制

智能化风电机应安装振动传感器并将振动信号接入主控系统，实时体现机组振动状态，且可以增加

必要的控制策略进行振动抑制，使机组更加稳定运行。

独立变桨控制

智能化风电机宜安装载荷传感，通过独立变桨降低极限和疲劳载荷。

塔架推力载荷控制

智能化风电机应基于实测塔筒位移，控制塔筒推力载荷。

海上风电机组的雷击监测控制

对于海上风电机组，宜安装雷击监测传感器，监测雷击电流等信息，便于事故分析。

智能保护控制功能

海上风电机组宜具备智能保护功能。智能保护系统应具备外部环境因素预判功能，通过大数据实时

采集海上风电机组周边的环境变化，利用智能避险控制策略，主动进入避险模式。智能保护系统应具备

避险信息提示功能，将周边环境变化、风电机组避险状态等信息传送至集控、手持终端等设备，确保运

维人员及时获取相关信息。

并网适应性控制

具备柔性并网功能，按照GB/T19963要求执行。

10风电机组智能功能评估

a)可采用功能验证、性能测试、指标对比分析、专家评审等多种方式；

b)聚焦以量测数字化、控制网络化、状态可视化、功能一体化、信息互动话、调控自动化为原

则，对风电机组的功能基本要求进行评估；

c)评估的内容是确定风电机组基本情况（包括制造厂家、机组规格及产品型号等），评估包括

物联感知、数据处理、高级分析和智能控制等功能，详见表A.1；

d)IED中传感器的配置是基础，配置方案详见表B.1。

9

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附录A

（资料性）

风电机组智能功能

A.1风电机组智能功能见表A.1。

表A.1风电机组智能功能列表

功能分类功能细化详细指标

监测IED数量及配置

IED配置

主IED数量及配置

状态感知环境监测覆盖率

机械量监测覆盖率

监测项目涵盖范围

振动监测覆盖率

电气监测覆盖率

异常数据剔除异常数据剔除准确率

数据分类处理不同工况数据分类情况

数据平滑处理断点续传、缺失点补足等

与风机主控系统交互情况

数据交互

与电网调度等系统数据交互情况

阈值报警

异常报警

变化率报警

监测数据趋势图及波形图展示

故障录波存储

故障诊断

数据处理故障诊断定位

故障诊断结论

故障趋势特征量

故障预警故障模式分析

故障预警

监测量预测

趋势预测故障发展趋势预测

剩余寿命预测

检修周期调整

状态检修

延寿评估

前馈控制基于雷达测风的载荷分析

基于气象的动态转矩控制叶尖速比

噪声控制噪声分贝

叶片净空自适应控制是否与主控系统联动

智能控制油品控制是否与主控系统联动

振动抑制是否与主控系统联动、极限载荷分析

独立变桨控制是否与主控系统联动

塔架推力载荷控制是否与主控系统联动、极限载荷分析

雷击监测控制

并网适应性控制

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附录B

（资料性）

风电机组智能IED传感器安装

B.1IDE传感器安装列表见表B.1。

表B.1IED传感器安装列表

序号分类设备数量安装位置用途目标接入主控参数

矫正空气密度，更准确

1温湿度传感器1机舱外部监测温度、湿度温度、湿度

评价功率曲线

用于前馈控制、尾流控

机舱顶部外制，降低机组载荷，提

2机舱式激光雷达1前置测风风速、风向

表面高机组可靠性，提高风

环场发电量

境

监测冲刷情况，提前预海底高程（冲

3成像声呐4风机桩基础监测海床高程演变

警冲刷加剧刷深度）

监测机位点附近海面高度时程、有

声学多普勒波浪流机位点附近为验证一体化设计提供

41效波高、波向和周期，以及海流流

速剖面仪海床准确的水文边界条件

速和流向剖面

通过拾音器获得叶片旋转时切开

实现对叶片损伤的在线

5音频采集装置1塔筒门上方空气产生的气动噪声信号，提取出叶片异常信号

监测与故障诊断

能够反映叶片损伤的信号特征

避免出现叶片扫塔，提叶片与塔筒距

6电磁波传感器1监测叶片与塔筒的间距

高机组安全性离

验证叶片振动特性，计

7振动传感器3叶根监测叶片振动数据振动超限信号

叶算叶片固有频率

片

8应力传感器18叶根监测叶片弯矩、扭矩诊断叶片的结构性故障叶根载荷

通过监测叶片应力的变

9光栅传感器3叶片监测叶片的应力信号化情况诊断叶片的结构

性故障

对螺栓及连接构件进行

10螺栓预紧力传感器60叶根利用超声波监测叶根螺栓预紧力法兰面载荷

故障诊断与健康预警

变桨轴承螺栓预紧利用超声波监测变桨轴承螺栓预对螺栓及连接构件进行

11变24变桨轴承法兰面载荷

桨力传感器紧力故障诊断与健康预警

系监测变桨轴承在变桨过程中的振实现变桨轴承局部损伤

12振动传感器3变桨轴承振动超限信号

统动冲击信号的故障诊断

轮轮毂螺栓预紧力传利用超声波监测轮毂轴承螺栓预对螺栓及连接构件进行

138轮毂法兰面载荷

毂感器紧力故障诊断与健康预警

主监测主轴承在运行过程中的振动对主轴承局部损伤进行

14振动传感器2主轴振动超限信号

轴冲击信号故障诊断

监测齿轮箱齿轮啮合过程中的振实现齿轮箱齿轮的故障

15振动传感器4齿轮箱振动超限信号

齿动冲击信号诊断

轮

监测齿轮箱油品品质（颗粒度、电提前对齿轮箱油品问题

16箱油品监测传感器1齿轮箱

导率）预警，预测齿轮箱故障

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表B.1IED传感器安装列表（续）

序号分类设备数量安装位置用途目标接入主控参数

17发绝缘监测传感器1发电机监测发电机局部放电预防发电机故障

电

18机轴电流监测传感器1发电机监测发电机轴电流预防发电机故障

19位移传感器1塔顶监测塔筒相对位移及倾斜等提供机组安全基础数据塔筒位移

塔顶、塔基、

20应力传感器10监测塔筒弯矩、扭矩诊断塔筒结构损伤塔筒载荷

塔筒中段

对螺栓及连接构件进行

21螺栓预紧力传感器16塔筒基础环利用超声波监测塔筒螺栓预紧力法兰面载荷

塔故障诊断与健康预警

筒塔顶、塔筒降低载荷，提供安全预

22加速度传感器8监测塔筒振动频率塔筒频率

中段警

提前对风机塔筒问题预

23倾角传感器2塔筒监测塔筒倾角塔筒倾角

警，预测塔筒故障

提高机组的环境适应能

24腐蚀监测传感器1塔筒监测钢结构盐雾腐蚀情况

力

提前对风机基础问题预

25倾角传感器2桩基础监测基础倾角

警，预测基础故障

桩基础内表

26应力传感器22监测基础弯矩、扭矩诊断基础结构损伤

面

基桩基础内表降低载荷，提供安全预

27加速度传感器4监测基础振动频率

础面警

桩基础外表

28侧向土压力计10监测桩基础附近土体的压应力提供桩基础环境参数

面

提高机组的环境适应能

29腐蚀监测传感器4桩基础监测钢结构盐雾腐蚀情况

力

通升压站、机测点数据通过5G方式

305G基站及室分2信号传输

讯舱、塔筒传输

B.2IDE监测项目及要求见表B.2。

表B.2IDE监测项目及要求

监测对象监测参量选用原则技术要求(测量范围；不确定度)备注

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目次

前言.................................................................................III

1范围................................................................................1

2规范性引用文件......................................................................1

3术语和定义..........................................................................1

4总则................................................................................2

组成与结构......................................................................2

主要特征........................................................................3

技术要求