A fault prediction method for generator bearings of offshore wind turbines based on DBO-XGBoost model and EWMA control chart

WU Qing; WANG Xiao; TAO Yanting; SONG Zeshuang; XU Linghua; YAN Jianguo; XING Xueshu

doi:10.16579/j.issn.1001.9669.2026.01.017

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A fault prediction method for generator bearings of offshore wind turbines based on DBO-XGBoost model and EWMA control chart

·Fatigue·Damage·Fracture·Failure Analysis· | 更新时间：2026-01-21

- A fault prediction method for generator bearings of offshore wind turbines based on DBO-XGBoost model and EWMA control chart
- Journal of Mechanical Strength Vol. 48, Issue 1, Pages: 133-142(2026)
- 作者机构：
  
  1.贵州大学电气工程学院，贵阳 550025
  2.中国电建集团贵州工程有限公司，贵阳 550006
  3.中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司，贵阳 550081
- 作者简介：
  
  WANG Xiao, E-mail: xwang9@gzu.edu.cn
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(61861007);Guizhou Provincial Science and Technology Plan Project (Qiankehe Jichu-ZK 〔2021〕 General 303);Guizhou Provincial Science and Technology Support Plan (Qiankehe Zhicheng 〔2022〕 General 264, Qiankehe Zhicheng 〔2023〕 General 096, Qiankehe Zhicheng 〔2023〕 General 412, Qiankehe Zhicheng 〔2023〕 General 409);Power China Guiyang Engineering Corporation Limited(YJ2022-12);Science and Technology Project of Power China Construction Corporation Limited(DJ-ZDXM-2022-44)
- DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2026.01.017
  CLC： TP181
- Received：10 May 2024，
  
  Revised：2024-06-18，
  
  Published：15 January 2026
- 稿件说明：
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吴青，王霄，陶彦亭，等. 基于DBO-XGBoost模型和EWMA控制图的海上风电机组发电机轴承故障预测方法［J］. 机械强度，2026，48（1）：133-142.

WU Qing，WANG Xiao，TAO Yanting，et al. A fault prediction method for generator bearings of offshore wind turbines based on DBO-XGBoost model and EWMA control chart［J］. Journal of Mechanical Strength，2026，48（1）：133-142.
吴青，王霄，陶彦亭，等. 基于DBO-XGBoost模型和EWMA控制图的海上风电机组发电机轴承故障预测方法［J］. 机械强度，2026，48（1）：133-142. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2026.01.017.

WU Qing，WANG Xiao，TAO Yanting，et al. A fault prediction method for generator bearings of offshore wind turbines based on DBO-XGBoost model and EWMA control chart［J］. Journal of Mechanical Strength，2026，48（1）：133-142. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2026.01.017.

摘要

目的

为及时发现海上风电机组发电机轴承的故障，提出一种基于蜣螂优化（Dung Beetle Optimizer

DBO）算法和极端梯度提升树（eXtreme Gradient Boosting

XGBoost）模型的DBO-XGBoost发电机轴承温度预测模型，并结合指数加权移动平均值（Exponentially Weighted Moving Average

EWMA）控制图实现发电机轴承的故障预测。

方法

首先，通过最大互信息系数（Maximal Information Coefficient

MIC）选取数据采集与监视控制（Supervisory Control And Data Acquisition

SCADA）系统中能准确表征发电机轴承状态的关键特征，并将其输入DBO-XGBoost模型中，对正常工况下的发电机轴承温度进行预测。其次，使用马氏距离（Mahalanobis Distance

MD）衡量真实值与预测值之间的偏差，并将MD序列输入基于EWMA控制图的变点检测算法中，以获取故障出现的变点，从而实现故障预测。最后，基于特征的重要性构建轴承故障模式知识图谱。

结果

结果表明，所提方法能对正常工况下发电机轴承的温度实现较为精准的预测，并能提前3天对故障进行预警，与通过设定单一阈值进行故障预警的方法相比，所提方法能更准确地检测到故障发生的时间。构建的轴承故障模式知识图谱为运维人员提供了可视化的运维决策支持。

Abstract

Objective

To detect faults in the generator bearings of offshore wind turbines in a timely manner

a DBO-XGBoost prediction model for predicting generator bearing temperature was proposed based on the dung beetle optimizer (DBO) algorithm and eXtreme Gradient Boosting (XGBoost) model. Combined with the exponentially weighted moving average (EWMA) control chart

this model enables fault prediction for generator bearings.

Methods

First

key features that can accurately characterize the operational status of generator bearings were selected from the supervisory control and data acquisition (SCADA) system by means of the maximal information coefficient (MIC)

and these features were then fed into the DBO-XGBoost model to predict the generator bearing temperature under normal operating conditions. Second

the deviation between the actual values and the predicted values was quantified using the mahalanobis distance (MD)

and the MD sequence was input into a change-point detection algorithm based on the exponentially weighted moving average (EWMA) control chart to identify the change points corresponding to fault occurrences， thereby enabling fault prediction. Finally

a knowledge graph for bearing fault modes was constructed on the basis of feature importance.

Results

The results demonstrate that this method can achieve relatively accurate prediction of generator bearing temperature under normal operating conditions and issue early fault warnings 3 days in advance. Compared with the fault warning method relying on setting a single threshold

this method can detect the time of fault occurrence with higher accuracy. In addition

the fault modes knowledge graph constructed for bearing provides visualized operation and maintenance decision support for operations personnel.

关键词

Keywords

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