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海润新能总经理杨明:风电机组的智能化始于先进传感器

北极星风力发电网  来源:电力头条APP    2017/9/14 17:26:16  我要投稿  

北极星风力发电网讯:9月14日,海润新能(北京)科技有限公司总经理杨明在2017第十届中国(江苏)国际风电产业发展高峰论坛作了《先进传感器助力风电提质增效》的主题报告。他认为,传感器是信息采集系统的首要部件,且置于系统最前端,是智能化风机关键零部件,传感技术、通信技术、计算机技术是现代信息技术三大技术。对于风电来说可以提高可靠性,减少损失。

海润新能(北京)科技有限公司总经理杨明

以下为电力头条APP为您带来的报告实录:

各位嘉宾,大家好!今天和大家分享的题目是先进传感器助力风电提质增效。一共分五个部分,先简单介绍一下传感器的价值。

人的五官是天然的传感器,人类是如何拥有了今天的智慧,是由于感官的帮助。如果你对环境不了解,很难做出正确的反应。其中视觉是最重要的感觉,贡献了80%以上的信息,其次是听觉,视觉和听觉一共贡献了90%多的信息。传感器是人体感官外化和体外进化的产物。传感器的历史很短,大概是上个世纪50年代,最早叫传统传感器,没有智能结构。最早的智能传感器是上个世纪80年代美国宇航局提出来的,计算机技术使传感器技术发生了巨大的变更,使得传感器有了人工智能的特性。

传感技术主要体现在以下几个方面:新原理、新材料、微型化、集成化等。智能传感器可以通过软件进行数据处理和逻辑判断,利用软件实现硬件难以实现的功能。这个是我国现役最好的战斗机歼20,作为价格高达10亿元的装备,提到了传感器和信息融合,足以证明传感器的价值和良好的客户体验。接下来就是传感器主要的功能:感知、认知和通信。传感器的网络大概经历了4-20mA到现场总线的模拟量信号。传感器是信息采集系统的首要部件,且置于系统最前端,是智能化风机关键零部件,传感技术、通信技术、计算机技术是现代信息技术三大技术。对于风电来说可以提高可靠性,减少损失。大家知道我们这个传感器价值相对来说很小,但是如果造成停机的话,海上风机一天停机发电量的损失在几万到十几万,而且海上风机不能达到立即维护,损失就会更大。而且有的传感器是操作网络、偏航控制、振动、安全运行,包括优化控制策略,提升发电量,促进风机智能化水平的升级。

接下来介绍几款在风电行业常用的传感器。第一个是机舱位置的传感器,数字式的。这个是来自德国TWK公司的,这个公司成立于1962年。这个传感器主要功能是接触电缆缠绕、安全链的保护,包括扇区管理,不场协同控制,提高整场发电量。通过利用管理技术减少某个方向上特殊风况对风机的危害,确保风机安全运行。这里边介绍一个比较新的原理,就是巨磁阻,是集磁性薄膜、半导体集成及纳米技术为一体的高新技术产品,特点就是可靠性高,像一个芯片一样,和风电行业用的通用传感器都完全不一样了。可靠性高,体积小,精度更好,能工作在恶劣环境中,这都是光电编码器不能比拟的。我觉得行业一直有一个误区,以前认为光电编码器可靠,光电编码器是非常不适合在海上应用的。

产品的特点多达4个可变成安全凸轮,SIL2,编码器也是安全的,包括有多种接口。四个安全开关分别与两个串联继电器连接,所有触点都是电气隔离的,适用于安全链。这个系列的传感器在全球已经有超过3万台的运行,一直运行良好。这个是振动监测仪,这个是它的外形。因为时间关系振动传感器、振动监测仪主要介绍有别于其他的特点,这个在0.2到1赫兹对低频塔筒的晃动,这个时候因为增幅最大速度为零,对风机冲击和磨损是最小。当塔筒停机时会对风机造成损害。这个特意强调一下,因为这个是功能安全因为以前陆上风机没有这么明确,但是海上都是有要求的,比较是仪表和传感器基于功能安全,因为是冗余的传感器数据更可可靠,包括更全面的软件算法计算各种输出和其他功能,包括软件算法持续控制设备。如果设备检测有错误的话,继电器全部关断,普通产品是无法实现这种功能的。这块也是功能安全产品特有的参数,包括这里符合IEC62061、IEC61508。其中对于海上风电来说也是一个非常大的,本身就是已经是冗余设计了,而且最大可持续工作时间20年。这里边也列举了包括编码器和开关,要确保危险在发生时,产品迅速进入到安全状态,不会对人身、环境以及设备造成损坏。我们产品符合安全等级和国际市场的需求,构成一个完整的安全链,传统观念中有采用机械安全装置的系统,由于存在部件可靠性的问题,因此不能说已充分考虑了安全因素,所以IEC接下来要对标准进行修改,也是基于这个理念。

这个是我们这个产品在风机上的应用。接下来是介绍一款风电气象数字化解决方案,我们这个是启用用了全气象参数的解决方案。这个也是一家德国公司位于德国西南部的位置。这个是德国MESA,它的公司是测量系统自动化。以前我们想测量风速、风向、气压、湿度的话,需要这么多独立的传感器分别接入系统里边,现在我们集成的方案,多功能的,通过两根线把这么多参数送到系统里了。

如今我国正全面进入信息化时代,通过数据分析和数据积累,将数据转化为生产力,为客户创造价值。这个主要是针对海上风电我们有哪些特点,比如说我们可以测量到100米的风速,包括我们的防护等级IP67,可以耐受每小时300毫米的降雨量,足以保证在台风、暴雨的时候能够对风机提供有效风速风向信号,进行安全的保护。大家可以看到中间有一个黑的部分,这个就是集成数字系统。这个可以提供空气温度、湿度、大气压力。空气密度不仅和大气压力和温度有关,也和湿度有关系。我们海上风电都是在沿海地区,包括海上湿气对叶片的影响,湿度越大功率输出越小。包括极端天气,因为极端天气来临的时候风速风向突变,气象要素也是随之迅速变化,往往是气压上升,温度下降。这里面我也提出了一个观点,人类已经进入数据化时代,传感器的价值是非常大的,助力风电机组从自动化向智能化跨越,感知环境的变化并且根据变化进行自动调整的自动化就是智能化。包括大部件的故障预警都需要借助于环境的参数。

这块简单说了一下空气密度。我也提出了一个观点,也查阅了一些资料,空气密度不只是分季节变化,在每天气压密度变化也是非常明显的,尤其在低纬度地区平均达到300到400帕。因为欧洲一般都是中高纬度地区,因为福建、广东都是属于低纬度地区。这个就是简单的我们通过完整的测试,这个是我了解到唯一带有IECRE和国际认证标准,并且通过的测试报告,就是风速风向的测量精度。这些都是按照IEC61400-12-1的标准。关于偏航前面嘉宾也提到了,只有极少数的风机偏航误差在2度以内,大部分在6度和10度以内。上午明阳也说过了,大部件就不需要关注了,业主应该关注一些小部件,这些反过来是最影响业主效益的。测风仪应该符合IEC的标准,这是最起码的要求。这是今年最新的4MW-141的风机。这是极限风的测试,只能测到91.5米/秒,可以保障沿海对于台风机型的使用。这个是海上风机安装的图片。

最后我也想说一下,应该增加传感器的数量,提高传感器的性能,提高控制系统的感知能力,网络化智能传感器是趋势。传感器作为风机除人工设置参数以外的唯一输入,其重要性不言而喻。传感器感知外界环境的能力,决定了风机信息输入的准确性和丰富性。对于传感器应用的创新,往往也是智能风机创新的基础。人类智能的根本特征是从已知去得出新知,能对环境变化做出正确的判断和适当的反应。风电机组的智能化始于先进传感器。谢谢大家。

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