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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。
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