成都阜特科技股份有限公司副總苗強(qiáng)：風(fēng)電控制系統(tǒng)在結(jié)冰地區(qū)應(yīng)用

　　

 

成都阜特科技股份有限公司副總苗強(qiáng)先生

 

　　苗強(qiáng)：非常高興組委會給我們這個(gè)機(jī)會把我們的主題匯報(bào)一下。我的標(biāo)題是“風(fēng)電控制系統(tǒng)在結(jié)冰地區(qū)應(yīng)用”，我們簡單的說一下，因?yàn)槲覀児驹谖髂系貐^(qū)的業(yè)務(wù)比較多，實(shí)際上除了高山、山地環(huán)境、高原環(huán)境比較多以外，其實(shí)結(jié)冰是遇到的一個(gè)很大的問題，我們公司的產(chǎn)品是主控變槳，我們第三電器的產(chǎn)品就是做除冰控制，現(xiàn)在言歸正傳。

 

　　我這個(gè)題目分為四個(gè)部分，因?yàn)槲覀冏鲋骺刈儤泻荛L一段時(shí)間了，到目前為止今年是第十個(gè)年頭，我們主控變槳能做得東西，包括標(biāo)準(zhǔn)的參與等等這些東西都做得比較多，實(shí)際上我們就開始在三年前做除冰的控制，但是這個(gè)除冰控制在國內(nèi)發(fā)展相對比較緩慢。我們第一臺樣機(jī)做完以后三年之內(nèi)沒有任何人來跟我們談這方面的實(shí)質(zhì)的地方，這個(gè)過程中我們就參加了國際能源署的一個(gè)項(xiàng)目，今天講的重要的內(nèi)容就是這個(gè)項(xiàng)目中間的一些內(nèi)容。

 

　　風(fēng)電組結(jié)冰有什么危害？大家不說大概也清楚，我主要就是兩點(diǎn)：第一點(diǎn)就是說我們有一個(gè)安全的風(fēng)險(xiǎn)，一般來說有兩種，風(fēng)機(jī)停下來是墜冰，如果風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)起來就會甩冰，同時(shí)掉下來的冰可能大家沒見過，可能幾公斤甚至十幾公斤的都有，人員和在下面的包括輸電線，箱變這些都有極大的危險(xiǎn)。第二就是機(jī)組損失，機(jī)組損失主要第一就是傳感器失效，因?yàn)槲覀円沧龀暡ǖ娘L(fēng)速風(fēng)向儀，每年都跟用戶折騰，都不能解決結(jié)冰的問題。實(shí)際上什么原因？原因并不是因?yàn)槲覀兲筋^被封堵了，氣象架都變成冰棍了。然后是啟動外形的改變，就是風(fēng)機(jī)葉片發(fā)生了很大的變化，表面的粗糙度還有相應(yīng)的東西都會發(fā)生變化。整體的葉輪質(zhì)量增加，增加沒有關(guān)系，關(guān)鍵是有可能不平衡。損害大家清楚，最簡單就是設(shè)備停機(jī)，然后就是整個(gè)風(fēng)機(jī)的狀態(tài)下運(yùn)行效率會下降，下降到什么程度，待會兒我們會說一下。然后就是機(jī)組載荷增加，增加疲勞。

 

　　國際能源署TASK19主要是協(xié)調(diào)整個(gè)國際上的節(jié)能，保證我們能夠拿到比較便宜的石油價(jià)格，是他們成立的初衷。他們下面很多的組委會都是以節(jié)能方式為主的，TASK19項(xiàng)目就是說寒冷氣候條件下風(fēng)能的利用，目標(biāo)就是收集寒冷氣候下的科研成果，為寒冷漆黑條件下多風(fēng)場，建設(shè)、運(yùn)營、維護(hù)、環(huán)境等安全方面提供有效信息。研究成果交流與合作搭建有利平臺。屬性就是項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)自籌，研究成果共享。國內(nèi)主要是由中國空氣動力研究院牽頭，我們金風(fēng)包括華南理工大學(xué)、汕頭大學(xué)和我們都參與到這個(gè)組織當(dāng)中來。

 

　　首先這就是他去年的一些研究成果，他們把寒冷氣候條件下的風(fēng)電分為兩個(gè)部分，一個(gè)是結(jié)冰的，一個(gè)是低溫的。每年市場從2015年、2020年他有一個(gè)預(yù)測，一個(gè)增長的趨勢。結(jié)冰環(huán)境就是超過全年1%或者是氣象結(jié)冰期超過全年5%，實(shí)際結(jié)冰期是氣象結(jié)冰區(qū)。低溫環(huán)境就是年平均氣溫低于0度或者全年超過9天日平均氣溫低于負(fù)20度的情況。

 

　　第二個(gè)研究成果就是它把結(jié)冰分為了五個(gè)區(qū)域，一級、二級、三級、四級、五級，分為氣象結(jié)冰期和儀器檢測到的結(jié)冰期，另外還有一個(gè)產(chǎn)值減少的這部分，相當(dāng)于我們風(fēng)場一樣他們做了一個(gè)簡單的分類。

 

　　下面一個(gè)就是他們最近發(fā)布的一個(gè)結(jié)冰的地圖，從這個(gè)圖上大家可以看到，我們中國還算好，真正的結(jié)冰區(qū)域主要是發(fā)生在歐洲，甚至是北歐。紅色的點(diǎn)就是它的損失率會超過20%的情況，實(shí)際上大家看到我們在中國的南方地區(qū)比北方地區(qū)為什么他這個(gè)問題還更嚴(yán)重一些？因?yàn)槟戏郊撅L(fēng)空氣濕度比較大，而且山地比較多，所以說這種結(jié)冰的條件比北方甚至更好。因?yàn)槲覀兊谝粋€(gè)風(fēng)場就是在東北地區(qū)，我們發(fā)現(xiàn)他的真正的很多時(shí)候都是干的冰霜，真正的結(jié)冰我們真的是在南方地區(qū)比較多一些，而且我們試驗(yàn)的風(fēng)場主要也是在貴州和四川地區(qū)，云南地區(qū)。

 

　　他發(fā)布了一個(gè)結(jié)冰損失標(biāo)準(zhǔn)預(yù)估軟件，這個(gè)軟件基于SCADA數(shù)據(jù)，然后把不同的結(jié)冰情況下以及風(fēng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)行效果都做了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)圖形的定義，就是說如果你低于這個(gè)情況下就考慮防除冰系統(tǒng)是不是健全或者是不是有效。

 

　　結(jié)冰計(jì)算模型的對比，現(xiàn)在比較流行的結(jié)冰模型一共分了九類，他是根據(jù)九類不同的優(yōu)勢有些不同，然后他對所有的這些軟件進(jìn)行了一些測試，大概是這樣一個(gè)情況。

 

　　另外一種防除冰的系統(tǒng)做了一些對比，放除冰系統(tǒng)主要分為四大類，分為主動的和被動的，主動的就包括防冰和除冰的，防冰、除冰實(shí)際分了這么多類以后主要還是分為熱氣法、電熱法、微波法、涂層法，我們公司對熱氣法和電熱法系統(tǒng)都有一些嘗試，實(shí)際上我們總體感覺電熱法的實(shí)際效果要高于熱氣法，因?yàn)闊釟夥ㄒ粋€(gè)它的除冰的時(shí)間比較長，第二它的效率也比較低，國內(nèi)許多企業(yè)優(yōu)先考慮的也是電熱法。另外就是說涂層和微波，在國內(nèi)涂層實(shí)際上用的比較多，但是由于我們國家特別是在沙漠或者是隔壁區(qū)域風(fēng)沙情況比較嚴(yán)重，它的涂層耐久性不太好，所以一般我們真正遇到比較嚴(yán)峻的氣候條件的話，更多采用的是電熱法。

 

　　整個(gè)風(fēng)力機(jī)的測試方案分為四個(gè)階段，就是說在防冰、除冰系統(tǒng)四個(gè)系統(tǒng)做完了以后四個(gè)階段，第一就是結(jié)冰風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)，第二是環(huán)境風(fēng)洞，我們組里面農(nóng)業(yè)大學(xué)他們有相應(yīng)的小型的配置，第三是樣機(jī)測試和風(fēng)場測試，分為四個(gè)步驟。

 

　　最后他把這個(gè)冰脫落建立了一個(gè)判別標(biāo)準(zhǔn)也列出了一個(gè)公式，這個(gè)公式主要和塔架的高度和葉輪的直徑有一定的關(guān)系，是它們合的1.5倍，在這個(gè)范圍內(nèi)我們可以定義為這個(gè)是冰甩出去的一個(gè)定義。第二就是冰墜落區(qū)跟它的葉輪的直徑影響就不是很大了，主要是它和風(fēng)速有一定的關(guān)系。那么根據(jù)這樣不同的風(fēng)速和葉輪直徑的情況下，他就做了一個(gè)相當(dāng)于危險(xiǎn)的圖示，就是說越是紅的地方越是可能導(dǎo)致冰會散落下來的風(fēng)險(xiǎn)比較大，這種情況下可以采取相應(yīng)不同的措施，比如說道路、輸電線的布置，可以考慮這樣的一個(gè)圖像的因素。

 

　　具體的防除冰技術(shù)我們把它分為四個(gè)簡單的階段，第一是測冰，一般測冰的方法比較多，分為物理法和工況法，物理法比如電法、機(jī)械法，還有波導(dǎo)法，總之有很多的方法。比如說我們右下角的這個(gè)東西，它用的主要是超聲波的原理。國內(nèi)也有采光激光原理的，這是它的物理法，實(shí)際探測某一個(gè)點(diǎn)位在那個(gè)地方的冰的覆蓋情況。

 

　　具體的我們還有一種方法叫工況法，工況法無非就是兩種，一種就是根據(jù)功率曲線大家推算它的結(jié)冰，另外一個(gè)就是根據(jù)葉片的載荷，我們公司所做的產(chǎn)品主要還是葉片載荷，利用光纖載荷傳感器測量葉片的載荷，來分析葉片的情況。初步我們做了一個(gè)估算，單支葉片大概50公斤左右的積冰就可以有一定的反應(yīng)了，但是這個(gè)好處就是它比較真實(shí)的反應(yīng)這個(gè)葉片的情況，而不是某一個(gè)點(diǎn)的抽象。

 

　　第二就是防冰方法，第三就是化學(xué)涂層，另外我們現(xiàn)在打上藍(lán)色的啟動調(diào)節(jié)，因?yàn)轱L(fēng)機(jī)有各種模式，實(shí)際上我們正在探索如果采用特殊的工角，其實(shí)在初期就對覆冰有很大的改善。除冰方法我們有熱風(fēng)法和碳膜法，具體的方法就是我們可以通過局部的冰進(jìn)行推測，更可以采用現(xiàn)在大數(shù)據(jù)的方法。

 

　　我們引用了加拿大阿爾特大學(xué)研究Kent Hill風(fēng)電數(shù)據(jù)為依據(jù)做了一些分析，主要的分析指得是用大數(shù)據(jù)的分析。

 

　　從大數(shù)據(jù)分析他用了很多種方法，最后確定了這種方法比較好，綠色的小店是實(shí)際測到的結(jié)冰的情況，藍(lán)色的部分是大數(shù)據(jù)分析的結(jié)果，從這個(gè)結(jié)果上看已經(jīng)非常接近它覆冰的情況。

 

　　所以我們現(xiàn)在基于兩點(diǎn)，就是風(fēng)機(jī)覆冰情況與工況和處理存在關(guān)聯(lián)性，通過主動改變槳角及葉輪轉(zhuǎn)速可以改善初期的覆冰狀況。通過基于載荷反饋的聯(lián)合控制，改善臨界結(jié)冰條件下的風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況對該并還是有一定好處的。

 

　　下面是我們實(shí)際做的情況，這是我們基于載荷的測量儀，這種設(shè)備我們已經(jīng)用到獨(dú)立變槳，實(shí)際上我們測冰只是最開始的負(fù)產(chǎn)品，獨(dú)立變槳是最主要的，但是獨(dú)立變槳和減冰運(yùn)行這兩點(diǎn)聯(lián)合起來做的話將會有很好的效果，而且對整體風(fēng)機(jī)的載荷控制這方面還是很好的。

 

　　測冰的原理有兩種方法，一個(gè)是質(zhì)量法，就是說根據(jù)它的載荷在它的正半圈和負(fù)半圈載荷的差別測量它多余的質(zhì)量，第二個(gè)就是測風(fēng)機(jī)葉片固有的振動頻率，基于分布假設(shè)就是覆冰軟件可以做相應(yīng)的推算。

 

　　這是基于不同的測量方法，一個(gè)是它在正負(fù)半軸的彎距，覆冰條件和浮冰條件有一定的區(qū)別。第二是看結(jié)冰前和結(jié)冰后的頻譜分析。

 

　　當(dāng)然這個(gè)系統(tǒng)就不用說了，這是我們柜子里面常用的整個(gè)除冰系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)控制柜、探測儀、也跟虧之柜、碳膜熱風(fēng)加熱系統(tǒng)，整個(gè)構(gòu)成整體的系統(tǒng)。

 

　　這是我們一個(gè)框圖，此前大家也了解過，我們的加熱系統(tǒng)，機(jī)艙柜、輪轂柜、葉片都有相應(yīng)的布置。這是實(shí)際的一些柜體的情況，這是一個(gè)樣柜。

 

　　最終我們這個(gè)除冰系統(tǒng)主要的測冰原理除了用相應(yīng)的測冰冰碳以外，我們比較力推的還是用載荷法，載荷法因?yàn)樗且惶自O(shè)備可以用到冰的探測和獨(dú)立變槳，甚至葉片的健康監(jiān)測，在多個(gè)方面都可以實(shí)現(xiàn)它的一些功能。然后這個(gè)產(chǎn)品主要還是應(yīng)用在葉片上的話，因?yàn)樗怯霉庾鳛樗奶綔y機(jī)理，所以它從防雷以及抗電磁干擾這方面有比較優(yōu)異的特性。對比應(yīng)變片主要是它的壽命比較長，測試的非常快，這樣的話相信各大主機(jī)廠以后都會有變槳方面的控制，實(shí)現(xiàn)這一套設(shè)備兩種用途，我想，為大家可以節(jié)省不少的投資。好，我今天給大家報(bào)告的內(nèi)容就這些，非常感謝大家！