2017年10月31日——11月1日,由中國電器工業(yè)協(xié)會風(fēng)力發(fā)電電器設(shè)備分會和新疆金風(fēng)科技股份有限公司聯(lián)合主辦,施耐德電氣(中國)有限公司協(xié)辦的2017(第二屆)中國風(fēng)電電氣裝備技術(shù)高峰論壇暨風(fēng)電分會二屆二次會員大會(CWPE2017)在北京豐大國際酒店盛大召開。成都阜特科技股份有限公司副總苗強(qiáng)先生在11月1日上午的“智能控制與智能運(yùn)維專場”發(fā)表了演講。
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機(jī)會把我們的主題匯報一下。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,因為我們公司在西南地區(qū)的業(yè)務(wù)比較多,實際上除了高山、山地環(huán)境、高原環(huán)境比較多以外,其實結(jié)冰是遇到的一個很大的問題,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。
我這個題目分為四個部分,因為我們做主控變槳有很長一段時間了,到目前為止今年是第十個年頭,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,實際上我們就開始在三年前做除冰的控制,但是這個除冰控制在國內(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質(zhì)的地方,這個過程中我們就參加了國際能源署的一個項目,今天講的重要的內(nèi)容就是這個項目中間的一些內(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)就是說我們有一個安全的風(fēng)險,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。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,因為我們也做超聲波的風(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。實際上什么原因?原因并不是因為我們探頭被封堵了,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)整個國際上的節(jié)能,保證我們能夠拿到比較便宜的石油價格,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)電分為兩個部分,一個是結(jié)冰的,一個是低溫的。每年市場從2015年、2020年他有一個預(yù)測,一個增長的趨勢。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。
第二個研究成果就是它把結(jié)冰分為了五個區(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簡單的分類。
下面一個就是他們最近發(fā)布的一個結(jié)冰的地圖,從這個圖上大家可以看到,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)為什么他這個問題還更嚴(yán)重一些?因為南方季風(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。因為我們第一個風(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)布了一個結(jié)冰損失標(biāo)準(zhǔn)預(yù)估軟件,這個軟件基于SCADA數(shù)據(jù),然后把不同的結(jié)冰情況下以及風(fēng)機(jī)的實際運(yùn)行效果都做了一個標(biāo)準(zhǔn)圖形的定義,就是說如果你低于這個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,實際上我們總體感覺電熱法的實際效果要高于熱氣法,因為熱氣法一個它的除冰的時間比較長,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。
整個風(fēng)力機(jī)的測試方案分為四個階段,就是說在防冰、除冰系統(tǒng)四個系統(tǒng)做完了以后四個階段,第一就是結(jié)冰風(fēng)洞實驗,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,分為四個步驟。
最后他把這個冰脫落建立了一個判別標(biāo)準(zhǔn)也列出了一個公式,這個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,在這個范圍內(nèi)我們可以定義為這個是冰甩出去的一個定義。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,他就做了一個相當(dāng)于危險的圖示,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圖像的因素。
具體的防除冰技術(shù)我們把它分為四個簡單的階段,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,實際探測某一個點(diǎn)位在那個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,但是這個好處就是它比較真實的反應(yīng)這個葉片的情況,而不是某一個點(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),因為風(fēng)機(jī)有各種模式,實際上我們正在探索如果采用特殊的工角,其實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)然這個系統(tǒng)就不用說了,這是我們柜子里面常用的整個除冰系統(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),整個構(gòu)成整體的系統(tǒng)。
這是我們一個框圖,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。這是實際的一些柜體的情況,這是一個樣柜。
最終我們這個除冰系統(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,載荷法因為它是一套設(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,在多個方面都可以實現(xiàn)它的一些功能。然后這個產(chǎn)品主要還是應(yīng)用在葉片上的話,因為它是用光作為它的探測機(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,我今天給大家報告的內(nèi)容就這些,非常感謝大家!
(文章內(nèi)容來自現(xiàn)場速記整理,未經(jīng)本人審核)