專家解讀風機自動化“四問”
http://www.debgrams.com 2013-04-23 17:13
風機控制系統的發展遭遇瓶頸？
•控制系統將向更智能的遠程化管理發展。
•電動獨立變槳發展較快，應用前景較好。
•風功率預測成為風機控制系統的新亮點。
由于自然界的風力變幻莫測，風速總是處在不斷地變化之中。風速的較小變化都將造成風能的較大變化，導致風力發電機的輸出功率處于不斷變化的狀態。近年來，風機制造商越來越看重變槳系統和偏航系統中控制系統應用的可靠性。但是，一些廠家生產的風機控制系統卻飽受詬病，莫非其發展真的遭遇瓶頸？
中國可再生能源學會風能專業委員會秘書長秦海巖向記者介紹，為滿足風電機組20年的運行需求，控制系統應當在優化發電量的同時，盡可能降低機組載荷，保護機組安全，這些是最起碼的要求。在軟件的控制算法上應該力求簡潔明確，消除任何可能的不穩定因素；硬件上也應該運行穩定可靠，對環境變化適應能力強。同時，他指出控制系統將向更智能的遠程化管理發展。更智能的狀態監控系統有可能增加控制系統識別風電機組故障的準確度，遠程化管理的普及不僅可以使風電機組實時地得到監控，也可以使控制策略的遠程即時調整成為可能。
在目前的變槳距風力機采用的三個槳葉統一控制的方式中，三個槳葉變換是一致的。但由于現代大型風力機葉片比較大，最小的尺寸也達到幾十米，所以整個風輪掃過面上的風速并不均勻，這樣就會產生葉片的扭矩波動并影響到風力機傳動機構的機械應力及疲勞壽命。另外，其中一個槳葉控制出現問題還會影響到另兩個槳葉的工作。對于這種情況，中國科學院電工所副研究員李建林則重點從控制方式的轉變方面談了一些他的看法。他表示，采用獨立變槳控制取代統一控制可以大大減小風力機葉片負載的波動及轉矩的波動，進而減小了傳動機構和齒輪箱的疲勞度以及塔架的振動，而輸出功率能基本恒定在額定功率附近。而北京光耀電力設備股份有限公司風電事業部總經理肖志東則強調風機控制系統的新技術風功率預測將大有作為，目前其預測精度還有待提高。
傳統電氣部件的性能在惡劣的應用環境下不堪一擊？
•目前，比較突出的問題是風機上應用的一些電氣部件在極端溫度環境下表現欠佳。
•要根據機組本身的性能以及結構考慮自動化產品應用的環境問題。
•自動化產品生產商可將關注點轉移到優化控制方面。
在風機設備制造業中，不僅僅是控制系統，包括變槳系統和變頻器這兩個部分也一直處于國外廠商壟斷的局面。秦海巖介紹說：“變槳系統中的伺服電機，還沒有涉及國產品牌，這主要是由于目前中國的伺服技術尚無法滿足風電行業需求，特別是加載變槳系統技術比較薄弱，所以目前風電行業的伺服電機一直由國外供應商提供。但是，為了降低成本，同時更好地實行本地化生產，變槳系統制造商也會陸續在中國大陸開設工廠，如路斯特公司。”他同時指出，風機零部件的性能要求必須滿足整機的需求，某些達不到這一要求的零部件必須配備預熱環節。另外，目前很多電氣部件在低溫或高溫環境下的運行情況還是不盡如人意。李建林則認為可靠性與安全性是自動化產品的根本，針對于相對惡劣的應用環境，必須要根據機組本身的性能以及結構考慮自動化產品應用的環境問題。
肖志東以PLC在風電行業的發展為例，闡述了風電行業自動化產品發展的趨勢。他介紹說：“從PLC到工控機，再到如今的采用優化控制方式的智能預測，這些技術隨著應用環境的變化而逐漸更迭。”那么，我們是否可以將惡劣環境對于自動化產品的沖擊看作是產品升級的“洗禮”呢？
傳感器產品如何更貼近風機制造業？
•傳感器的可靠性必須放在首位，同時傳感精度要求偏高、測量范圍要求更寬。
•產品的質量以及設計理念要得到行業用戶的認可。
•在國內，用于狀態檢測的傳感器市場份額有增大的趨勢。
傳感器在風電行業的應用大體分為兩個方面：首先是速度控制等維持風機運轉的基本功能；另外，轉速、位置等狀態的檢測也是傳感器主要應用的領域。據肖志東介紹，在國內的風機制造企業，比較看重的是前者，而應用在狀態檢測方面的傳感器、編碼器等產品并沒有引起重視。那么這種厚此薄彼的觀念是如何形成的呢？肖志東解釋說：“這主要和我國風機制造發展起步較晚有關系。在國外應用較為普遍的技術要想在國內得到同樣的普及，產品品牌的影響力還是很重要的。”李建林也認為，要想使產品更加貼近風電行業的需求，產品的質量要過硬，而且要得到行業用戶的認可，這樣才會一步步地打開市場。
由于風機運行環境一般比較惡劣，這為風機的現場維護帶來不便，因此對傳感器的可靠性要求比較高，較長的安全使用壽命更能適應風機的需求。秦海巖舉例說：“如果風機為低溫機型，則要求某些傳感器必須有預熱的功能。另外，某些信號的傳感精度也要求偏高或者測量范圍要求更寬。”同時，秦海巖指出，隨著海上風電項目的推廣，良好的防海水腐蝕性能也是對傳感器產品的又一次考驗。
遠程控制技術在風電行業應用前景如何？
•無線通訊、遠程控制是風機技術通信未來發展的方向。目前，國內應用剛剛起步。
•在環境惡劣、不適宜操作人員工作的地點，會逐漸采用遠程控制以及監測技術。
•國外應用較為成熟，看好國內市場前景。
一般情況下，風電場的選址比較偏僻，地理環境比較惡劣，工作人員居住地距離現場較遠。而且，現有風電場的建設一般較為分散。而風電場經理又要了解各風場的運行情況，現有的分散監視與控制顯然不能滿足要求。加之，各風電場相距較遠，而每個風場內風機數量也很多，所以每個風場都需要配置一定的工作人員進行日常的巡檢維護，從而造成了人員的浪費。因此，遠程控制技術近年來頻頻出現在風電行業中，那么其應用現狀如何呢？據了解，目前國內的內蒙古錫林郭勒的京能風電場、華能風電場應用了風電場群遠程集控系統，其由北京光耀電力設備股份有限公司生產。江蘇龍源風電在如東縣安裝的100臺風電機組是美國GE公司的風電機組，這些風機全部實行遠程控制。
國內電力行業的資深企業北京光耀電力設備股份有限公司最先提出了風電場遠方監控系統方案，整個系統包括了風力發電機組監控系統、場內變電站監控系統以及風電場視頻/安防系統。肖志東介紹說：“這套系統可以實現各種異構風電場監測設備的數據通信、互連互通，能夠大幅提高集成效率，滿足現有的和將來不斷出現的需求。同時，遠程數字圖像監控也使得變電站向無人或少人的發展方向邁進了一大步。”他同時指出，遠程監控技術在國內的發展才剛剛起步，并沒有人們預想的那樣快速的發展起來，但是在國外已經取得多例成功的應用，所以國內的應用前景還是很廣闊的。
秦海巖介紹說：“在已經應用遠程監控技術的風電場中，傳輸信息的詳細程度與遠程操控可控制的范圍差異很大。目前比較成熟的遠程監控系統都能夠選擇記錄全部控制器可輸出的信號，并且可以對風機狀態進行實時控制，對控制器參數進行即時調整。其功能已經等同于風電機組本身的控制器面板。”李建林也認為遠程監控技術發展的前提是功能的完善，這對于整個風電廠的成本降低大有裨益，可大大提高電廠運行的可靠性。
最后，專家們不約而同地表達了了各自對風電行業自動化技術發展的看法。李建林介紹說，風電廠開發技術發展前景光明。之前，我國對風電場微觀選址和優化設計尚未做過系統研究，出現過風電機組安裝完畢后又不得不更改地方的情況。所以風電場微觀選址和優化設計研究、風力發電對電網影響和仿真技術的研究都為自動化技術的發展提供了廣闊的發展機遇。肖志東認為異機種的風機整合到統一平臺是趨勢，在此基礎上進行發電量預測等相關工作，各個省市的電力調度局就可以彼此互通有無。而秦海巖的建議體現出更多的是對于整個風電行業的希望，他表示，國內風電行業的發展離不開整個產業鏈的推動。所以不論是自動化企業還是風機制造商的發展，最終的目的都是推動中國風電行業整體的發展。
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