風電機組的智能化始于先進傳感器

　　人的五官是天然的傳感器，人類是如何擁有了今天的智慧，是由于感官的幫助。如果你對環(huán)境不了解，很難做出正確的反應。其中視覺是最重要的感覺，貢獻了80%以上的信息，其次是聽覺，視覺和聽覺一共貢獻了90%多的信息。傳感器是人體感官外化和體外進化的產(chǎn)物。傳感器的歷史很短，大概是上個世紀50年代，最早叫傳統(tǒng)傳感器，沒有智能結(jié)構(gòu)。最早的智能傳感器是上個世紀80年代美國宇航局提出來的，計算機技術(shù)使傳感器技術(shù)發(fā)生了巨大的變更，使得傳感器有了人工智能的特性。

　　傳感技術(shù)主要體現(xiàn)在以下幾個方面：新原理、新材料、微型化、集成化等。智能傳感器可以通過軟件進行數(shù)據(jù)處理和邏輯判斷，利用軟件實現(xiàn)硬件難以實現(xiàn)的功能。這個是我國現(xiàn)役最好的戰(zhàn)斗機殲20，作為價格高達10億元的裝備，提到了傳感器和信息融合，足以證明傳感器的價值和良好的客戶體驗。接下來就是傳感器主要的功能：感知、認知和通信。傳感器的網(wǎng)絡大概經(jīng)歷了4-20mA到現(xiàn)場總線的模擬量信號。傳感器是信息采集系統(tǒng)的首要部件，且置于系統(tǒng)最前端，是智能化風機關(guān)鍵零部件，傳感技術(shù)、通信技術(shù)、計算機技術(shù)是現(xiàn)代信息技術(shù)三大技術(shù)。對于風電來說可以提高可靠性，減少損失。大家知道我們這個傳感器價值相對來說很小，但是如果造成停機的話，海上風機一天停機發(fā)電量的損失在幾萬到十幾萬，而且海上風機不能達到立即維護，損失就會更大。而且有的傳感器是操作網(wǎng)絡、偏航控制、振動、安全運行，包括優(yōu)化控制策略，提升發(fā)電量，促進風機智能化水平的升級。

　　接下來介紹幾款在風電行業(yè)常用的傳感器。第一個是機艙位置的傳感器，數(shù)字式的。這個是來自德國TWK公司的，這個公司成立于1962年。這個傳感器主要功能是接觸電纜纏繞、安全鏈的保護，包括扇區(qū)管理，不場協(xié)同控制，提高整場發(fā)電量。通過利用管理技術(shù)減少某個方向上特殊風況對風機的危害，確保風機安全運行。這里邊介紹一個比較新的原理，就是巨磁阻，是集磁性薄膜、半導體集成及納米技術(shù)為一體的高新技術(shù)產(chǎn)品，特點就是可靠性高，像一個芯片一樣，和風電行業(yè)用的通用傳感器都完全不一樣了?？煽啃愿撸w積小，精度更好，能工作在惡劣環(huán)境中，這都是光電編碼器不能比擬的。我覺得行業(yè)一直有一個誤區(qū)，以前認為光電編碼器可靠，光電編碼器是非常不適合在海上應用的。

　　產(chǎn)品的特點多達4個可變成安全凸輪，SIL2，編碼器也是安全的，包括有多種接口。四個安全開關(guān)分別與兩個串聯(lián)繼電器連接，所有觸點都是電氣隔離的，適用于安全鏈。這個系列的傳感器在全球已經(jīng)有超過3萬臺的運行，一直運行良好。這個是振動監(jiān)測儀，這個是它的外形。因為時間關(guān)系振動傳感器、振動監(jiān)測儀主要介紹有別于其他的特點，這個在0.2到1赫茲對低頻塔筒的晃動，這個時候因為增幅最大速度為零，對風機沖擊和磨損是最小。當塔筒停機時會對風機造成損害。這個特意強調(diào)一下，因為這個是功能安全因為以前陸上風機沒有這么明確，但是海上都是有要求的，比較是儀表和傳感器基于功能安全，因為是冗余的傳感器數(shù)據(jù)更可可靠，包括更全面的軟件算法計算各種輸出和其他功能，包括軟件算法持續(xù)控制設備。如果設備檢測有錯誤的話，繼電器全部關(guān)斷，普通產(chǎn)品是無法實現(xiàn)這種功能的。這塊也是功能安全產(chǎn)品特有的參數(shù)，包括這里符合IEC62061、IEC61508。其中對于海上風電來說也是一個非常大的，本身就是已經(jīng)是冗余設計了，而且最大可持續(xù)工作時間20年。這里邊也列舉了包括編碼器和開關(guān)，要確保危險在發(fā)生時，產(chǎn)品迅速進入到安全狀態(tài)，不會對人身、環(huán)境以及設備造成損壞。我們產(chǎn)品符合安全等級和國際市場的需求，構(gòu)成一個完整的安全鏈，傳統(tǒng)觀念中有采用機械安全裝置的系統(tǒng)，由于存在部件可靠性的問題，因此不能說已充分考慮了安全因素，所以IEC接下來要對標準進行修改，也是基于這個理念。

　　這個是我們這個產(chǎn)品在風機上的應用。接下來是介紹一款風電氣象數(shù)字化解決方案，我們這個是啟用用了全氣象參數(shù)的解決方案。這個也是一家德國公司位于德國西南部的位置。這個是德國MESA，它的公司是測量系統(tǒng)自動化。以前我們想測量風速、風向、氣壓、濕度的話，需要這么多獨立的傳感器分別接入系統(tǒng)里邊，現(xiàn)在我們集成的方案，多功能的，通過兩根線把這么多參數(shù)送到系統(tǒng)里了。

　　如今我國正全面進入信息化時代，通過數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)積累，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，為客戶創(chuàng)造價值。這個主要是針對海上風電我們有哪些特點，比如說我們可以測量到100米的風速，包括我們的防護等級IP67，可以耐受每小時300毫米的降雨量，足以保證在臺風、暴雨的時候能夠?qū)︼L機提供有效風速風向信號，進行安全的保護。大家可以看到中間有一個黑的部分，這個就是集成數(shù)字系統(tǒng)。這個可以提供空氣溫度、濕度、大氣壓力?？諝饷芏炔粌H和大氣壓力和溫度有關(guān)，也和濕度有關(guān)系。我們海上風電都是在沿海地區(qū)，包括海上濕氣對葉片的影響，濕度越大功率輸出越小。包括極端天氣，因為極端天氣來臨的時候風速風向突變，氣象要素也是隨之迅速變化，往往是氣壓上升，溫度下降。這里面我也提出了一個觀點，人類已經(jīng)進入數(shù)據(jù)化時代，傳感器的價值是非常大的，助力風電機組從自動化向智能化跨越，感知環(huán)境的變化并且根據(jù)變化進行自動調(diào)整的自動化就是智能化。包括大部件的故障預警都需要借助于環(huán)境的參數(shù)。

　　這塊簡單說了一下空氣密度。我也提出了一個觀點，也查閱了一些資料，空氣密度不只是分季節(jié)變化，在每天氣壓密度變化也是非常明顯的，尤其在低緯度地區(qū)平均達到300到400帕。因為歐洲一般都是中高緯度地區(qū)，因為福建、廣東都是屬于低緯度地區(qū)。這個就是簡單的我們通過完整的測試，這個是我了解到唯一帶有IECRE和國際認證標準，并且通過的測試報告，就是風速風向的測量精度。這些都是按照IEC61400-12-1的標準。關(guān)于偏航前面嘉賓也提到了，只有極少數(shù)的風機偏航誤差在2度以內(nèi)，大部分在6度和10度以內(nèi)。上午明陽也說過了，大部件就不需要關(guān)注了，業(yè)主應該關(guān)注一些小部件，這些反過來是最影響業(yè)主效益的。測風儀應該符合IEC的標準，這是最起碼的要求。這是今年最新的4MW-141的風機。這是極限風的測試，只能測到91.5米/秒，可以保障沿海對于臺風機型的使用。這個是海上風機安裝的圖片。

　　最后我也想說一下，應該增加傳感器的數(shù)量，提高傳感器的性能，提高控制系統(tǒng)的感知能力，網(wǎng)絡化智能傳感器是趨勢。傳感器作為風機除人工設置參數(shù)以外的唯一輸入，其重要性不言而喻。傳感器感知外界環(huán)境的能力，決定了風機信息輸入的準確性和豐富性。對于傳感器應用的創(chuàng)新，往往也是智能風機創(chuàng)新的基礎(chǔ)。人類智能的根本特征是從已知去得出新知，能對環(huán)境變化做出正確的判斷和適當?shù)姆磻ｏL電機組的智能化始于先進傳感器。