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风机也能“捅破天”

日期:2022-12-09    来源:金风科技微平台

国际风力发电网

2022
12/09
17:16
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关键词: 海上风电 金风科技 风力发电机组

导语

“如何与台风并存”是中国海上风电发展面临的重要挑战,其中便包括风机的通信、控制以及防台风问题,借助“北斗卫星通讯方式”,金风科技探索出一种可靠、经济的解决方式。

2022年,搭载支持北斗卫星消息的智能手机问世,具备“捅破天”的卫星通信技术,当使用者身处戈壁荒漠无人区、出海作业遇险、地震救援等无地面网络信号覆盖环境时,可通过北斗卫星短报文通讯技术将文字和位置信息向外发出,与外界取得联系,获取救援。

其实,早在2020年金风科技海上风力发电机组就用上了“捅破天”的卫星通讯技术。在茫茫大海中没有网络的情况下,利用“北斗卫星通讯方式”远程控制海上的风力发电机组及配置的抗台柴油发电机,让其进入“抗台风模式”控制风机偏航,最大限度避免台风对风机的破坏,让机组在上电前没有网络的情况下也可以应对台风威胁。

台风是生成于热带或副热带海洋面且极速旋转的大气涡旋,其中超强台风瞬间阵风风速超过51m/s,具有很强的破坏力。台风对海上及沿海山地地区风电场的影响特征包括极端风速、突变风向和非常湍流等,这些因素单独或共同作用使风电机组不同程度受损。当台风造成的瞬时风速,湍流强度和入流角超过受损风机的设计制造标准,将给风电机组的安全运行带来极大挑战。

登陆我国大陆的台风以台风和强热带风暴为主,占比达到20.09%和26.25%,7月-10月是台风高发期。例如2014年超强台风“威马逊”,其阵风风速达到66.7 m/s,横扫菲律宾、中国和越南,多个风电场发生严重事故,给客户和主机厂家造成极大损失。

“如何与台风并存”是中国海上风电发展面临的重要挑战,欧洲也没有成熟的经验可借鉴。目前海上风力发电机组安装完成后,风电场的海缆和电力系统并不能第一时间连接到单台风力发电机组而使其会在一段时间内处于断电状态。此外,在风电场运营期间也会有定期海缆巡检或偶然的海缆故障导致的停电维修等需求。在这些时间内风力发电机组因为失电且离岸较远而无法与控制中心进行通信。如果台风在这段时间来袭,风力发电机组无法受远程控制中心的监控及控制,将面临受损风险。因此,研究海上风力发电机组在未上电窗口期的通信、控制以及防台风技术是中国海上风电向深远海发展的迫切需求。

因此,从2020年起金风科技就在不断探索和研究解决这一问题的办法。我们需要一种可靠的、经济的通讯方式,且最好不要改变风机主要的硬件和软件设计便于远程控制,同时还需要现场操作便捷。

通讯方式

海上风电离岸较远,手机信号不稳定或是没有无法使用手机网络;能用的通讯有卫星通讯方式和电台方式。通过对北斗卫星短报文功能、高轨卫星宽带和海事通讯卫星等可靠性和经济性的综合对比评估,北斗卫星通讯可靠短报文功能通讯费用低,非常适合海上“抗台通讯”场景批量使用。

控制方式

对于风机控制方式可以有两种方案,一是通过先控制柴油机后间接控制风机,或者也可以直接控制风机,然后再间接控制柴油机电源。间接控制风机的方式更具经济性,同时在控制界面设置上也尽量保持SCADA界面设置和风机WEB界面一致,这样以便于快速开发而且现场人员操作也上手快。

便捷操作

通过一套北斗接收器与风机和柴油机控制PLC,现场只需接入电源和通讯线缆,设备采用快速安装方式临时固定,现场操作方便快捷。

通过不同控制方案、通讯方案、设备选型的对比分析、测试优化,最终在2020年底,金风科技在三峡阳江沙扒项目首次成功测试验证。通过增加一套通讯PLC工装来和机组及柴油机进行数据交互。当需要机组动作时,可以从陆上集控中心下发命令,风机和柴油机执行相应的动作,同时还可以监控风机和柴油机的关键数据,如柴油机状态、功率,风机状态、风扇、对风角度等信息。

金风科技的北斗抗台方案的成功开发应用,填补了国内对不带电情况下机组的抗台方案空白,已获得专利授权。此方案:

1.完美融合北斗通讯卫星短报文通信功能,可以不受天气及地理位置影响,可以在任何地方对机组进行远距离控制,方便组网。

2.独立的便携式远程控制设备,技术通用性强,可支撑任何机组及平台。此方案不用改变原风力发电机组的设计,只需在使用时安装在风力发电机组上,不需要时也可拆除。设备可循环使用,节约成本。

3.独立的远程控制软件,通过北斗卫星网络直接控制远程抗台设备,不用改变原风力发电机组和柴油发电机组的程序,可以集中控制,方便操作。

目前该项技术已在4个海上风电项目,超过100台海上风力发电机组投入使用,在2021-2022期间成功规避了多个台风威胁。例如2021年第18号台风“圆规”过境广东期间,金风科技机组通过北斗控制设备远程启动备用柴油发电机,在不依赖电网的情况下,提前控制风机进入“抗台模式”,实施偏航等一系列抗台动作,成功避免了台风对风机产生破坏性损伤。

目前,“北斗抗台”方案除了在抗台策略上应用之外,也已经拓展到金风大兆瓦海上机组抗涡等其他方面,技术通用性强。通过这个扩展应用,我们可以大幅减少特殊工况下人员出海维护作业的需求,减少人员安全风险的同时也降低了运维成本。

北斗抗台方案是一次成功的跨界技术融合创新的尝试,受到行业类同行及业主的高度认可,为行业在此类问题的解决上提供了一个很好的思路启发。未来,在深远海海上风电项目上,此类应用卫星物联网的技术方案将会拥有越来越多的应用场景,比如远海漂浮式风机水文监测、机组振动监测、运输监测、人员安全监测等。海上环境瞬息万变,未来一定还会有更多未知的问题在等着我们去发现,去探索,去解决。只要坚守一颗不断创新的初心,我们一定能看到大海中更美丽的风景。

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