基于PLCnext平臺的風機葉片智慧綜合監控系統
企業:菲尼克斯(中國)投資有限公司 日期:2019-08-24
領域:自動化軟件 點擊數:1570

1 概述

隨著風力發電機單臺功率的不斷提高,風機葉片的外觀尺寸也越來越大。已運行的風電葉片中易出現表面撕裂、扭轉、螺絲松動等現象,結合葉片的加工制造工藝、風場所處的自然環境,產生這種情況的原因主要是震動量及應變力對葉片影響的結果。葉片表面出現的裂紋、扭轉、螺絲松動會大大影響風力發電機組的運行效率,造成風機停轉,嚴重地甚至造成葉片折斷。并且,由于吊裝地點的差異,風力發電機將面臨承受完全不同的載荷。變化多端的風速和天氣條件也會影響機組的運行安全和使用壽命。因此,對葉片損傷的早期預警顯得十分重要。

風和天氣會給風力發電機造成各種負擔:

·為避免對附近的人員和機組自身造成危害,必須可靠地監測葉片上的結冰情況。

·雷暴閃電代表一種能對風機結構造成致命損害的高能現象。

·葉片上的風力載荷會影響機組的使用壽命。

精準地確定載荷可幫助用戶優化機組的操作和維護。此外,在預期的使用壽命到期后,運營商可根據長期的載荷監測數據來決定機組是否能夠獲得繼續運行的許可。

2 解決方案

菲尼克斯電氣的智慧葉片綜合監控系統包含各種傳感器,能夠采集各種可能影響風力發電機運行的不利環境因素數據。

葉片根部的應力傳感器提供關于拉伸和扭轉的載荷數據。通過這種途徑,用戶可長期記錄葉輪承受的風力載荷,并可通過變槳控制器實時調整槳葉角度,優化效率,最小化軸承與材料的載荷。

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葉片上的結冰傳感器可測量冰層厚度。這樣可以使機組及時切換到安全運行狀態,并在除冰后重新啟動。內置的太陽能電池和備用電池以及無線數據傳輸意味著傳感器可自給自足的,不需要布線。

安裝在葉片防雷引出線上的雷電監測傳感器可測量雷電的頻率和能量,有助于評估損失,優化維修周期。外形緊湊的共享評估單元可提供系統控制數據,記錄負荷情況,優化系統運行。

由于所有的有線傳感器都安裝在輪轂附近,分布在葉片各處的結冰傳感器以無線方式工作,因此該系統既適合新裝機組,也適合系統改造。

隨著成本的日益提升,用戶也在尋求新的技術,提升運營的經濟效應。業主通常用電力均衡成本(LCOE,levelized cost of electricity),也稱為能源均衡成本(LEC,Levelized Energy Cost)來評估其經濟效應。它是發電資產整個生命周期內電力單位成本的凈現值。它通常被視為一個平均價格的代理,生成的資產必須在市場上獲得在其生命周期內盈虧平衡的平均價格。它是對發電系統成本競爭力的一級經濟評估,包含了整個發電系統的所有成本:初始投資、運營和維護、燃料成本、資本成本。

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·It:第t年投資支出

·Mt:第t年的業務和維修支出

·Ft:第t年燃料開支

·Et:第t年產生的電能

·r:貼現率

·n:系統或發電站的預期壽命

為了提高投資回報率(ROI),減少能源成本(COE),可從兩個方向著手。首先通過技術手段,提升年發電量,延長機組壽命;其次通過管理或者技術手段,減少運營與資本投資。為了達到此效果,可開展多種工作,從技術角度來說,首先要獲取相關數據并進行計算。

菲尼克斯電氣的PLCnext平臺非常適用于此類的應用,該平臺采用實時Linux系統架構,具有ESM(同步執行管理器)和GDS(全局數據空間)兩大核心技術。

用戶可不受專屬Runtime的限制開發自動化項目,選擇擅長的編程語言進行開發,還可以使用開源軟件和App,同時支持MATLAB Simulink建模。該平臺兼具了PLC的穩定性、可靠性與智能設備的開放性、靈活性,是一款非常開放的自動化平臺。

基于PLCnext 2152控制平臺,菲尼克斯電氣開發了硬件模塊化,軟件平臺化的智慧風機葉片綜合監控系統。利用PLCnext軟硬件架構的優勢,一方面確保數據一致性,另一方面確保數據安全性。系統使用測量信息并將它們組合以向用戶提供傳感器融合的附加信息。用戶獲得的信息遠不僅僅是測量的數據,還包括在初始值基礎上根據風機原理進行數學推導計算的值。

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另外系統可支持根據客戶的需求展開二次開發,客戶可以輕松使用他們自己的融合算法,由菲尼克斯電氣配合進行更深入開發。

所有系統收集的信息都可用于監控轉動部件的狀況,還可用于控制優化的風機載荷,甚至可以防止風機大部件的結構損壞。數據可以存儲在本地sFTP服務器上,也可以通過SCADA系統顯示。 另外也可使用工業以太網協議接口,如Profinet,Modbus TCP或OPC-UA等與上級系統通訊。同時開發了友好的本地Web界面,供用戶進行本地測試與監控,所有過程不需要進行編程。

用戶僅需要在界面上進行操作即可完成既定的目標,可方便地進行參數設置,設備配置,監控,傳感器校正,系統診斷,事件記錄,錄波等工作。

3 結語

得益于PLCnext平臺的云技術特點,用戶在未來可把數據上傳至云端,對所有風場機組數據進行監控與計算,更方便進行相關工作??偨Y來看,菲尼克斯電氣的智慧葉片綜合監控系統,將為風電行業的風力發電機組創造更安全的運行條件,使得用戶的機組有望延長壽命,獲得更好的經濟收益。

摘自《自動化博覽》2019年8月刊

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