風機也能“捅破天”
發布時間:2022-12-09      瀏覽量:1014

“如何與臺風并存”是中國海上風電發展面臨的重要挑戰,其中便包括風機的通信、控制以及防臺風問題,借助“北斗衛星通訊方式”,金風科技探索出一種可靠、經濟的解決方式。

2022年,搭載支持北斗衛星消息的智能手機問世,具備“捅破天”的衛星通信技術,當使用者身處戈壁荒漠無人區、出海作業遇險、地震救援等無地面網絡信號覆蓋環境時,可通過北斗衛星短報文通訊技術將文字和位置信息向外發出,與外界取得聯系,獲取救援。


其實,早在2020年金風科技海上風力發電機組就用上了“捅破天”的衛星通訊技術。在茫茫大海中沒有網絡的情況下,利用“北斗衛星通訊方式”遠程控制海上的風力發電機組及配置的抗臺柴油發電機,讓其進入“抗臺風模式”控制風機偏航,最大限度避免臺風對風機的破壞,讓機組在上電前沒有網絡的情況下也可以應對臺風威脅。


臺風是生成于熱帶或副熱帶海洋面且極速旋轉的大氣渦旋,其中超強臺風瞬間陣風風速超過51m/s,具有很強的破壞力。臺風對海上及沿海山地地區風電場的影響特征包括極端風速、突變風向和非常湍流等,這些因素單獨或共同作用使風電機組不同程度受損。當臺風造成的瞬時風速,湍流強度和入流角超過受損風機的設計制造標準,將給風電機組的安全運行帶來極大挑戰。


登陸我國大陸的臺風以臺風和強熱帶風暴為主,占比達到20.09%和26.25%,7月-10月是臺風高發期。例如2014年超強臺風“威馬遜”,其陣風風速達到66.7 m/s,橫掃菲律賓、中國和越南,多個風電場發生嚴重事故,給客戶和主機廠家造成極大損失。


“如何與臺風并存”是中國海上風電發展面臨的重要挑戰,歐洲也沒有成熟的經驗可借鑒。目前海上風力發電機組安裝完成后,風電場的海纜和電力系統并不能第一時間連接到單臺風力發電機組而使其會在一段時間內處于斷電狀態。此外,在風電場運營期間也會有定期海纜巡檢或偶然的海纜故障導致的停電維修等需求。在這些時間內風力發電機組因為失電且離岸較遠而無法與控制中心進行通信。如果臺風在這段時間來襲,風力發電機組無法受遠程控制中心的監控及控制,將面臨受損風險。因此,研究海上風力發電機組在未上電窗口期的通信、控制以及防臺風技術是中國海上風電向深遠海發展的迫切需求。


因此,從2020年起金風科技就在不斷探索和研究解決這一問題的辦法。我們需要一種可靠的、經濟的通訊方式,且最好不要改變風機主要的硬件和軟件設計便于遠程控制,同時還需要現場操作便捷。

通訊方式

海上風電離岸較遠,手機信號不穩定或是沒有無法使用手機網絡;能用的通訊有衛星通訊方式和電臺方式。通過對北斗衛星短報文功能、高軌衛星寬帶和海事通訊衛星等可靠性和經濟性的綜合對比評估,北斗衛星通訊可靠短報文功能通訊費用低,非常適合海上“抗臺通訊”場景批量使用。

控制方式

對于風機控制方式可以有兩種方案,一是通過先控制柴油機后間接控制風機,或者也可以直接控制風機,然后再間接控制柴油機電源。間接控制風機的方式更具經濟性,同時在控制界面設置上也盡量保持SCADA界面設置和風機WEB界面一致,這樣以便于快速開發而且現場人員操作也上手快。

便捷操作

通過一套北斗接收器與風機和柴油機控制PLC,現場只需接入電源和通訊線纜,設備采用快速安裝方式臨時固定,現場操作方便快捷。


通過不同控制方案、通訊方案、設備選型的對比分析、測試優化,最終在2020年底,金風科技在三峽陽江沙扒項目首次成功測試驗證。通過增加一套通訊PLC工裝來和機組及柴油機進行數據交互。當需要機組動作時,可以從陸上集控中心下發命令,風機和柴油機執行相應的動作,同時還可以監控風機和柴油機的關鍵數據,如柴油機狀態、功率,風機狀態、風扇、對風角度等信息。


金風科技的北斗抗臺方案的成功開發應用,填補了國內對不帶電情況下機組的抗臺方案空白,已獲得專利授權。此方案:

1.完美融合北斗通訊衛星短報文通信功能,可以不受天氣及地理位置影響,可以在任何地方對機組進行遠距離控制,方便組網。

2.獨立的便攜式遠程控制設備,技術通用性強,可支撐任何機組及平臺。此方案不用改變原風力發電機組的設計,只需在使用時安裝在風力發電機組上,不需要時也可拆除。設備可循環使用,節約成本。

3.獨立的遠程控制軟件,通過北斗衛星網絡直接控制遠程抗臺設備,不用改變原風力發電機組和柴油發電機組的程序,可以集中控制,方便操作。

廣東陽江沙扒海上三峽風電場(攝影:張凱齊)(1)

目前該項技術已在4個海上風電項目,超過100臺海上風力發電機組投入使用,在2021-2022期間成功規避了多個臺風威脅。例如2021年第18號臺風“圓規”過境廣東期間,金風科技機組通過北斗控制設備遠程啟動備用柴油發電機,在不依賴電網的情況下,提前控制風機進入“抗臺模式”,實施偏航等一系列抗臺動作,成功避免了臺風對風機產生破壞性損傷。

目前,“北斗抗臺”方案除了在抗臺策略上應用之外,也已經拓展到金風大兆瓦海上機組抗渦等其他方面,技術通用性強。通過這個擴展應用,我們可以大幅減少特殊工況下人員出海維護作業的需求,減少人員安全風險的同時也降低了運維成本。

北斗抗臺方案是一次成功的跨界技術融合創新的嘗試,受到行業類同行及業主的高度認可,為行業在此類問題的解決上提供了一個很好的思路啟發。未來,在深遠海海上風電項目上,此類應用衛星物聯網的技術方案將會擁有越來越多的應用場景,比如遠海漂浮式風機水文監測、機組振動監測、運輸監測、人員安全監測等。海上環境瞬息萬變,未來一定還會有更多未知的問題在等著我們去發現,去探索,去解決。只要堅守一顆不斷創新的初心,我們一定能看到大海中更美麗的風景。


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