基于PLCnext平台的风机叶片智慧综合监控系统--控制网


基于PLCnext平台的风机叶片智慧综合监控系统
企业:菲尼克斯(中国)投资有限公司 日期:2019-08-24
领域:自动化软件 点击数:268

1 概述

随着风力发电机单台功率的不断提高,风机叶片的外观尺寸也越来越大。已运行的风电叶片中易出现表面撕裂、扭转、螺丝松动等现象,结合叶片的加工制造工艺、风场所处的自然环境,产生这种情况的原因主要是震动量及应变力对叶片影响的结果。叶片表面出现的裂纹、扭转、螺丝松动会大大影响风力发电机组的运行效率,造成风机停转,严重地甚至造成叶片折断。并且,由于吊装地点的差异,风力发电机将面临承受完全不同的载荷。变化多端的风速和天气条件也会影响机组的运行安全和使用寿命。因此,对叶片损伤的早期预警显得十分重要。

风和天气会给风力发电机造成各种负担:

·为避免对附近的人员和机组自身造成危害,必须可靠地监测叶片上的结冰情况。

·雷暴闪电代表一种能对风机结构造成致命损害的高能现象。

·叶片上的风力载荷会影响机组的使用寿命。

精准地确定载荷可帮助用户优化机组的操作和维护。此外,在预期的使用寿命到期后,运营商可根据长期的载荷监测数据来决定机组是否能够获得继续运行的许可。

2 解决方案

菲尼克斯电气的智慧叶片综合监控系统包含各种传感器,能够采集各种可能影响风力发电机运行的不利环境因素数据。

叶片根部的应力传感器提供关于拉伸和扭转的载荷数据。通过这种途径,用户可长期记录叶轮承受的风力载荷,并可通过变桨控制器实时调整桨叶角度,优化效率,最小化轴承与材料的载荷。

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叶片上的结冰传感器可测量冰层厚度。这样可以使机组及时切换到安全运行状态,并在除冰后重新启动。内置的太阳能电池和备用电池以及无线数据传输意味着传感器可自给自足的,不需要布线。

安装在叶片防雷引出线上的雷电监测传感器可测量雷电的频率和能量,有助于评估损失,优化维修周期。外形紧凑的共享评估单元可提供系统控制数据,记录负荷情况,优化系统运行。

由于所有的有线传感器都安装在轮毂附近,分布在叶片各处的结冰传感器以无线方式工作,因此该系统既适合新装机组,也适合系统改造。

随着成本的日益提升,用户也在寻求新的技术,提升运营的经济效应。业主通常用电力均衡成本(LCOE,levelized cost of electricity),也称为能源均衡成本(LEC,Levelized Energy Cost)来评估其经济效应。它是发电资产整个生命周期内电力单位成本的净现值。它通常被视为一个平均价格的代理,生成的资产必须在市场上获得在其生命周期内盈亏平衡的平均价格。它是对发电系统成本竞争力的一级经济评估,包含了整个发电系统的所有成本:初始投资、运营和维护、燃料成本、资本成本。

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·It:第t年投资支出

·Mt:第t年的业务和维修支出

·Ft:第t年燃料开支

·Et:第t年产生的电能

·r:贴现率

·n:系统或发电站的预期寿命

为了提高投资回报率(ROI),减少能源成本(COE),可从两个方向着手。首先通过技术手段,提升年发电量,延长机组寿命;其次通过管理或者技术手段,减少运营与资本投资。为了达到此效果,可开展多种工作,从技术角度来说,首先要获取相关数据并进行计算。

菲尼克斯电气的PLCnext平台非常适用于此类的应用,该平台采用实时Linux系统架构,具有ESM(同步执行管理器)和GDS(全局数据空间)两大核心技术。

用户可不受专属Runtime的限制开发自动化项目,选择擅长的编程语言进行开发,还可以使用开源软件和App,同时支持MATLAB Simulink建模。该平台兼具了PLC的稳定性、可靠性与智能设备的开放性、灵活性,是一款非常开放的自动化平台。

基于PLCnext 2152控制平台,菲尼克斯电气开发了硬件模块化,软件平台化的智慧风机叶片综合监控系统。利用PLCnext软硬件架构的优势,一方面确保数据一致性,另一方面确保数据安全性。系统使用测量信息并将它们组合以向用户提供传感器融合的附加信息。用户获得的信息远不仅仅是测量的数据,还包括在初始值基础上根据风机原理进行数学推导计算的值。

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另外系统可支持根据客户的需求展开二次开发,客户可以轻松使用他们自己的融合算法,由菲尼克斯电气配合进行更深入开发。

所有系统收集的信息都可用于监控转动部件的状况,还可用于控制优化的风机载荷,甚至可以防止风机大部件的结构损坏。数据可以存储在本地sFTP服务器上,也可以通过SCADA系统显示。 另外也可使用工业以太网协议接口,如Profinet,Modbus TCP或OPC-UA等与上级系统通讯。同时开发了友好的本地Web界面,供用户进行本地测试与监控,所有过程不需要进行编程。

用户仅需要在界面上进行操作即可完成既定的目标,可方便地进行参数设置,设备配置,监控,传感器校正,系统诊断,事件记录,录波等工作。

3 结语

得益于PLCnext平台的云技术特点,用户在未来可把数据上传至云端,对所有风场机组数据进行监控与计算,更方便进行相关工作。总结来看,菲尼克斯电气的智慧叶片综合监控系统,将为风电行业的风力发电机组创造更安全的运行条件,使得用户的机组有望延长寿命,获得更好的经济收益。

摘自《自动化博览》2019年8月刊

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