對于當今的風力發(fā)電機組，特別是輸出功率達到兆瓦級的風力發(fā)電機組來說，保持高可利用率是重中之重。
因此，中國最大的風電整機制造商金風科技研發(fā)了一套全新的在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)的所有功能都基于倍福的 PC 控制技術和 EtherCAT 技術，控制平臺可以實時通信，降低維護成本，提高風機的可利用率。
金風科技很早就在其風機中加裝了狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，以遠程監(jiān)測并確定各個系統(tǒng)組件的運行狀態(tài)。通過使用合適的傳感器，狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)（CMS）可以獲取和分析噪聲、振動和溫度數(shù)據(jù)等，并及時預警各個組件可能出現(xiàn)的故障。機組運行人員或維護人員可通過方便的可視化人機界面得到風場運行期間風機相關部件出現(xiàn)的異常信息，預測將會出現(xiàn)的故障并及時做出相應的維護處理，從而提高風機可利用率，避免部件嚴重損壞或發(fā)生大的故障。尤其是對于交通不便的海上離岸風電機組，在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)是必備選項。
在用戶方面，原有的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)是一個黑匣子，軟件在開放程度上受到了制約。另一個缺點是，無法同步采集振動數(shù)據(jù)與風機的工況數(shù)據(jù)（例如風速、發(fā)電機轉(zhuǎn)速、偏航角度、槳距角等）。此外，隨著裝機量的提升和風機的智能化發(fā)展，原有的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)對于風機狀態(tài)的分析受到了很大限制，因此系統(tǒng)已不能滿足技術和市場的要求。
倍福將持續(xù)助力金風科技不斷完善風力發(fā)電系統(tǒng)，推動發(fā)展廉價、可靠、可持續(xù)的未來能源
金風科技多年來一直使用開放式自動化技術，從 2014 年采用倍福基于 PC 的控制技術，并著手研發(fā)全新的在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。
顯著提升風機可利用率
全新在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的目標是保持風力發(fā)電機組在全生命周期內(nèi)的成本競爭優(yōu)勢，降低風機的故障率，降低維護成本，縮短停機時間，最終提高風機的可利用率。
針對大兆瓦風機，金風的相關研發(fā)部門對風機工作狀態(tài)進行系統(tǒng)性的全面分析和計算，并得出了明確的結(jié)論：為了同步采集發(fā)電機軸承上的所有狀態(tài)數(shù)據(jù)，包括高頻的加速度數(shù)據(jù)，在現(xiàn)有的傳動鏈狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)基礎上開發(fā)了最新最先進的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。新系統(tǒng)不僅能夠采集葉片輪轂振動及應變數(shù)據(jù)，而且還能夠同步采集風機發(fā)電機軸承、風機塔筒振動及應變數(shù)據(jù)，系統(tǒng)通過風場網(wǎng)絡將這些數(shù)據(jù)傳送給數(shù)據(jù)庫服務器。
智能風機的實時解決方案
金風科技開發(fā)的基于倍福的 TwinCAT 3 自動化軟件的在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)可以獨立運行。
狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)使用的控制系統(tǒng)架構和功能組件如下：
– 采用 64 位操作系統(tǒng) Windows Embedded Standard 7 并搭載 Intel Atom? 多核處理器（時鐘頻率為 1.75 GHz）的 CX5130 嵌入式控制器用作狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的核心控制器
– 通過具有超采樣功能的 XFC EtherCAT 狀態(tài)監(jiān)測端子模塊（IEPE）EL3632 采集發(fā)電機軸承振動和加速度信號，采樣率高達 50 ksamples/s，各通道的同步精度都<100 ns。用戶可以根據(jù)具體需要對采樣率和超采樣因子進行參數(shù)設置
– 通過 TwinCAT ADS 通信同時采集風機的所有狀態(tài)數(shù)據(jù)
– 通過控制器中的 TwinCAT Wind framework 同步采集原始數(shù)據(jù)和工況數(shù)據(jù)。原始數(shù)據(jù)及其計算結(jié)果由 TwinCAT 數(shù)據(jù)庫服務器直接保存在本地的關系型數(shù)據(jù)庫中
– 利用 TwinCAT 狀態(tài)監(jiān)測功能庫中的流式算法實時在線分析功率譜和力矩系數(shù)等數(shù)據(jù)。分析結(jié)果實時輸出到數(shù)據(jù)庫中，同時反饋給風機的主控系統(tǒng)，為智能風機提供智能化的診斷數(shù)據(jù)
– 所有信息都可以存儲在本地或遠程數(shù)據(jù)庫中。金風科技認為，狀態(tài)監(jiān)測服務器可以通過數(shù)據(jù)庫遠程訪問各風機的原始數(shù)據(jù)及計算結(jié)果，這在傳統(tǒng)的 CMS 系統(tǒng)中是不可能實現(xiàn)的。
基于 TwinCAT的 CMS 系統(tǒng)實時在線采集發(fā)電機軸承的振動數(shù)據(jù)，并通過 TwinCAT Wind framework 快速存入本地數(shù)據(jù)庫
