風電場技改與優化專場——埃斯倍風電王家禮：BladeVision槳葉全風域測量系統

　　埃斯倍風電科技（青島）有限公司項目總監王家禮出席“第五屆中國風電后市場專題研討會”，在風電場技改與優化專題論壇，分享題為“BladeVision槳葉全風域測量系統”的主旨演講。

　　王家禮： 謝謝大家，很榮幸參加后市場的會，跟大家學習到很多地希望和大家討論學習新的技術和新的理念，這兩天我感受比較深，大家普遍討論一點現在的系統我們風機變得越來越智能，整個運維市場校正性的運維逐漸向預測性的運維。還有這種事前性的運維在發展，這是一個趨勢，大家后面會越來越覺得智能化越來越強，最后到無人值守這樣的方向。

　　我今天講的內容叫BladeVision，漿葉的狀態和全風域測量系統，演講內容三塊，一個是葉片的狀態檢測，我要跟大家分享一些數據一塊討論，還有全風域的功能，跟風場和風機性能提升有關，最后介紹一下我們公司談后市場運維改造的方案。

　　首先要講的內容，我們的功能是什么，它是實時在線測量葉片的形變、葉片的強度、葉片的載荷，還有全風域的功能是用光學的方式裝在葉片的內部，數據采集的頻率是40赫茲，里面有大容量的計算機。

　　BladeVision的特點是葉片多點測量，很多是葉根上放這種壓力片，有金屬的轉嘎其，還有類似于光學的傳感器，大部分是一個點不能在葉根上，現在至少是4個點，最長的長度能到葉片一半的長度，可以測葉片的形變、載荷、扭轉，Torsion是市場上唯一能夠測葉片扭轉的產品，還有旋轉位置、旋轉速度、加速度等等，全風域包括風速、風向、風順轉等等。你及時在風場有比較精準的測風的設備放在那，它也未必能夠表示出整個風場的風況，所有的風機很難以偏概全解決掉。這個高級版本里面主要是對風機的功率曲線，風機的性能，以及風機哪些方面導致發電量低的情況給出一些原因。

　　現在這個產品已經有八九年時間了，2012年開始到現在有這么多的樣機，德國更多一點，最大是128米葉徑，現在經過幾年的儲備，我們終于在今年向德國的OEM廠商投入商業量產，并作為其未來3年內風機主推功能之一，有一個協議不能在國內上市。

　　BladeVision是德國“智慧槳葉II”項目（2017-2019）主要的測量系統（包括扭轉和載荷）這個項目是我們項目對自己的肯定，該項目參與者還有德國兩所大學，德國航空太空中心（DLR），眾多整機廠商 GE, Enercon, Nordex, Senvion。自2017年10月份正式推向國內以來，已經與兩家排名前五的著名OEM整機廠商展開項目樣機合作正在洽淡當中。

　　主要功能的延伸，這是一個作用，我們能提供載荷信息和葉片周期性的形變信息，這個作用可能用在獨立變漿，機組狀態的檢測，我們上個月去內蒙的風場他們的葉片有折斷的現象，遠負責達到報廢的年限，為什么會出現這種情況？形變能夠幫他解決很多問題，還有載荷信息和葉片的扭轉信息，扭轉也會造成很大的損害，還有葉片的強度信息，強度信息如果疲勞載荷過大或者是怎么樣，會影響到你整個風機的安全。還有決定變漿角度這個是很有意思的問題?，F在比較熱的智能風場群控的分析，主要是尾流的影響，還有為24小時功率預測提供全風域的數據支持。

　　這是我們的硬件，在漿葉的隔板那裝了一臺攝像機，攝像機面向葉片的尖部，裝了很多反光片，大家看到有一個很亮的地方，有四排照過去，這是裝在葉片的上緣，上部。取決于具體葉片的形式，相機是長這個樣子的，他會在沒有載荷和有載荷的時候會分成不同的圖像?？臻g的分辨率怎么樣？24米處能夠檢測到300微米的便宜，這個精確度非常高，葉片扭轉0.006度，測量頻率非常高40赫茲。

　　我們看怎么實現，這是系統的脫鋪圖，每個葉片里面裝一個照相機，這個是防雷，這個是以太網，最后傳到工業計算機，對屬于進行匯總和處理，有一個傳感器，攝像機里裝了很多傳感器，整個系統放在輪轂里，可以通過wifi的形式和主輔系統進行交互。這是我們的相機換成了紅色，參數沒有什么可講的，里面有三軸的加速傳感器和三軸的陀螺儀。

　　這是工業計算機，內蒙他們也用GE的，里面主要是說數據存儲包括長達20年完整的等效疲勞載荷歷史數據這個有用，通訊可以跟主控或者是其他系統的交互通過它完成，有CAN和以太網通訊。

　　這個是漿葉，裝在葉片里面的東西，有一些設計及差不多有8年的時間。再講偏移和載荷，也就是它的形變，問題是便宜形變受到約束，或者是它受力不受力的情況下它彎曲使得葉片不能放在尖部，也有一個雙向級的方案，在漿葉一般的地方會再放一個相機，個可以達到葉尖、葉根開始75%的位置，已經非常高了，對漿葉的控制來說，扭轉是一個新的重要的因數，他們發現7MW的扭轉非常嚴重超出他們原先模擬的數據，所以也有一個合作在里面。

　　主要里面有一個基本常識性的問題講解，就是假如說這是一個葉片的剖面，中間是副板，如果完成完整的話扭轉是非常堅硬的，不容易把它扭動，但是如果這個地方出現縫隙那么這個點可以，這個點是不可以的，它會偏移超出它的設計，你的氣動會有很大的不同，風機的安全會受到很大的影響，這是一個在歐洲涉及的數據。大家可以看到在這個地方葉片2和3在整體的分布上來看，是不同顏色代表哪一的點，2和3這個點分布顏色基本相同，葉片1在高風速有一個嚴重的偏離，就是說葉片2和葉片3表現出葉片1非常大的差異，你整個葉片的形式都會產生非常大的影響。這是很重視的，很有意思的問題。

　　葉片現在越來越大，越來越長，但是越來越輕，就是它的剛性變得越來越小，更多是在追求一種新的材料，一種新的安全系數有一定程度的降低，那么也就意味著其實在它的偏移形變上會越來越大，這種超時也會越來越大，這種彎曲度也會變得越來越大。大家可以看到最遠處的反光片表現出來的一個變化，在這種情況下綠色還好一些，倒數第二個反光片表現出來的變化還好一些，最遠處的24米，也就是在葉片一半的地方會表現出來一個高頻的產振，這種振動，產振是什么概念呢？我發現一個視頻，在飛機起飛或者是降落的時候遇到一些氣流，那個飛機的翅膀在高頻的顫抖，最后機翼折斷，所以對于漿葉來說一樣，也是一樣氣動的表現形式。

　　它會有高速過去以后一邊是壓力測，一邊是吸力測，這種情況下飛機的翅膀是一樣的，同樣表現出來葉片也會出現這種情況，葉片長期如果經過這種工況的情況下我相信它的壽命會受影響，對機組安全也是一個很大的隱患，我們有一個概念就是ATC，我們設計產振的門限，如果監控達到這個門限的時候會讓你避開這個危險的區域。

　　這個是一個顯示，現在很多系統用的載荷的測量，載荷能告訴你現在發生的這種變化嗎？不能。同樣一個點上載荷在這個點上沒有出現高頻的問題，大家還是很正常該怎么走怎么走，但是形變上非常密集地出現大幅度的產振，也就是光學的形變能告訴我們一些信息。

　　跨度內的葉片強度，這個不是數據，是模擬的一個數，5米、10米、18、24，這個越小葉片的溫度性氣動都會好一些，我們認為5%以內的強度離散差異可以看作好的葉片，這是對葉片的要求。我們提到載荷，載荷我們首先會用相關重力的方式得到載荷的過程，有個校準的過程在樣的強度上。也就是說整個葉片在空載的時候會有不同角度下會完成一個重力的檢測，從而自動地校準，不需要我們特地做這個事情。主要是當風速<4米/秒，旋轉速度小于12度/秒時，可以完成校準。

　　下一個是面向的力矩，這個力矩比其他兩個大一些，這個是實際的數據，同樣的風素下第二個漿葉比其他漿葉大一點。載荷精度我們系統看得比較直觀一點，主要是跟應變儀比較，我們可以同時提供葉片載荷和旋轉位置，越來越多人要降載荷，包括卡孔機組有一定的作用，要獨立變漿怎么樣，我們要提供葉片載荷和旋轉位置高精確度的同步，他們現在提供變漿和載荷信息不能提供精度。

　　這個是壽命問題，是系統里面對葉片的等效載荷進行一個統計，一個是雨流的統計，這個等效載荷有什么作用？它每天會把數據采集存儲到服務器里。延長風機使用期限的說明，剛才蘇工講到一個問題，歐洲的風場現在都做了延壽的要求，或者說你先達到了那個時間的壽命，業主說我想繼續用我的風機，因為我覺得它還能夠繼續運行下去，我想讓它技術運行，部門會問他你怎么證明這臺風機還可以繼續走下去，你需要給我證據，現在就遇到這種情況，很多人沒有證據，我這個風機我怎么知道，沒有人知道，或者我怎么知道哪個數據，業主也很困惑，有了這個東西對葉片有非常大的幫助，告訴我們監管部門說我們風機開始運行到第20年的時候整個葉片的疲勞沒有發生大的變化，或者說現在整個機組，因為葉片的載荷某種程度上也在反映他機組上其他的變漿、載荷的狀況，所以它可以作為非常重要的依據，這個依據會有所幫助。

　　下一個問題變漿不平衡，變漿不平衡有一個問題，現在我們相機里面有三軸的陀螺儀，回跟整個旋轉軸有一個角度，旋轉軸是這個角度，相機會有一個安裝的位置，每個漿葉會自動校準自己的位置，這個位置最遠處的也品賞，你現在這個角度和三個漿葉不平衡或者是平衡的。2016年參加風展遇到挪威丹麥的公司做了光學的測算，就把高清的相機放在塔下照這個漿葉，可以校準三個變漿角度不平衡，他可以給我一個數字，我說你們有這個市場嗎，有這個必要嗎？他說你們中國尤其嚴重，平均是2-3度的差別，我覺得不會有這么大吧？他說有碰到8度的。三個漿葉角度差到8度是什么概念？很難想象，如果三個漿葉角度不平衡會因為到葉片的載荷，甚至是機組的載荷，主軸的載荷一系列的載荷都會被影響。

　　我們系統對于這個問題可以進行獨立的校準，我們就用自己的系統告訴你三個漿葉是不是平衡的，這個是新的葉片怎么裝，我們產品在新葉片和存量市場都可以，這個變漿角度一致性的數據。優勢直接測量監控葉片變槳角度之間的差異。消除導致能量損失和疲勞載荷增加的不對稱。

　　其實我們講風不僅是風，不僅是風速和風量，有7個衡量，風速、風向、風順轉、垂直風切變、水平風切變、垂直速度，這7個組成了風存在，我們可以測什么呢？不知道，或許大家也不關心。

　　主要一個問題它怎么完成的，我們怎么來測這7個風量，我們有一個激光雷達裝在導流罩的前方，它和這個BladeVision裝上去以后要進行一個關聯，要進行一個基因圖譜或者是人工智能識別的關聯，這兩個東西建立關聯以后建立風機模型圖譜，一種風機一種機型只需要做一次，其他只需要做簡單校準就OK了。

　　這個雷達是我們買的改裝的雷達，他們是一個專有的雷達，超過190個點用于單個（瞬時）風域的重構，埃斯倍自主算法，遠比2光束或4光束激光雷達準確和完善，在直徑的地方先旋轉，把這個面掃過來，四分之三的直徑掃一次，二分之一掃一次，會不斷循環，最終納入到系統內的算法。這個雷達比較貴。

　　然后是一個算法，我們把雷達測風拿掉我們怎么得到風，這是動態的算法，拿到了這些以后用剛才建立的基因模型的圖譜以后得到這七個風量，當然還有校準的過程，每個風機和風機不一樣。

　　這個是德國最早2012年的試驗是在秋天，德國的地深都沒有東西了，當時第一排雷達裝在兩個葉片中間的導流罩的位置上，當時是吊裝。試驗的結果就是這些，我們用雷達當時做完校準以后有一個對比，紅色是激光雷達當時測出來的，測完以后用激光雷達測紅色的線，藍色是用BladeVision做出來的，每小時的切合度非常棒。這是旋轉風向，風向的一個對比，30分鐘內一個風向的對比也會非常棒。

　　我們做了一個試驗，想驗證我們的系統極端情況下會怎么樣驗證一下，我們當時把我們風機上的風向標認為地扭了14度，然后BladeVision工作一段時間，看看我們BladeVision測得的角度是多少，就會發現藍色的還是BladeVision，紅色的還是Lidar，風向的測試方法比較不錯的，垂直的參數量也非常好，這個風向要干嗎？

　　也就是精確的功率曲線，主機廠會告訴你我的功率曲線是非常棒的，我們可以有一個非常陡峭的爬坡，誰能證明？IEC有標準你得出一個方法，誰能告訴我，你很難講到底是哪個，七種標準什么情況下拿出來和我產生的功率進行比對？把它摘出來可以，可是如果沒有這七個風量找誰不知道。

　　這里面有一個問題就是說這是實際測得的一個數據，藍色的是BladeVision的一個數據，然后深藍色是廠商的數據，這兩個拿出來以后會比較契合，還算不錯。這是歐洲游一個規定夜間噪音的控制，歐洲到夜晚以后有分貝數，這個風機在鄉村附近，要求45分貝以下，BladeVision也能測到這個東西，證明是不錯的。

　　然后是整個風場性能的監控，對于單機來說測準了以后風場可以通過群的分析得出來，我們總是說要集群監控、智能，有了這些數據可以做更多的工作，山東日照的工廠非常有意思，比較近，第一個風機滿發第二個風機肯定不滿發。實際上就是一種尾流的干擾。理論上來說我們在做智慧風場也是做這樣的控制，我們如果做集群控制的話，可以預測出來某一個風向尾流會有多大的風向。

　　這是年發電量的統計，這個風場的邊上有這樣的一臺風機，風場的邊上還有一部臺，是趕緊的風，有尾流的風，風場中心的風機受到尾流的干擾非常大，這臺風機影響會非常大，每臺風機會有很大的差異在這里。

　　我們昨天講到要大家都在討論的問題競價上網，一個是增加機組的運行時間，無故障3千小時，3500，現在是2800、2200，我們盡量讓它工作在好的狀態，讓它干更多的活，不讓它爬坡。

　　還有一點電不是這樣產出來的，還有你要提高發電效率，昨天哪個老總講的是說歐洲部分的風場比我們產量率更好，同樣的風速比我們產電量更高，為什么？主要的原因是什么？主要有切變和湍流的校正，還有偏航誤差的修整，還有氣動不均衡檢查，葉片的清潔度檢查，也就是說葉片太臟了，你葉尖有很大的缺痕檢測不到，也很難控制，最后找到傳動系統的檢查，一步一步查到有這些因素BladeVision風的信息可以告訴你準確的這些點可能會在什么地方。

　　其他的收益我們要講改進的24小時功率預測。昨天電網電科院的秦所長提到一個問題，天氣預報，從全球來說全球會有一個這樣的預測，云圖的分析，全球會搞局部化，比如說歐洲或者是亞洲再出一個細化的，全球的下來之后我局部再有細化的過程。這個比如說20千米，再往下則就是地勢或者是怎么樣風場會有天氣預測的情況，到了風場一平方公里或者是4平方公里的階段以后再往下走沒人再給你預測這些了，那么你靠誰？我們靠猜。

　　這邊是一個數據，這個是美國國家再生能源實驗室做的一個報告，里邊風場大概274臺風機做的數據，他要做的數據是在同樣的風速情況下整個風場產電量是多少，大家可以看到在這個點上是那些風速，這是總體的產電量，如果畫一條線的話比如說8米或者是9米的方向可以產生多少電誰能告訴我？要產生這些電還是產生這些電，這個紅色的，我不知道誰能知道，只能靠猜是嗎？你的準確度非常差，關聯性也特別小，我們現在用的系統靠這些東西，靠功率測的綠色的當前的神經網絡轉換函數預測風預測在這，發電量在這，剛才看到關聯性那么弱準確性談不了。

　　接下來我們要告訴你BladeVision在這個地方，到這以后風機處每一個風機是什么樣的，由這個再往下轉，所有這些問題就會暴露出來。這個變漿軸承主要來說是載荷影響比較大一些，比如說一些什么問題，主要做的是變漿角度，包括剛才那些功能的延伸。當日這個問題可能對于某些廠商來說越來越重要，尤其是一些大的公司對這些問題比較嚴重，比較突出一些。

　　都講到了我們盡量來總結。基本型是什么，主要是要告訴你到底發生了什么。SSB Wind Systems 德國公司，成立于1970年，1972年德國埃斯倍公司成功開發第一個特別用途的驅動器。1992年德國埃斯倍公司涉足風電領域，開發出變槳系統，我公司的老前輩是它的發明人，1998年德國埃斯倍公司開始大批量生產1.5MW變槳系統，2001年開發出第一臺3.6MW海上風機變槳系統，2005年埃斯倍青島有限公司成立，2007年埃斯倍青島公司為客戶提供第一套超級電容解決方案，為德國客戶開發了5MW海上風機變槳系統，2010世界范圍內超過17,500臺風機安裝了SSB的變槳控制系統，2013為韓國客戶交付首臺7MW海上風機變槳控制系統，2016世界范圍內超過30,000臺風機安裝了SSB的變槳控制系統，以變槳系統為主要產品的埃斯倍，目前也在后市場方向上陸續推出了很多產品，都得到了批量的應用，獲得客戶的好評，得到了市場廣泛的認可，還有對后市場解決方案來說我看有系統改造的方案，包括直流改交流，偏右變漿控制器的改造，控制器、電池升級的改造，電池改電容的改造，零部件、控制器這些，電池電容的健康狀態監控，還有高穿的改造，這些對于某些其他品牌的高穿的改造都有。

　　我們公司設立有專門的電源分析實驗室，專注研究后備電源已經有5年多時間，做了上萬節電池的數據采樣和分析。這個電池檢測系統大概的組成是每個電池箱里裝一個這樣的模塊，通過這樣的方式同通到主控上，由它通過主控這邊通過wifi的方式傳到機艙，由機艙的以太網通過環網傳到主控去?；镜男问骄褪沁@樣，在截面上有一些電池的狀態，不同顏色表示電池處在哪些壽命階段上，我們60%以下會報警，階梯的形式，會告訴你整個電池的狀態是什么樣的，處在哪個周期的什么階段上，不好意思占用大家的時間。

　　謝謝大家！

　?。ǜ鶕l言整理，未經本人審閱）