中车株洲刘红文:感知驱动的智能控制技术

能见App 2021年10月19日 3944

2021年10月17日-20日,2021北京国际风能大会暨展览会(CWP 2021)在北京新国展隆重召开。作为全球风电行业年度最大的盛会之一,这场由百余名演讲嘉宾和数千名国内外参会代表共同参与的风能盛会,再次登陆北京。

本届大会以“碳中和——风电发展的新机遇”为主题,历时四天,包括开幕式、主旨发言、高峰对话、创新剧场以及关于“国际成熟风电市场发展动态及投资机会”“国际新兴风电市场发展动态及投资机会”“风电设备智能运维论坛”“碳达峰碳中和加速能源转型”等不同主题的15个分论坛。能见App全程直播本次大会。

在19日上午召开的风电机组技术创新论坛上,中车株洲电力机车研究所有限公司风电事业部技术中心副主任刘红文发表了《感知驱动的智能控制技术》的主题发言。

以下为发言全文:

刘红文:各位风电的人大家上午好,我是来自中车株洲所风电事业部的刘红文,很高兴在这里跟大家分享感知驱动的智能控制技术,这也是智能风机最为关键的一部分。整个分为四个部分,第一是整机产品发展新常态。第二是目前整机产品面临了一些新挑战。第三感知驱动的一些智能控制技术去解决这些问题,以及一些案例的分享。第四个是稍微做一个整机和展望。

我们做技术是离不开服务的对象,所以控制技术围绕着整机产品服务的,今年感触非常明显,第一是平价时代,整机产品更新换代越来越快,我们是正值常态,市场需求驱动,我们平价之后对我们价格提出了更高要求。第二是技术的创新时代,为什么对市场倒逼也能把这个价格做下来,这个做下来之后第一个手段是功率等级大型化,可以减少整体的费用,减少些机位点。另外目前在一些大型机组研发上面、降载方面取得了不错的效果。以前觉得可能陆上风电最大功率等级也就3兆瓦可能到4兆瓦左右,到5兆瓦乃至7兆瓦、8兆瓦都已经出来了。第二个新常态就是平价之后的大基地招标,整机价格持续走低。平均的走势在1月份的时候,平均价格在2800-3000左右,8月份价格已经到了2200左右,个别可能下降到2000以下了。第三个常态是说价格降低下来之后,性能也会降低。这个图一个是低风速区,另外一块是高风速区,它这个单位千瓦扫风面积的指标,表征了这个产品先天的发电性能,这个指标其实也是在走高的。这个整机产品往大型化,工业等级高更大,叶片更长,塔筒越高。价格也会越来越低,性能越来越好,这也是符合我们平价之后,来证明3060碳中和大规模的装机风电是一个必然的趋势。  

第二个部分讲大势,我们整机产品开发的时候,有没有面临一些新的问题,那么这个行业目前是轻量化、平台化,这个事情是降低这个产品的一些成本,无论是大功率、长叶片还是高塔筒,这种产品的研发趋势它诉求还是要降低我们业主的投资成本,增加它的一些收益率。那么降低这个本质是降低度电成本,就是一升一降,降什么?降主机成本,降塔筒成本,降些运输成本、吊装成本,运维成本,是提高可靠性还有一些我们机型适用一些,这一块就是刚才说的,为什么单位千瓦扫风面积越来越大,可能花费了功夫。

我们在产品开发时候会面临一些什么问题?第一个问题产品开发的时候,首先我们轻量化之后,有些叶片轻量化之后是一个好事情可以降低成本,但是我们也知道叶片第一捕获能量,第二也是来源,所以它轻量化之后,变柔了之后,产品开发是一个净空问题,以前更多遇到是1.5功耗,到现在1.5功耗是有附件性的,目前发现叶片有可能他在1.3功耗,1.3功耗是什么功耗?第二个极限载荷,这是永恒的话题,现在更多面临是1.4功耗,2.X功耗、4.X功耗,除了解决激光设计之后,风机里面还有一个疲劳载荷,所以我们也是通过这个手段,怎么样来把这个疲劳载荷降低,这个是产品开发的时候首先遇到解决的问题。    

我们一款产品开发出来,在风场里面有没有问题,就是后面有解决的问题,我们性能有没有应该运行可靠性有没有影响,有没有经常发生超速或者超功耗或者振动引起在运行过程中出现的一些故障,尤其是现在往南方复杂地形去增长开发的时候,这里可能时不时停机、超速或者振动、或者误差不大,这些事件可能大家会面临的越来越多,这也是说要解决在运行端,要解决的问题,现在进入我们感知驱动的智能控制技术,我们是基本上感知,感知寿命,算法就是智能方面的算法,这个就是智能控制器,前面也有同行讲了,从这三个方面构建我们智能控制的一些算法,它的核心也是提升我们的发电量,降低我们的重量,提高我们的产品在风场的运行可靠性。    

第一个封面就是刚才说的净空问题,第二个额定功率附近时可开发一些推力削减的算法,第三个是叶片的结构加强一下,第四个降低些适应等级。有些硬件激光雷达出来之后,也开发了基于硬件激光雷达动态这个控制,右边这些图我们做了一个仿真,就是把净空算法加进来之后,净空提高1.5。第二块就是我们所面临的一些极限载荷,现在可能目前大家如果做整机,大家都清楚,1.4功耗是一个非常难的一点。基于硬件感知,我们开发了激光雷达前馈控制技术,这个技术我们已经在用了,我们可以把这个极限载荷降低到13.4%左右。   

除了硬件,因为硬件都会增加一些成本,我们也开发了基于虚拟感知的这个动态削减技术,削减感知就是目前已经已有的传感器,包括加速度还有发电机转速,以及发动机功率这些已有的一些所测一些感知的,通过一些算法构建一些虚拟的指令,指向这个载荷。所以在技术层面开发了基于虚拟感知的模型,通过动态的调整我们讲具体来,降低我们的一些推力载荷风机。1.4功耗就是集装箱的部分,集装箱除了大之外,其实它的风向也是持续变化的,所以我们也是开发了基于虚拟感的穿越技术,比如说在大的功耗,来的时候风向变化的时候根据发电机的加速度以及它的变化率构建一些辅助的速率,降低它在大培养误差变化的一些载荷。

 

(根据演讲速记整理,未经演讲人审核)