先進(jìn)傳感器風(fēng)電氣象數(shù)字化解決方案

1、先進(jìn)傳感器風(fēng)電氣象數(shù)字化解決方案CONTENTS01先進(jìn)傳感器的價(jià)值02 更可靠03 更安全04 更智能目錄05 結(jié) 語(yǔ)先進(jìn)傳感器的價(jià)值01傳感器聽(tīng)人類(lèi)如何擁有了今天的智慧？是由于感官的幫助，人類(lèi)是通過(guò)感官來(lái)獲得信息，信息轉(zhuǎn)換成經(jīng)驗(yàn)，在經(jīng)驗(yàn)的支持下產(chǎn)生智慧。了解環(huán)境及其變化是基礎(chǔ)，如果你對(duì)環(huán)境不了解，也就很難做出正確的反應(yīng)。其中視覺(jué)是最重要的感覺(jué)，至少80%以上的信息來(lái)自視覺(jué)。傳感器是人體感官外化和體外進(jìn)化的產(chǎn)物。味嗅視觸第一代傳感器第二代傳感器傳統(tǒng)傳感器（笨啞傳感器）其功能特征是著重于測(cè)量物理參數(shù)無(wú)智能，扁平結(jié)構(gòu)智能傳感器計(jì)算機(jī)技術(shù)使傳感器技術(shù)發(fā)生了巨大的變革微處理器（或微計(jì)算機(jī)）和檢測(cè)技術(shù)

2、相結(jié)合使傳感器具有人工智能的特性傳感器的發(fā)展先進(jìn)傳感器，就是采用代表傳感技術(shù)發(fā)展方向的傳感器，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：新原理 新材料 微型化 集成化 多功能化 智能化 網(wǎng)絡(luò)化MEMS（微電子機(jī)械系統(tǒng)）技術(shù) 新材料技術(shù) 納米技術(shù) 薄膜技術(shù) 光纖技術(shù) 激光技術(shù) 無(wú)線技術(shù) 復(fù)合傳感技術(shù)特征：由于“電腦”的加入，智能傳感器可通過(guò)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和邏輯判斷，從而增加了傳感器的功能，提升傳感器的性能，利用軟件實(shí)現(xiàn)硬件難以實(shí)現(xiàn)的功能先進(jìn)傳感器智能化智能化數(shù) 據(jù)信 息知 識(shí)智 慧殲20與先進(jìn)傳感器現(xiàn)代信息技術(shù)三大基礎(chǔ) 采集傳感技術(shù)（感覺(jué)） 傳輸通信技術(shù)（神經(jīng)） 處理計(jì)算機(jī)技術(shù)（大腦）傳感器是信息采集系統(tǒng)的首要

3、部件，且至于系統(tǒng)的最前端，相當(dāng)于人體的感官，是智能化風(fēng)機(jī)的關(guān)鍵零部件提高可靠性減少停機(jī)損失保障安全運(yùn)行優(yōu)化控制策略提升發(fā)電量促進(jìn)風(fēng)機(jī)智能化水平升級(jí)傳感器的價(jià)值02更可靠TWK ELEKTRONIKDSSELDORF 杜塞爾多夫銷(xiāo)售 測(cè)試 實(shí)驗(yàn)室TWK SENSORIKHAMBURG / WEDEL 漢堡研發(fā) 組裝電機(jī)端編碼器帶增量信號(hào)的KRE58-E31&E32是TWK公司為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳系統(tǒng)量身定制的絕對(duì)值編碼器。電機(jī)端編碼器 在單圈檢測(cè)上使用了基于霍爾原理的磁性傳感系統(tǒng)，多圈檢測(cè)部分通過(guò)多圈能量回收原理完成。應(yīng)用了磁性傳感器的韋根效應(yīng)能量回收技術(shù)，E31&E32成為了不依靠電池，玻璃碼盤(pán)

4、和齒輪組的絕對(duì)值編碼器。 這個(gè)技術(shù)可從編碼器的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生微小的電能。當(dāng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，韋根效應(yīng)傳感器傳感器以交變磁場(chǎng)為能量來(lái)源成為一個(gè)微型發(fā)電機(jī)，它產(chǎn)生的電能可同時(shí)供應(yīng)旋轉(zhuǎn)圈數(shù)的計(jì)數(shù)脈沖以及把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到非易失性?xún)?nèi)存中。電機(jī)端編碼器性能特點(diǎn) 專(zhuān)為變槳電機(jī)應(yīng)用開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品 應(yīng)用了磁性傳感器的韋根效應(yīng)能量回收技術(shù) 較寬的工作溫度范圍，可以在惡劣的環(huán)境中工作 在高溫、高濕、沖擊和振動(dòng)、油污、灰塵較大的場(chǎng)合，比光電編碼器更適合 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、高度集成化、沒(méi)有易失效的元器件 抗強(qiáng)磁場(chǎng)、高可靠性 KRE58-E31&E32是為電機(jī)反饋應(yīng)用開(kāi)發(fā)的，因此它的增量信號(hào)和光電編碼器一樣出色 總體上，磁性編碼器代替光電編碼器的趨勢(shì)

5、被廣泛認(rèn)同槳葉端編碼器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖緊湊堅(jiān)固雙室設(shè)計(jì)方案，無(wú)需額外的軸承法蘭，降低客戶(hù)成本。軸承承載力：250 N軸承使用壽命：109 圈應(yīng)用發(fā)電機(jī)編碼器基本參數(shù)電壓范圍+9 VDC到+36VDC HTL信號(hào)（根據(jù)不同設(shè)計(jì)）+5 VDC TTL信號(hào)輸出A, B和零通道，以及反信號(hào)信號(hào)格式脈沖信號(hào) 占空比 1:1防護(hù)等級(jí)IP65（可選IP69K）發(fā)電機(jī)編碼器 高分辨率磁性傳感器系統(tǒng)，適用于海上應(yīng)用 可設(shè)置1.8192之間任意脈沖數(shù) 因選用優(yōu)質(zhì)的材料-免受外部磁場(chǎng)干擾 安全選項(xiàng)：冗余設(shè)計(jì)，雙輸出，自診斷 特殊的軸承可耐受2.8kV的絕緣電壓 軸向和徑向400N高負(fù)載能力 性能等級(jí)PL=d更安全03解除

6、電纜纏繞安全鏈保護(hù)扇區(qū)管理風(fēng)場(chǎng)協(xié)同控制，提高整場(chǎng)發(fā)電量。扇區(qū)管理技術(shù)可減少某個(gè)風(fēng)向上特殊風(fēng)況對(duì)風(fēng)機(jī)的危害，降低風(fēng)機(jī)的振動(dòng)，確保風(fēng)機(jī)安全運(yùn)行。數(shù)字式機(jī)艙位置傳感器主要功能可靠性高、體積小、精度更高、抗噪聲能力更強(qiáng)，能工作于惡劣環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。這些都是光電傳感器所不能相比的。新原理GMR巨磁阻效應(yīng)GMRGMR（Giant Magneto Resistive）巨磁阻又稱(chēng)特大磁電阻。它是一個(gè)集磁性薄膜，半導(dǎo)體集成及納米技術(shù)為一體的高新技術(shù)產(chǎn)品，應(yīng)用非常廣泛。其技術(shù)結(jié)構(gòu)套用一個(gè)數(shù)學(xué)公式：GMR傳感器=磁性薄膜+納米技術(shù)+半導(dǎo)體集成主要編碼器生產(chǎn)廠家，新產(chǎn)品的研發(fā)都投入到了磁感應(yīng)原理上來(lái)看，也間接印證了這一點(diǎn)

7、。多達(dá)4個(gè)可編程安全凸輪(SIL2等級(jí))絕對(duì)值編碼器(SIL2等級(jí))&多種接口4個(gè)安全開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)為分別與2個(gè)串聯(lián)繼電器連接，以保證觸點(diǎn)可靠（無(wú)粘黏連接）所有觸點(diǎn)都是電氣隔離的，適用于安全鏈產(chǎn)品特點(diǎn)此系列傳感器累計(jì)安裝在風(fēng)機(jī)上30000多臺(tái)，并一直運(yùn)行良好。應(yīng)用振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀無(wú)磨損傳感系統(tǒng)，采用MEMS技術(shù)測(cè)量軸數(shù)量2頻率范圍0.1-60 Hz（可選100Hz）測(cè)量范圍2 g接口 CANopen安全接口 SIL2 2套冗余安全繼電器 SIL2 2路模擬量輸出 優(yōu)勢(shì) 重度沖擊 安全關(guān)斷 FFT-快速傅里葉變換 相位觸發(fā)功能 多種算法模式 相敏關(guān)閉適用于低頻晃動(dòng)的塔筒（約0.2-1.0 Hz） 在任何fe

8、（塔筒的“固有頻率”）條件下都滿(mǎn)足要求的關(guān)斷相位，風(fēng)機(jī)總會(huì)在幅值最大時(shí)停機(jī)，對(duì)風(fēng)機(jī)的沖擊和磨損降到最小 風(fēng)機(jī)在特定相位關(guān)斷是至關(guān)重要或有必要的，當(dāng)塔筒晃動(dòng)，振幅加大，需要停機(jī)時(shí)。在不確定的時(shí)間停機(jī)非常急促，會(huì)對(duì)風(fēng)機(jī)造成損害。振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀相敏曲線瞬時(shí)值g(t) g3時(shí) 迅速關(guān)斷當(dāng)受到強(qiáng)烈沖擊而導(dǎo)致加速度迅速變大，同時(shí)g(t)隨之變大，當(dāng)g(t) g3時(shí)，會(huì)迅速關(guān)斷用戶(hù)可設(shè)定g3值每個(gè)濾波器都可以確定一個(gè)有效g3值，g(t)是瞬時(shí)值SSO 安全關(guān)斷功能 g3無(wú)延遲關(guān)斷瞬時(shí)值g(t) g4時(shí) 延遲TA后關(guān)斷當(dāng)受到強(qiáng)烈沖擊而導(dǎo)致加速度迅速變大，同時(shí)g(t)隨之變大，當(dāng)g(t) g4時(shí)，會(huì)進(jìn)一步關(guān)斷用戶(hù)可

9、設(shè)定g4值與g3安全關(guān)斷功能相比，開(kāi)關(guān)僅在第三個(gè)零穿后，經(jīng)過(guò)TA時(shí)間后關(guān)斷。每個(gè)濾波器都可以確定一個(gè)有效g4值。g(t)是瞬時(shí)值。SSO 安全關(guān)斷功能 g4延遲關(guān)斷冗余傳感器（MEMS或GMR），數(shù)值更可靠（兩組數(shù)據(jù)持續(xù)比較，如果偏差過(guò)大，報(bào)錯(cuò)）更全面的軟件算法來(lái)計(jì)算各種輸出值及其他功能 (比如凸輪)軟件算法持續(xù)控制設(shè)備，如果設(shè)備檢測(cè)到錯(cuò)誤，會(huì)發(fā)出錯(cuò)誤信息并且繼電器全部關(guān)斷。風(fēng)機(jī)控制器知道有錯(cuò)誤發(fā)生。普通產(chǎn)品無(wú)法檢測(cè)到錯(cuò)誤。冗余的安全繼電器。2個(gè)串聯(lián)的繼電器優(yōu)化關(guān)斷功能。如果某個(gè)繼電器的狀態(tài)錯(cuò)誤了，錯(cuò)誤信息會(huì)傳送到控制器。功能安全產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)功能安全產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)PLCChecks data val

10、ues for plausibilityComponent 1Component 21. REDUNDANT COMPONENTS WITH CENTRAL PLAUSIBILITY CHECK BY PLCPLCSIL2/PLd Certified ComponentSafe Data Transmission via CANopen 2. ONE CERTIFIED COMPONENT WITH INTERNAL PLAUSIBILITY CHECK功能安全產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)MICRO CONTROLLER CHECKS THE SIGNAL OF THE SENSORCHIP FOR PLAUS

11、IBILITYSENSORCHIP 1SENSORCHIP 2MICRO 自決斷CONTROLLERONLY CORRECT DATA VALUES ARE TRANSMITTEDTRANSMISSION TO PLC DUE TO CANopen PROTOCOLL0PLCSIL2/PLd CERTIFIED SENSOR0SAFETY CHAIN 整體系統(tǒng)及安全整體系統(tǒng)及安全供電電壓升壓時(shí)間500 ms（10% to 90%）存儲(chǔ)循環(huán)時(shí)間3 s per storage cycle準(zhǔn)備時(shí)間2 s in the operating temperature range 檢測(cè)出錯(cuò)誤到輸出的時(shí)間10

12、0 ms (voltage supply)300 ms (relay check)5 s (RAM test, all individual bits OK)2 s (ROM test within set-up time)安全標(biāo)準(zhǔn)IEC 61508，1-7：2010IEC 62061：2005ISO 13849-1：2008IEC 60947-5-1：2004 + A1：2009最大可持續(xù)工作時(shí)間20 years功能安全參數(shù)標(biāo)準(zhǔn) ISO 13849-1:2008扭纜開(kāi)關(guān)旋轉(zhuǎn)編碼器Kategorie2Kategorie2MTTFd(Jahre)175MTTFd(Jahre)151共因失效 CC

13、FFufilled 滿(mǎn)足共因失效 CCFFufilled 滿(mǎn)足診斷覆蓋率 DC(%)91.8診斷覆蓋率 DC(%)91.7性能等級(jí) PL d性能等級(jí) PL d標(biāo)準(zhǔn) IEC 61508:2010 和 IEC 62061扭纜開(kāi)關(guān)旋轉(zhuǎn)編碼器硬件故障裕度 HFT0硬件故障裕度 HFT0T1(s)8760T1(s)8760安全失效分?jǐn)?shù) SFF(%)95.7安全失效分?jǐn)?shù) SFF(%)95.1危險(xiǎn)失效頻率 PFH(1/h)4.51x10-8危險(xiǎn)失效頻率 PFH(1/h)6.24x10-8SIL2SIL2 認(rèn)證產(chǎn)品無(wú)論在正常情況或者有故障存在的情況下，安全功能都能保證正確實(shí)施，不會(huì)引起人員的傷害、環(huán)境的破壞、

14、設(shè)備財(cái)產(chǎn)的損失。使安全系統(tǒng)及產(chǎn)品符合所需安全完整性等級(jí)，符合國(guó)際市場(chǎng)要求。 IEC61400-1標(biāo)準(zhǔn)，隨著風(fēng)電新技術(shù)的發(fā)展以及認(rèn)識(shí)水平的提高對(duì)標(biāo)準(zhǔn)提出了新的需求。 控制系統(tǒng)和保護(hù)系統(tǒng)的修訂引入基于ISO13849標(biāo)準(zhǔn)的功能安全概念(完整的安全鏈，如傳感器-PLC-執(zhí)行器)。 傳統(tǒng)觀點(diǎn)中，安全由采用機(jī)械安全裝置的系統(tǒng)決定，由于存在部件可靠性的問(wèn)題，因此不能說(shuō)已充分考慮了安全因素。應(yīng)用更智能的傳感器風(fēng)電氣象數(shù)字化解決方案04MESAMESAME-measurement 測(cè)量S-systems 系統(tǒng)A-automation 自動(dòng)化= 集成化解決方案氣壓計(jì)風(fēng)速儀風(fēng)向標(biāo)溫度濕度傳感器產(chǎn)品介紹風(fēng)電氣象數(shù)字

15、化解決方案，在原有超聲波測(cè)風(fēng)儀的基礎(chǔ)上更新升級(jí)。集成微電子技術(shù)及智能軟件算法，測(cè)量數(shù)據(jù)精準(zhǔn)高效，產(chǎn)品堅(jiān)固耐用。集成數(shù)字MEMS，可測(cè)量空氣溫度、相對(duì)濕度及大氣壓力等氣象數(shù)據(jù)，并在以上參數(shù)的基礎(chǔ)上，計(jì)算出空氣密度和露點(diǎn)溫度，為風(fēng)電行業(yè)提供所需的全方位的氣象數(shù)據(jù)。解決了多種傳感器安裝不方便，接口不統(tǒng)一、成本高、可靠性差、無(wú)法滿(mǎn)足風(fēng)電行業(yè)嚴(yán)苛的環(huán)境等問(wèn)題。在沒(méi)有增加額外安裝位置、線纜等的情況下，提供了低成本的解決方案。如今我國(guó)正步入全面信息化時(shí)代，通過(guò)數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)積累，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，為客戶(hù)創(chuàng)造更高價(jià)值。產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)從復(fù)雜到簡(jiǎn)單、向一體化功能從單一到多種、向數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展精度由低到

16、高、向高精度發(fā)展可靠性和壽命從低到高從通用化向?qū)Ｓ没l(fā)展開(kāi)放式結(jié)構(gòu)無(wú)峽谷效應(yīng)最適合海上風(fēng)機(jī)應(yīng)用集成數(shù)字MEMS空氣溫度相對(duì)濕度大氣壓力輸出信號(hào)：CANopen， RS485風(fēng)速 0-100m/s自診斷無(wú)需校準(zhǔn)、免維護(hù)根據(jù)溫度變化自補(bǔ)償采樣頻率自適應(yīng)調(diào)整完全耐腐蝕材料IP67防護(hù)等級(jí)最大300mm/hr降雨量數(shù)據(jù)監(jiān)控界面助力風(fēng)電機(jī)組從自動(dòng)化向智能化跨越，感知環(huán)境的變化并且根據(jù)變化進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整的自動(dòng)化就是智能化。隨著風(fēng)電的發(fā)展，原來(lái)忽略的問(wèn)題逐漸被重視，例如濕氣、結(jié)冰等，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中影響效率和安全。優(yōu)化控制策略，提升發(fā)電量。大部件的故障預(yù)警，降低運(yùn)維成本?；跉庀蟾饕蜃拥膬?nèi)在變化，通過(guò)人工智能

17、算法實(shí)現(xiàn)短時(shí)風(fēng)況預(yù)測(cè)?？諝饷芏瓤諝鉂穸嚷饵c(diǎn)溫度極端天氣空氣密度不僅與大氣壓力和溫度有關(guān)，也受濕度變化的影響，氣溫越高影響越大。影響葉片的氣動(dòng)性能，隨濕度增大，風(fēng)機(jī)葉片輸出功率減小，濕度越高，風(fēng)機(jī)輸出功率降低幅度越大。濕度越大，對(duì)功率影響越大。有助于判斷葉片結(jié)冰，精準(zhǔn)控制減小損耗強(qiáng)風(fēng)持續(xù)時(shí)間短，瞬時(shí)風(fēng)速增大，風(fēng)向突變，氣象要素隨之劇烈變化，往往是氣壓上升，溫度陡降，濕度增大，并伴有雷雨出現(xiàn)。氣象數(shù)據(jù)的價(jià)值 只要空氣密度偏離設(shè)定空氣密度，無(wú)論高于或低于設(shè)定空氣密度，風(fēng)電機(jī)組輸出功率都會(huì)低于設(shè)計(jì)值，出現(xiàn)損失情況；影響空氣密度的不確定度，主要來(lái)自濕度的變化，在30下約為2%，40下約為4%（我國(guó)沿海地

18、區(qū)氣溫大都在30以上）?？諝饷芏?江蘇沿海地區(qū)的變化特點(diǎn)：在春冬季節(jié)，風(fēng)功率密度在200350W/m2，而在夏秋季節(jié)，風(fēng)功率密度在150300W/m2 福建沿海風(fēng)能資源時(shí)間分布特點(diǎn)：平均風(fēng)功率密度與平均風(fēng)速遵循同樣的變化規(guī)律，季節(jié)變化特點(diǎn)是秋季最大，冬季次之，夏季最??；日變化特點(diǎn)是凌晨最小，然后逐漸增大，午后至傍晚達(dá)最大，而后逐漸減小。 氣壓的日變化在低緯度地區(qū)比較明顯。在低緯地區(qū)，平均日振幅可達(dá)34百帕。我國(guó)海上風(fēng)電多位于中低緯度地區(qū)。在額定風(fēng)速以下，對(duì)風(fēng)電機(jī)組發(fā)電量有很大影響。現(xiàn)狀可能只有20-25%的風(fēng)機(jī)的偏航誤差在2度以?xún)?nèi)，風(fēng)力發(fā)電量0.2-0.5%的損失，大部分風(fēng)機(jī)偏航誤差在6度以上，會(huì)造成 2%以上