在“碳達(dá)峰”、“碳中和”目標(biāo)指引下，我國(guó)風(fēng)電行業(yè)得到快速發(fā)展，中國(guó)已經(jīng)成為全球風(fēng)力發(fā)電規(guī)模最大、增長(zhǎng)最快的市場(chǎng),累計(jì)裝機(jī)量位居全球第一。

北斗作為國(guó)之重器，已在交通運(yùn)輸、農(nóng)林漁業(yè)、水文監(jiān)測(cè)、氣象測(cè)報(bào)、通信計(jì)時(shí)、電力調(diào)度、救災(zāi)減災(zāi)、公共安全等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，融入國(guó)家核心基礎(chǔ)設(shè)施，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

日前，湖南華電聯(lián)合聯(lián)智科技（衛(wèi)星技術(shù)交通運(yùn)輸行業(yè)研發(fā)中心、基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化監(jiān)測(cè)與智能管控湖南省工程研究中心），將北斗高精度定位定向技術(shù)應(yīng)用于大型風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)與運(yùn)行安全監(jiān)測(cè)，強(qiáng)化了風(fēng)機(jī)的運(yùn)行安全監(jiān)管，提升了機(jī)組發(fā)電效能，并在湖南相關(guān)風(fēng)場(chǎng)中應(yīng)用，成為北斗在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安全監(jiān)測(cè)領(lǐng)域應(yīng)用首創(chuàng)。

進(jìn)軍低風(fēng)速區(qū)，高柔塔風(fēng)機(jī)呼喚技術(shù)創(chuàng)新護(hù)航安全

繼4月11日，河南黃縣某風(fēng)場(chǎng)發(fā)生一臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)倒塔事故后，日前，河南延津再發(fā)生一臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)倒塌事故。業(yè)內(nèi)人士估計(jì)事故直接經(jīng)濟(jì)損失在2500萬(wàn)-3000萬(wàn)左右，而因風(fēng)電場(chǎng)事故調(diào)查導(dǎo)致的停機(jī)或限功率電費(fèi)損失預(yù)計(jì)達(dá)3000萬(wàn)。

近年來(lái)，風(fēng)機(jī)倒塔、葉片掃塔等事故不斷進(jìn)入我們視野。事故不僅造成巨大經(jīng)濟(jì)損失，而且還帶來(lái)嚴(yán)重安全隱患和責(zé)任，在社會(huì)上形成巨大影響。

為了在低風(fēng)速地區(qū)保障風(fēng)機(jī)的發(fā)電量，加長(zhǎng)風(fēng)機(jī)葉片，并抬升輪轂高度捕獲更多的風(fēng)能成為行業(yè)趨勢(shì)。為此，高柔塔機(jī)型應(yīng)運(yùn)而生。

但隨高度增加和塔筒柔性增大的是風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)運(yùn)行安全監(jiān)測(cè)難題。國(guó)家能源集團(tuán)《高柔塔風(fēng)電機(jī)組安全風(fēng)險(xiǎn)管控的思考》指出，高柔塔兩大主要風(fēng)險(xiǎn)為塔頂擺幅較大風(fēng)險(xiǎn)、低空急流風(fēng)險(xiǎn)。柔塔相比傳統(tǒng)剛性塔架其固有頻率有所降低，易發(fā)生風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)與塔架共振現(xiàn)象（1P共振），會(huì)大量消耗機(jī)組使用壽命；在1P共振或渦激振蕩下，會(huì)發(fā)生塔頂最大擺幅。此外100m以上的高度層會(huì)有較大概率出現(xiàn)風(fēng)速突變情況（低空急流風(fēng)險(xiǎn)），增加了葉片撞擊塔筒的風(fēng)險(xiǎn)。

北斗+安全監(jiān)測(cè)，讓風(fēng)機(jī)更安全更高效

針對(duì)以上兩大安全風(fēng)險(xiǎn)，湖南華電聯(lián)合聯(lián)智科技開(kāi)展相關(guān)科研攻關(guān)，形成了以北斗高精度定位定向技術(shù)為核心的風(fēng)機(jī)安全監(jiān)測(cè)預(yù)警體系。

?塔頂位移軌跡實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警

核心技術(shù)：北斗高精度定位定向技術(shù)

高頻動(dòng)態(tài)（1秒/次數(shù)據(jù)）解算下，監(jiān)測(cè)精度達(dá)厘米級(jí)。

塔筒作為一種特殊的高聳鋼結(jié)構(gòu)形式，風(fēng)機(jī)塔筒受力狀態(tài)極為復(fù)雜，機(jī)組故障、外部環(huán)境變化都有可能引起塔筒擺動(dòng)異常。根據(jù)相關(guān)規(guī)范塔筒許用擾度應(yīng)控制在0.5%-0.7%，但受制于風(fēng)機(jī)高頻擺動(dòng)、機(jī)艙不斷旋轉(zhuǎn)、結(jié)構(gòu)形狀不規(guī)則等因素，以往沒(méi)有行之有效的監(jiān)測(cè)手段。

為此，我們研發(fā)了適用于風(fēng)機(jī)的北斗高精度雙天線定位定向技術(shù)及成套設(shè)備，通過(guò)北斗雙天線定位定向技術(shù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)精確測(cè)量塔筒中心位移、機(jī)艙方位角參數(shù)，輔以地磁傳感器、風(fēng)速風(fēng)向儀、陀螺儀，進(jìn)行深耦合解算，對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行模態(tài)分析，形成了風(fēng)機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)塔頂位移軌跡實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、預(yù)警。

?葉片凈空距離實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警

核心技術(shù)：毫米波雷達(dá)動(dòng)態(tài)測(cè)距

刷新率500Hz，精度±0.16m
抗干擾能力極強(qiáng)，可穿透霧煙、灰塵

葉片是風(fēng)機(jī)將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的重要設(shè)備，面對(duì)多變的環(huán)境和復(fù)雜的應(yīng)力耦合，其健康狀態(tài)與運(yùn)行安全監(jiān)測(cè)至關(guān)重要。我們采用毫米波雷達(dá)動(dòng)態(tài)測(cè)距實(shí)現(xiàn)凈空距離實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、預(yù)警，擺脫了傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方式（布設(shè)應(yīng)變片、振動(dòng)傳感器、光纖光柵傳感器、激光雷達(dá)等）成本較高、運(yùn)維難度大、受環(huán)境干擾大等方面的劣勢(shì)。

為進(jìn)一步提高對(duì)葉片裂紋等缺陷的監(jiān)測(cè)，我們通過(guò)使用音頻識(shí)別技術(shù)對(duì)可能產(chǎn)生的裂紋萌生和擴(kuò)展進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。

北斗+風(fēng)機(jī)運(yùn)行安全監(jiān)測(cè)預(yù)警，是一套獨(dú)立的風(fēng)機(jī)運(yùn)行安全監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，它解決了傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)手段存在的不足，實(shí)現(xiàn)了塔頂位移、葉片凈空等風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)安全及關(guān)鍵設(shè)備狀態(tài)的智能監(jiān)測(cè)預(yù)警，創(chuàng)新了風(fēng)機(jī)安全保障方式，強(qiáng)化了風(fēng)機(jī)的運(yùn)行安全監(jiān)管，提升了機(jī)組發(fā)電效能。