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传统传感器技术在风电行业发展解析

从人类发展的早期开始,便将风能作为一种能源使用,随着科学技术的发展,人们开始更加精准地运用风能。

德国的石勒苏益格-荷尔斯泰因州位于北海和波罗的海之间,即使在风力不大的情况下,力士乐公司生产的风力发电机组仍可运行。如果风向从西北向北变化8度,测风仪就会把感测到的信号传输到控制系统,控制偏航驱动装置将机舱定位到合适的位置。测风仪包括风速传感器和风向传感器,是随着风电行业的发展而发展起来的。一般来说,风速传感器应满足测量范围为0~60米/秒,误差范围在0.5米/秒以内,工作环境温度应满足当地气温条件。而风向传感器应满足测量范围为0~360度,精确度在2.5度以内,工作环境温度应满足当地气温条件。

中国科学院电工研究所新能源组的副研究员李建林表示,“风电行业对测量高电压、大电流传感器,振动传感器,温度、湿度、测风、以及压力传感器等产品应用均会有所推进。”其中,由于电流传感器是风能涡轮机中转换器必不可少的元件,在风电行业中的应用尤为重要。在某些逆变器内,小型和PCB安装电流传感器的应用非常广泛。这些传感器是转换器闭环控制的一部分,可以确保逆变器快速反应。当逆变器与发电机的智能功率控制同时使用时,可以确保在风能涡轮机启动之后在一个很宽的风速范围内为电网提供持续功率,直到涡轮机在上限风速时停机为止。为了对驱动器进行最佳定位,各个转换器内的传感器会对电流进行连续测量,电路控制器的质量和反应时间最终由电流传感器的设计和性能而确定。这就是具有小电流额定值的闭环电流传感器广泛应用在风电行业的原因。除了具有极好的线性度和精确度之外,闭环电流传感器本身还具有高带宽以及快速的反应时间等优点。

李建林指出,国内的电流传感器市场还有待发展,尤其是大电流传感器技术,远远落后于国际水平。由于国内的大电流传感器技术相对不够成熟,国内风电整机厂商在采购大电流传感器时,大多数会选择进口产品,由于进口产品的价格往往高于国内产品的价格,这在一定程度上增加了生产成本压力。而在小电流传感器技术方面,国内的技术水平与国际水平已没有多少差距。

由于国内风力发电站多设在“三北地区”(华北、东北、西北)及沿海地区,气候相对恶劣,因此风电机组对传感器性能的要求较高,尤其是对加热功能、抗震性、抗高频电磁干扰、防极性接反(连接)及风向指针抗冲击和振动等能力的要求要远高于通用传感器的性能指标,而潮汐发电站的机组还要求传感器具有良好的防海水腐蚀性能。

李建林表示,传感器在风电行业的应用并非仅仅局限于风力发电行业,就我国电力行业来说,使用传感器的场合非常多。在电厂、电站主要使用压力传感器温度传感器流量传感器,在输变电领域主要使用电压传感器、电流传感器。它们大都属于技术水平不高但对可靠性和稳定性要求较高的通用传感器,而技术水平要求较高的光传感器现在在电力行业应用还较少。由于电厂、电站的传感器一般都是由机组设备厂商进行选择,所以国内传感器应用的相对较多。输变电领域则不同,相对发电领域,由于传感器的一次性投入比较小,各个电网区域选择品牌时对价格不是很敏感,而且使用一些比较新的技术可以提高输变电水平,所以国外品牌的传感器应用比较多。”

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