北極星風力發(fā)電網訊： 2022年國內有新增裝機的風電整機企業(yè)只有10余家，但在2010年時，我國風電行業(yè)百家爭鳴，國內大大小小風機廠家70余家，近60家主機制造商在風電發(fā)展歷程中被淘汰，遺留下一批無主的“孤兒風機”。

2月23-24日，由水電水利規(guī)劃設計總院指導，由北極星電力網、北極星風力發(fā)電網主辦的“第二屆風電運維技改大會”成功召開，會議期間，潤陽能源技術有限公司副總經理、研究院院長劉昊如是說。


(資料圖片僅供參考)

老舊風機存在“四多”難題

劉昊指出，國內老舊風電機組存在“四多”難題，需要風電產業(yè)上下游企業(yè)通力合作，共同攻克。

第一，隨著風機運行年限的增長，老舊機組的數(shù)量越來越多。截止2022年底，我國大于10年的老舊機組約7500萬千瓦，超過總裝機容量的20%。

第二，風機廠家的品牌多。2010年我國共有70多家主機品牌，華創(chuàng)、天威等60家左右的主機廠退出，彌留的孤兒風機品牌復雜。

第三，老舊風機的型號多。國內主流的包括雙饋、直驅、半直驅等機組類型非常多，以某孤兒機組1.5MW風機為列，其葉輪直徑有6種型號，主控制器有3個品牌，變流器有5個品牌，變槳有4個品牌，這樣排列組合一個機型就有幾十個型號，給運維技改帶來了極大的挑戰(zhàn)。

第四，風機運行的問題多。老舊機組故障率高、運行效率低、掃風面積小等幾個維度體現(xiàn)了老舊機組可靠性差、發(fā)電量低和運行效率低。同時，機組還存在部件老化、品牌繁雜、技術落后、軟件無法更新、監(jiān)控功能不完善等一系列問題。

精準分析、定制技改助力風機“長跑”

劉昊認為，風電機組全生命周期的運行猶如一場長跑比賽，運動員之所以跑得好、跑得快、跑得遠、跑得省力并且不容易受傷，和運動員的呼吸、心率、步頻、擺臂和落腳的姿勢息息相關。

風機也一樣，想要20年全生命周期內運行平穩(wěn)，發(fā)電效率高，其發(fā)電的狀態(tài)十分關鍵，葉片轉動是否平穩(wěn)、振動是否可控、溫升是否合理、葉片角度是否平衡等變量都影響了機組的運行穩(wěn)定性。

風電機組最理想的狀態(tài)是機組可持續(xù)的、平穩(wěn)的運行，所有部件同步老化磨損直至壽命結束，而不是在運行過程中，大部分部件運行良好，但某些部件已經失效，這樣就影響了整個風電機組生命周期的運行。

劉昊表示，大部分老舊風機在運行過程中都處于亞健康狀態(tài)，造成了一定程度上的發(fā)電量損失，通過精準分析，發(fā)現(xiàn)機組的亞健康狀態(tài)，再進行定制化技改對亞健康狀態(tài)進行治療，消除機組的局部疲勞，可以提升風電機組運行的穩(wěn)定性和發(fā)電量。

如何發(fā)現(xiàn)，并精準分析機組的亞健康狀態(tài)？

第一，機組的控制維度，可以通過分析單臺機組功率曲線時間維度的縱向對比，或者多臺機組空間維度的橫向對比，來發(fā)現(xiàn)低效機組。

第二，機組的狀態(tài)維度。很多機組運行狀態(tài)不一定能直接反映在功率曲線上，但會影響風機長期穩(wěn)定的運行，通過發(fā)現(xiàn)風機運行狀態(tài)維度上的異常，包括像類似于氣動性能、振動特性、轉速特征等來評估機組健康狀態(tài)。

從數(shù)據(jù)層面分析了機組可能存在的潛在風險，通過專項的檢查，用專業(yè)的設備針對具體部位進行詳細的檢查確認，比如激光、聲紋、視頻、振動設備等來分析確認存在的故障隱患點。

劉昊介紹，技改主要包括體檢、確診、治療、定期復查四個維度：

體檢，通過準確的數(shù)據(jù)收集和專業(yè)的分析來獲取機組的狀態(tài)信息，從而定位機組病灶。

確診，確認技改范疇，做到既不浪費技改費用，又能針對某些問題進行準確性的技改，實現(xiàn)技改范圍的最優(yōu)。

治療，通過快速技改實現(xiàn)交付，減少機組的停機時間，降低發(fā)電量損失。

定期復查，通過定期復查來讓風機可以在全生命周期內持續(xù)穩(wěn)定的運行。

做風機的健康顧問與家庭醫(yī)生

會議期間，劉昊分享了潤陽能源技術有限公司在5個省針對5種機型的提效優(yōu)化技改、綜合技改、深度技改等相關案例。

第一個案例，吉林某風場的天威1.5MW雙饋風電機組。從功率曲線可以看到，這臺機組在改造前，一個是無法滿發(fā)，另外，偏航控制策略不是特別好，機組在滿發(fā)額定前功率曲線相對較差。

經過技改以后，風機功率曲線已經恢復到正常水平，綜合評估下來，機組優(yōu)化完之后發(fā)電量可以提升10%以上。

第二個案例，甘肅某風場航天萬源2MW直驅風電機組。技改前機組振動狀態(tài)非常頻繁，運行轉速控制不穩(wěn)定，正是因為運行轉速控制不穩(wěn)定，所以經常出現(xiàn)振動故障，導致機組可利用率特別低。

通過控制手段在機組控制器里面增加一些濾波和頻率算法，來識別機組頻率來源，從控制上把機組的振動來源濾掉，讓轉速運行的更平穩(wěn)。經過改造之后，機組可以穩(wěn)定運行，而且沒有再發(fā)生振動的問題。

第三個案例，山西某風場鋒電能源1.5MW雙饋機組。機組低風速階段，功率、轉速、振蕩比較厲害，無法滿發(fā)。

分析后發(fā)現(xiàn)是轉矩控制很不穩(wěn)定，經過技改，首先通過一些新的控制算法，最優(yōu)的轉矩控制、降載控制策略等，讓風機可以持續(xù)穩(wěn)定的運行。經過技改后，機組在全風速段內轉矩和功率都能實現(xiàn)穩(wěn)定，而且通過這種手段發(fā)電量得到了很大的提升。

第四個案例，山東某項目日本川崎1.5MW中速永磁機組。因為這臺機組在全國只有一臺，所以是典型的孤兒機組。這臺機組有諸多問題，如無法滿發(fā)、振動比較大、故障率特別高、備件無法支撐，同時業(yè)主沒有運維風電的經驗，所以導致機組屬于年久失修的狀態(tài)。

通過對機組資料的搜集，包括現(xiàn)場的實勘，首先建立風機的仿真模型，通過模態(tài)分析分析風機各個大部件，包括葉片、傳動鏈、塔筒的頻率、耦合頻率進行分析，進行整體載荷的仿真計算和強度分析，通過分析結果進行控制策略的定制和改進，在保證安全的情況下讓機組的控制策略最優(yōu)。

技改后，這臺機組已經運行2年時間，不僅機組可以平穩(wěn)的運行，而且關鍵的部件可靠性也得到了明顯提升，控制參數(shù)在持續(xù)運行中不斷優(yōu)化、迭代，同時給機組增加了一套SCADA系統(tǒng)，手機可以遠程進行監(jiān)控，業(yè)主可以持續(xù)的對機組狀態(tài)進行查看。

技改后，機組年可利用小時數(shù)可以提升1000小時，可利用率也提升了78%，經濟收益比之前提高了3.6倍，運維成本、故障率、場內購電成本都有很大的降低，讓這臺機組重新煥發(fā)了生機和活力。

最后，劉昊介紹，潤陽能源有經驗豐富的數(shù)據(jù)分析和技改交付專業(yè)團隊。對國內外多種孤兒機組，包括華創(chuàng)、天威、航天萬源等超過8個品牌主流的雙饋、直驅、中速永磁等機型做過相關的技改升級，累計改造過的孤兒機組超過了300臺。潤陽能源一定可以用專業(yè)的力量成為風電機組及風電場全生命周期的健康顧問和家庭醫(yī)生。

標簽： 功率曲線 生命周期 控制策略