李燦：后市場風(fēng)電機(jī)組優(yōu)化產(chǎn)品的開發(fā)

2023年10月16日-19日，2023北京國際風(fēng)能大會暨展覽會（CWP2023）在北京如約召開。作為全球風(fēng)電行業(yè)年度最大的盛會之一，這場由百余名演講嘉賓和數(shù)千名國內(nèi)外參會代表共同參與的風(fēng)能盛會，再次登陸北京，聚焦中國能源革命的未來。

本屆大會以“構(gòu)筑全球穩(wěn)定供應(yīng)鏈 共建能源轉(zhuǎn)型新未來”為主題，將歷時四天，包括開幕式、主旨發(fā)言、高峰對話、創(chuàng)新劇場以及關(guān)于“全球風(fēng)電產(chǎn)業(yè)布局及供應(yīng)鏈安全”“雙碳時代下的風(fēng)電技術(shù)發(fā)展前景”“國際風(fēng)電市場發(fā)展動態(tài)及投資機(jī)會”“風(fēng)電機(jī)組可靠性論壇”等不同主題的21個分論壇。能見App全程直播本次大會。

10月19日上午，上海電氣風(fēng)電集團(tuán)股份有限公司工程服務(wù)分公司服務(wù)產(chǎn)品開發(fā)部總工李燦在風(fēng)電機(jī)組優(yōu)化升級專題論壇上發(fā)表題為《后市場風(fēng)電機(jī)組優(yōu)化產(chǎn)品的開發(fā)》的主題演講。

以下為發(fā)言全文：

大家好，我今天跟大家探討的問題是老舊風(fēng)電場提質(zhì)增效的方案和探討，在探討開始之前先跟大家簡單介紹一下我們公司和我們公司的產(chǎn)品線。我們工程服務(wù)分公司是成立于2015年11月，是一個風(fēng)電全生命周期整體服務(wù)方案的提供商。我們大概有9大產(chǎn)品線，分別有精益運(yùn)維、精品備件、大部件、制造。今天跟這個話題比較相關(guān)的是機(jī)組優(yōu)化和葉片增功的板塊。

話題主要分三個部分，一個是老舊風(fēng)電場的問題，第二個提質(zhì)增效的方案，基于我們公司現(xiàn)在開發(fā)的產(chǎn)品來提的一些提質(zhì)增效方案以及經(jīng)典案例的分享。

老舊風(fēng)場的問題，前面幾家友商都已經(jīng)提到了這些問題，我這里再簡單的重復(fù)一下，一個是老舊風(fēng)場風(fēng)資源非常好，由于歷史的原因，機(jī)組相對來說會比較低效。這個低效體現(xiàn)在它的標(biāo)準(zhǔn)化的機(jī)型沒有辦法滿足風(fēng)場的環(huán)境，存量機(jī)組控制技術(shù)相對比較陳舊，單機(jī)風(fēng)能利用率非常低下，一些場級風(fēng)機(jī)協(xié)調(diào)的控制，比如說尾流效應(yīng)等等，不能充分利用場級風(fēng)資源。早期技術(shù)比較落后是電控上面，故障頻發(fā)，進(jìn)口元器件停產(chǎn)導(dǎo)致停機(jī)損失發(fā)電量，更主要還有很多進(jìn)口的廠商退出了中國的市場，沒有人維護(hù)。還有一些綜合性復(fù)雜的問題我們沒有辦法去解決。還有一個痛點(diǎn)，原來設(shè)計(jì)電網(wǎng)的適應(yīng)性比較差，當(dāng)前我們電網(wǎng)的需求是在不斷的提高，高擊穿的標(biāo)準(zhǔn)跟以前不一樣，一次調(diào)頻、慣量支撐等等，這些都需要我們?yōu)闃I(yè)主去考慮做技改，原來的設(shè)計(jì)環(huán)境適應(yīng)性比較弱，環(huán)境適應(yīng)性有兩個方面，一個對環(huán)境的友好性，一個適應(yīng)環(huán)境的能力兩個方面，包括葉片的腐蝕、冰凍，還有老的機(jī)組產(chǎn)生的噪聲、光影，一開始我們在做風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)的時候并沒有考慮到這些，對周邊環(huán)境不友好。

接下來是提質(zhì)增效的方案。從五個方面去考慮，因?yàn)榍懊娴乃膫€問題歸納起來都是可以從風(fēng)、機(jī)、場、環(huán)、網(wǎng)五個方面做一些改進(jìn)和升級。風(fēng)機(jī)最主要來源是風(fēng)，如何把風(fēng)最大化利用，并且如何拿到更加多的風(fēng)能，這是我們考慮的問題，這就是我們提的第一個點(diǎn)如何增功。機(jī)是指整機(jī)的優(yōu)化治理，里面包括發(fā)掘自身的潛能，所謂自身潛能就是降低故障率，提升機(jī)組可利用率。場就是在場控上面，場控上面主要是協(xié)調(diào)全場的風(fēng)資源，如何發(fā)揮全場的能力。環(huán)是指環(huán)境的適應(yīng)性，通過葉片治理、控制系統(tǒng)的優(yōu)化等等手段進(jìn)行環(huán)境適應(yīng)性的改造。網(wǎng)就是對于電網(wǎng)適應(yīng)性能力。

從風(fēng)的方案去講一個是葉片的增功，葉片增功對風(fēng)機(jī)能量的吸收、AEP的提升會有非常大的幫助。葉片增功分了三部分，分別是葉片氣動優(yōu)化、葉片延長、葉片換長的梯次利用，葉片氣動優(yōu)化包括渦流發(fā)生器、鋸齒型尾源的使用、擾流板、葉尖小等。延長主要就是把葉尖加長，葉片換長和梯次利用我們在后面會有詳細(xì)的案例介紹，分別提升AEP能量換長肯定是最高的，大概在20%以上，當(dāng)然這個是要基于整個載荷的設(shè)計(jì)和余量來考慮。

接下來是關(guān)于如何更好的利用風(fēng)，我們是智能增功的方案，最主要就是在控制算法上面進(jìn)行優(yōu)化和升級，包括動態(tài)最優(yōu)轉(zhuǎn)距控制、最優(yōu)槳矩角的控制等等，小風(fēng)掛瓦、定制化偏航等等，在后面案例里面會有體現(xiàn)。

機(jī)，如何提高整機(jī)的提質(zhì)增效的能力，一些三電改造和整機(jī)綜合治理方面，三電改造、變槳變流主控，變流器技改最主要會有一些老的變流器散熱系統(tǒng)優(yōu)化，接觸器的增加，國產(chǎn)化的替代等等。有一些國外廠家替換的問題，還有電能質(zhì)量的治理，變槳系統(tǒng)基改主要有超級電容的替代，以前一些高壓系統(tǒng)和老的系統(tǒng)，整個電路系統(tǒng)都會相當(dāng)?shù)膹?fù)雜，目前整個技術(shù)路線從低壓轉(zhuǎn)向高壓，并且從繁雜的系統(tǒng)已經(jīng)簡化到非常簡單的三柜的系統(tǒng)，還有滑環(huán)系列，變槳50%故障都是來自于通訊的故障，最主要對于整機(jī)性能的提升和可利用率的提升深度的綜合治理，能夠降低一些運(yùn)維成本，提升發(fā)電量，這里包括所有的技改和涉網(wǎng)、數(shù)字化其他的深度治理。

在整機(jī)方面安全性也是非常重要的問題，像超速、火災(zāi)不出則已，一出都是大事故，我們在提質(zhì)增效方案里面還有一個防超速、防火災(zāi)、防違規(guī)操作的案例?，F(xiàn)在防超速是有兩套系統(tǒng)，一套叫測風(fēng)90度偏航冗余，一套是輪轂過速保護(hù)的系統(tǒng)，冗余的偏航會獨(dú)立于整機(jī)的安全鏈。防違規(guī)操作主要依靠的是視頻監(jiān)控系統(tǒng)，這個視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)時傳入到場控，并且有一些報(bào)警，這些系統(tǒng)我們已經(jīng)超過了60個風(fēng)場，包括新增的，包括后面技改的，陸續(xù)都在實(shí)施。

場，最主要要體現(xiàn)整個風(fēng)場的協(xié)調(diào)，左邊這張是系統(tǒng)的拓?fù)鋱D，Gridagent全部進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，并且集成了許多功能模塊。所有功能模塊暫時在右邊這張圖上，這些功能模塊里面有AGC、AEC、一次調(diào)壓調(diào)頻，使我們的風(fēng)機(jī)更好的能響應(yīng)電網(wǎng)的指令，包括光影控制、扇區(qū)控制，這是體現(xiàn)的對環(huán)境的友好型。

環(huán)，環(huán)境適應(yīng)性的改造包括葉片的環(huán)境治理和控制算法的升級，包括葉片覆冰控制、防冰的改造、防雷的改造。還有葉片降噪，葉片降噪主要是用3D的尾源，智能降噪和控制主要是指控制算法的升級，像智能降噪、光影控制更應(yīng)用分散式以及靠近居民的區(qū)域，最早風(fēng)機(jī)控制里面是沒有加入對環(huán)境有影響的控制算法。

網(wǎng)，就是指電網(wǎng)適應(yīng)性的改造。主要包括高低穿和一次調(diào)頻、AGV、暫態(tài)，這是整個特點(diǎn)，對于我司改造的特點(diǎn)來說，施工周期比較短，具備整個后續(xù)技術(shù)升級的能力。

接下來有幾個經(jīng)典案例的風(fēng)險(xiǎn)。首先是增功的案例，葉片延長加智能增功，是一個系列的方案，這是上海的風(fēng)電場，業(yè)主希望在公司內(nèi)部有一個樣板工程，實(shí)現(xiàn)發(fā)電量的提升，在現(xiàn)場考察、進(jìn)行載荷的校核以后，我們給出來是葉片延長和智能增功，最終客戶發(fā)電量收益達(dá)到了7%。左邊是葉片延長加工的過程，首先是葉片的打磨、畫線、切割、涂膠、粘貼、固化、修形，最后進(jìn)行油漆的處理。智能增功是一系列的增功方式，右邊顯示的是最優(yōu)槳矩角控制前后的對比，大家可以看到原來在小風(fēng)階段，在額定風(fēng)速之前階段，最優(yōu)槳矩角控制之前一直定在0度，但是根據(jù)最優(yōu)槳矩角控制的原理，后面是做了微調(diào)。

這個是葉片換長梯次利用的一個典型方案。我們用了116米風(fēng)輪的葉片更換了105米風(fēng)輪的葉片，換下來105米的風(fēng)輪葉片到了另外一個風(fēng)場換93米。換下來93米的葉片，有三個路徑，如果有需求把93米加長到97米，去更換了87米風(fēng)輪的葉片；第二個直接93米換了87米；還有一個作為報(bào)廢處理。在整個過程中我們都會對整個機(jī)組的載荷余量進(jìn)行計(jì)算和考核，因?yàn)樯想姷臋C(jī)組以前設(shè)計(jì)的余量相對來說比較大，我們物盡其用，利用最大化的一個典型案例。

這個是智能增功的案例。江蘇某風(fēng)場是屬于低風(fēng)速的山地風(fēng)區(qū)，全年只有大概5.1米的年平均風(fēng)速，2016年開始我們進(jìn)行智能增功的改造，這個智能增功主要包括偏航、轉(zhuǎn)矩控制，我們對它進(jìn)行自耗電的控制，分夏季模式、冬季模式，最后客戶得到發(fā)電量是4.34%。下面這個表格就是當(dāng)時的數(shù)據(jù)，發(fā)電量增加還是相當(dāng)大，而且切入的次數(shù)明顯減少了一半左右，可利用率有0.1%的提升，整個發(fā)電量提升4.3%。

最后再分享一個變槳整機(jī)國產(chǎn)化替代的案例，右邊是在替換過程中的工程圖，項(xiàng)目背景是新疆的風(fēng)場，建于2013年，機(jī)械是六柜的系統(tǒng)，屬于直流系統(tǒng)，早期直流系統(tǒng)集成度非常低，電機(jī)電池都是需要定期的維護(hù)和更換，成本非常高，而且直流系統(tǒng)一般來說都有碳刷，會損耗、打火，需要定期換，再加上供應(yīng)商退出，沒有支撐。所以業(yè)主選擇了整體的替換，替換成國產(chǎn)化的三柜系統(tǒng)，交流四伏超級電容的方案，免維護(hù)，最終換下來以后2020年替換兩臺，三年最終只出現(xiàn)了一次變槳故障。2023年7月份替換了8臺，至今大概3個多月出現(xiàn)了一次變槳故障，所以這個收益對于業(yè)主來說還是相當(dāng)大。柜子是從后機(jī)端吊上去，到了輪轂里進(jìn)行安裝大部件、驅(qū)動器和超級電容。

謝謝大家！    

（根據(jù)演講速記整理，未經(jīng)演講人審核）