槳角優化在提升風電場資產價值中的應用

摘    要：風電機組運行在滿發之前時，葉片起始槳角根據GH-Bladed仿真結果進行設置，通常在零度左右，以維持機組滿發前功率的最佳輸出。對于新翼型的葉片來說，軟件仿真結果可能因其數據庫中缺乏相關數據而造成與實際功率表現不符的情況，針對這種情況，需對數據進行系統的分析，然后結合現場驗證結果尋求實際的最優槳角。

關鍵詞：槳角  功率表現  產能可利用率

Abstract：When the wind turbine is running before full power, the initial pitch angle is set according to the GH-Bladed simulation results, usually in the zero degree or so. But for the new airfoil blades, due to lack of relevant data in the database, software simulation results may be inconsistent with the actual power performance. For this situation, both detailed data analysis and on-site verification is needed to get the actual optimal pitch angle。

Key words: Picth angle, Power performance, EBA

1. 引言

隨著近些年風電裝機容量的快速增長，風電后市場對于我國風能產業健康發展已至關重要。做好風電場的運維管理，以及相關設備的技術改造，對于風電企業的盈利影響重大。變槳系統作為風機控制系統的重要組成部分，其變槳角度直接影響著機組的功率表現，即發電能力。特別在機組達到額定功率之前，為了最大限度的捕獲風能，槳角通常保持不變，因此初始槳角的設置將直接關系到機組滿發前的功率表現是否在最佳狀態。本文將分享一則槳角優化的案例，通過相關數據分析及現場實地驗證，風電場最終達到了資產價值提升的目的。

2. 案例背景

案例風電場位于國內東部某丘陵地區，采用某2MW機型(新翼型葉片)。風電場自2015年底開始運行，投產以來風電場發電量很不理想。拿到風電場自投產以來半年多的運行數據進行有關技術分析，經過一番數據的檢驗、補齊、修正等預處理工作后統計了一系列的技術指標，其中風電機組EBA(EBA是能量可利用率，不同于基于時間可行用率的TBA、RTA等，EBA是指相對于風電場實際應發電量水平的實際發電水平，少1%意味著損失風電場實際應發電量的1%)62.8%-78.8%，平均70.81%，影響機組EBA較低的原因為非正常功率表現造成的發電量損失較多。某機組的功率散點示意圖如下，其他機組功率表現與之類似，其余機組功率散點圖見附圖。

3. 原因分析

究竟造成此現象的原因是什么呢，故障?維護?偏航?變槳?風特性?還是控制策略?

經過對數據進行如下處理分析：

1) 數據檢驗：將不正常的數據進行NA處理;

2) 數據修正：本案子裝有Lidar設備，修正機艙風速;

3) 數據補齊：通過機組內數據自補及機組間建立聯合分布法進行跨機組補齊;

4) 功率識別分類：通過數據間的邏輯關系及控制原理自動識別功率性質進行分類;

5) 大方向指標分析：大方向指標包括風及風特性、機組穩定性、功率表現、設計合理性、資產長期表現預測及不確定性分析;

6) 各系統指標分析：主要關注非故障情況下對發電情況有影響的控制系統;

7) 問題推演及分析：通常會有多個問題，經量化后分為主要問題及次要問題，對問題發生的邏輯條件及外部條件進行推演分析，找到源頭進行理論預演及提出理論方案。

8) 提出建議

根據各技術指標的統計結果發現，機組間功率表現驚人的一致性且主要發生在低風速段，一定是機組共性的東西造成的，所以像群發故障、維護、偏航、風特性等可能性不大，經過一番分析后這些因素逐一被排除，最終將目標鎖定在變槳系統及其控制上。經過數據預處理后分析變槳系統有關數據，最后發現機組在不同的槳角段功率表現存在明顯差異，經咨詢業主和廠家后得知該機型所用葉片為新研發的翼型葉片，已投產的業績很少。分Bin后的槳角功率表現如下圖所示，其余機組功率散點圖見附圖。

從機組在不同槳角下的功率表現可以看出，槳角在0-1度，機組在滿發前正常與非正常功率表現同時存在;在3-4度，功率表現基本正常，與保證曲線趨勢最為接近。因此推測該機型的起始槳角非軟件仿真值0.5度。