于2009年投運的華北某風電場位于我國二類風資源區，共安裝32臺1.5MW雙饋機組，該批機組使用的直流變槳系統可靠性差、故障率高，導致機組非計劃停運時間長，帶來了較大的發電量損失和較高的維護成本。
為徹底解決上述問題，風電場運營方公開招標，要求將風機的直流變槳系統整體更換為交流變槳系統，將變槳系統后備電源升級為超級電容，以保障風電場的長遠安全和平穩運行。
精準“把脈”，找準癥結
金風科技全資子公司北京金風慧能技術有限公司（下稱：金風慧能）積極應標，組織解決方案團隊對問題機組展開科學、系統的故障分析，以找出故障癥結，尋求更優的技改方案。
如上圖所示，變槳控制、變槳角度和變槳電池三類故障的占比達到了總故障數的86%，是影響機組正常運行的主要因素。
在此基礎上，對占比達到40%的變槳控制類故障的各種故障現象進行了細分，為研判故障原因提供先決條件。
在對整套變槳系統以及各變槳控制單元的故障分布、故障現象進行統計分析及勘驗后，得出：變槳電機、變槳備電、變槳控制器和變槳驅動器故障；以及包含變槳角度和超速故障在內的控制故障為主要故障的結論。
造成這些故障的根源在于“七柜直流式”變槳系統本身存在先天不足，同時，主要部件亦存在設計缺陷和穩定性不佳的問題；此外，現有部分機組的變槳驅動器廠家已退出中國市場，也面臨備件有效供應問題。
因“技”制宜，系統解決
結合故障分析結論，金風慧能解決方案團隊與項目業主多次研討，最終確定技改方向：
1、不對主控進行技改，改造變槳系統，但要兼容主控；
2、通過技改，降低系統復雜程度，提高系統的可靠性和維護便利性，補足現有直流變槳系統的固有缺陷；
3、應充分考慮因原機組所采用的不同品牌的變槳系統而存在的零部件通用性問題，并對備件供應出現問題的核心元器件進行國產化替代；
4、充分保障經濟性、施工周期及施工質量。
那么，采用何種技改方案，才能達成提升可靠性、穩定性和維護便利性的技改要求呢？
金風慧能綜合考慮多種因素，提出了基于集成式驅動器的變槳系統“直改交”方案，其核心優勢在于：
01、核心元器件優中選優
使用集成式高壓交流驅動器與永磁交流同步電機，分別替代原有的變槳驅動器和直流變槳電機，技改后系統集成度和模塊化程度更高，可簡化技改配線。
不僅能夠克服直流變槳系統的缺點，同時充分利用現有柜體和結構，達到減少技改成本和縮短技改周期的目的，后期維護也更加簡單高效。
采用技術更加成熟、性能更優的國產主流品牌集成式驅動器與變槳電機，完全可以解決備件供應問題。
02、超級電容，提升變槳備電可靠性
以穩定可靠的超級電容替代鉛酸電池，作為新的變槳備電系統。
03、校核計算，驗證影響
充分考慮到技改后對機組載荷及安全性的影響，再次對變槳系統的驅動和制動進行了校核計算。
04、優化施工方案，保障施工效率
采用電氣安裝板預裝配的形式進行柜內技改配線，可顯著降低質量風險與調試風險，縮短施工周期；且電氣安裝板可直接從機艙進入輪轂，無需單獨吊裝。
05、保障備件通用性，方便后續維護
針對技改機組涉及到三種不同品牌變槳系統的情況，技改方案充分考量了技改后系統的一致性，備件均可通用。
在以客戶需求為核心的原則指引下，金風慧能擬定出最優技改方案，在評標過程中獲得了項目業主的認可，在多家競爭對手中脫穎而出，成功奪標。
基于集成式驅動器的交流變槳系統的硬件拓撲結構圖（技改后）
故障率同比下降95%技改效果得到有效驗證
經過60天緊鑼密鼓的現場施工，全部32臺機組的技改順利告捷，成功并網。
技改完成后的2021年上半年，變槳系統故障率較2020年同期下降了95%，機組的可靠性得到顯著改善。
根據技改后全場機組增加的等效可利用小時數推算，在完成技改后的3年以內，即可收回全部技改投入成本。
據不完全統計，國內采用“七柜直流式”變槳系統的1.5MW雙饋機組的數量約在7000臺以上，在運行3至5年后，均易爆發與該風電場類似的可靠性問題，嚴重影響著發電企業的發電收益和安全運營。
金風慧能提出的基于集成式驅動器的變槳系統“直改交”方案及其成功應用，將為該類風電場開創風機性能優化與提質增效的有效途徑，幫助問題機組重獲新生。
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