于2009年投運的華北某風電場位于我國二類風資源區(qū)，共安裝32臺1.5MW雙饋機組，該批機組使用的直流變槳系統(tǒng)可靠性差、故障率高，導(dǎo)致機組非計劃停運時間長，帶來了較大的發(fā)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(tǒng)整體更換為交流變槳系統(tǒng)，將變槳系統(tǒng)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(wěn)運行。
精準“把脈”，找準癥結(jié)
金風科技全資子公司北京金風慧能技術(shù)有限公司（下稱：金風慧能）積極應(yīng)標，組織解決方案團隊對問題機組展開科學、系統(tǒng)的故障分析，以找出故障癥結(jié)，尋求更優(yōu)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(shù)的86%，是影響機組正常運行的主要因素。
在此基礎(chǔ)上，對占比達到40%的變槳控制類故障的各種故障現(xiàn)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(tǒng)以及各變槳控制單元的故障分布、故障現(xiàn)象進行統(tǒng)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(qū)動器故障；以及包含變槳角度和超速故障在內(nèi)的控制故障為主要故障的結(jié)論。
造成這些故障的根源在于“七柜直流式”變槳系統(tǒng)本身存在先天不足，同時，主要部件亦存在設(shè)計缺陷和穩(wěn)定性不佳的問題；此外，現(xiàn)有部分機組的變槳驅(qū)動器廠家已退出中國市場，也面臨備件有效供應(yīng)問題。
因“技”制宜，系統(tǒng)解決
結(jié)合故障分析結(jié)論，金風慧能解決方案團隊與項目業(yè)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(tǒng)，但要兼容主控；
2、通過技改，降低系統(tǒng)復(fù)雜程度，提高系統(tǒng)的可靠性和維護便利性，補足現(xiàn)有直流變槳系統(tǒng)的固有缺陷；
3、應(yīng)充分考慮因原機組所采用的不同品牌的變槳系統(tǒng)而存在的零部件通用性問題，并對備件供應(yīng)出現(xiàn)問題的核心元器件進行國產(chǎn)化替代；
4、充分保障經(jīng)濟性、施工周期及施工質(zhì)量。
那么，采用何種技改方案，才能達成提升可靠性、穩(wěn)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(qū)動器的變槳系統(tǒng)“直改交”方案，其核心優(yōu)勢在于：
01、核心元器件優(yōu)中選優(yōu)
使用集成式高壓交流驅(qū)動器與永磁交流同步電機，分別替代原有的變槳驅(qū)動器和直流變槳電機，技改后系統(tǒng)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(tǒng)的缺點，同時充分利用現(xiàn)有柜體和結(jié)構(gòu)，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(shù)更加成熟、性能更優(yōu)的國產(chǎn)主流品牌集成式驅(qū)動器與變槳電機，完全可以解決備件供應(yīng)問題。
02、超級電容，提升變槳備電可靠性
以穩(wěn)定可靠的超級電容替代鉛酸電池，作為新的變槳備電系統(tǒng)。
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(tǒng)的驅(qū)動和制動進行了校核計算。
04、優(yōu)化施工方案，保障施工效率
采用電氣安裝板預(yù)裝配的形式進行柜內(nèi)技改配線，可顯著降低質(zhì)量風險與調(diào)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(xù)維護
針對技改機組涉及到三種不同品牌變槳系統(tǒng)的情況，技改方案充分考量了技改后系統(tǒng)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(yōu)技改方案，在評標過程中獲得了項目業(yè)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(qū)動器的交流變槳系統(tǒng)的硬件拓撲結(jié)構(gòu)圖（技改后）
故障率同比下降95%技改效果得到有效驗證
經(jīng)過60天緊鑼密鼓的現(xiàn)場施工，全部32臺機組的技改順利告捷，成功并網(wǎng)。
技改完成后的2021年上半年，變槳系統(tǒng)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(jù)技改后全場機組增加的等效可利用小時數(shù)推算，在完成技改后的3年以內(nèi)，即可收回全部技改投入成本。
據(jù)不完全統(tǒng)計，國內(nèi)采用“七柜直流式”變槳系統(tǒng)的1.5MW雙饋機組的數(shù)量約在7000臺以上，在運行3至5年后，均易爆發(fā)與該風電場類似的可靠性問題，嚴重影響著發(fā)電企業(yè)的發(fā)電收益和安全運營。
金風慧能提出的基于集成式驅(qū)動器的變槳系統(tǒng)“直改交”方案及其成功應(yīng)用，將為該類風電場開創(chuàng)風機性能優(yōu)化與提質(zhì)增效的有效途徑，幫助問題機組重獲新生。
