润阳能源刘昊：基于数据的风电机组技改提效方式探讨
东方风力发电网 2020年10月16日 544
2020年10月14日-16日，2020北京国际风能大会暨展览会（CWP 2020）在北京新国展隆重召开。作为全球风电行业年度最大的盛会之一，这场由百余名演讲嘉宾和数千名国内外参会代表共同参与的风能盛会，再次登陆北京，本届大会以“引领绿色复苏，构筑更好未来”为主题，聚焦中国能源革命的未来。能见App全程直播本次大会。 
在16日上午召开的风电机组技改专题论坛上，润阳能源技术有限公司总工程师刘昊发表《基于数据的风电机组技改提效方式探讨》主题演讲。 以下为发言实录： 刘昊：我的分享分四部分，第一部分先介绍一下风电后市场的整个情况，截止到2019年底，在国内海上和陆上风电机组装机是超过了230多个吉瓦，占到全球的37%，这是总的装机容量，对于机组的运行年限截止到2019年底是大概48%，这是运行5年以上的，在今年年底会超过50以上，相当于运行机组年限越来越老的比例会逐年增加，这样就带来了一些问题，首先是机组的事故频发，包括火灾和去年上半年行业内比较严重的倒塔的事故，另外机组运行年限的增加、发电效率、运行稳定性也会有一定的降低。针对以上问题，各个主机厂、第三方运维公司也出了很多技改方案，这是行业协会在去年发布的2018年的风电后市场报告里面的技改方案清单，截止到2018年有196个技改方案，这是总共的数量，这是今年8月份发布最新的后市场报告，可以看到技改方案增加到344个，虽然里面有一些重复的，但是毕竟技改方案的数量还是有很大的增加。所以技改数据的增长就给我们技改方案的实施带来一定的难度，尤其业主怎么去选择这个技改方案，所在选择技改方案的前面，一定要对风电场包括风机数据进行详细的分析，所以也就是我分享的主题，首先要搜集风电场的信息、风资源、机组运行数据、运维管理的数据，搜集完之后对数据进行详细的筛选分析，分析完之后会把它分成几类，首先第一类是风机性能类，可以针对性做一些性能提升的策略，第二点是故障类，相当于机组运行，不管是部件还是整机，针对不同故障类型提出不同技改方案。第三运维管理类，相当于日常的运行维护的排产这些类型，有没有不合理的地方，我们做一些运维的优化，针对这三类提出三种方向，这里面因为是技改专题，所以主要还是以技改为主，第三块运维这块就不详细说了。提出的方案就是分为发电量的提升、安全可靠性的提升、运维管理优化。 第二部分介绍一下发电量提升，风机功率的公式大家非常熟悉，从这个公式可以看到，v是不能改变的，因为它是外部环境，但是其他几个参数都是可以改变的，所以我们从其他几个参数一一来展开，针对不同策略。比如叶片扫风面积，可以根据叶片长度，风速虽然是不可变的，但是可以延长风机利用风速的区间、时间范围，从这个角度提高一定的发电量。第三段CP，可以改变的特别多，用一些先进的控制算法增加CP。介绍一下通过叶轮扫风面积，第一个叶尖加长，相对施工起来比较方便，在前面工厂做完详细的载荷，强度评估之后到现场实施，这是明阳机组1.85.82机组具体案例，年发电量可提升10%，因为每个风电场情况不一样，发电量也所不同。第二个是叶根加长，设计相对简单，施工难度叶尖难度大一点，也是两种施工方案，一种在陆地上组装吊装，另外单一吊装在空中组装，这个也是明阳1.582的机组，年发电量可提升10%以上。另外一块是增加偏航对风精度，增加偏航对风精度相对于叶轮正对风的情况下，既增加了扫峰面积又增加了风速，这是一个统计，相当于偏航对风误差跟发电量损失的比例关系。具体的方案首先有一个激光雷达测风的方案，这个也是近几年运用比较多的，来测风机叶轮前面七八十风速关系，跟叶轮尾部风向标的关系做一个对比，将差值叠加到主控系统中，用最新的差值来优化偏航的算法，使偏航始终正对风的方向，这是具体的案例，通过对风优化之后，偏航误差基本上从原来的几度可以缩小到0度附近，年发电量也有1%到5%的提升。毕竟激光雷达有一块费用，从我们现在最新的主控制器CPU逐渐加快的速度，我们可以用PLC进行偏航系统的优化，相当把偏航对风、角度、实施功率做对比分析，找到最优的偏航角度，来把它用这个数值作为我们的偏航控制策略，只改变软件的方式来提升发电量，也有一定的提升。 另外一块增加风速的方式，虽然风速不能增加，但是我们可以延长风机利用风速的时间，首先是在启动这块，因为风机的启动传统都是3米以上，但是启动有一个过程，而且对风速判断的准确性也对启动有一定影响，尤其低风速地区，在小风的时候经常出现风速达到了，风机迟迟没有起来，所以这块可以做一定的优化。另外切除，尤其新疆区域大风比较多的时候，我们刚刚到大风的时候很快就切除了，这个时候就损失了很大的发电量，这个时候可以在切出这块做一定的优化，降低载荷，保证在大风的时候对分有一个利用，具体小风可以对变桨、启机时间做一些优化，把风机启动起来。在高风速区域可以把功率进行一定的降低，这个是理论和实践的对比。另一块就是控制策略，这个曲线就是风能利用率的最佳曲线，大家知道早期用的查表法损失了很大的曲线利用空间，后来提出了CP方式有一定提升，但是现在最新控制算法是柔性转速控制，在额定风速之前，让风机转速尽快达到额定转速，这样能更大范围的利用最优的CP曲线。同时我们还可以借助近几年推出一些控制算法，对CP进一步提升。另外CP叶片的改造，在有些大叶轮的情况下，我们可以通过增加涡流发生器，提升叶片的气动性能，提升比例也有0.5%到2%。另外一块就是用飞机机翼类似叶片的改造方式增加叶尖小翼的方式，增加叶尖处的气动性能，对发电量也有1.5%到6%的提升。另外一块就是安全可靠性提升，刚才提到的事故，包括火灾、倒塔、机组的振动，针对这些问题可以针对性的提出一些防超速、防振动、防火灾，除了这些就是其他机组可靠性的技改方案。 首先防超速从三个方面，第一个变桨防超速，相当于我在变桨里面独自测转速，在安全失效情况下变桨可以主动收桨，另外如果有极端超速情况下，可以通过偏航改造，通过远程手动偏航、程序自动对风方式，保证机组在极端工况情况下停下来。另外也是针对去年年初国内比较大的事故是因为操作人员事故，这个时候经过一些改造，防止在源头上操纵人员误操作，导致三个桨翼的情况。对于防振动，通过数据分析也有很多类型，首先有源自于变桨的，有源自于APR自身，可以通过塔架加阻改变频率以及控制幅度，对于控制类，通过控制频率合塔固有频率的关系，可以找到这种关系，把振动滤波的方式加到转矩控制或者变桨控制中，来达到降低振动的效果。另外一块就是防火，大家都知道虽然很多都装了灭火，像干粉、气溶胶的灭火装置，但是目前火灾还是频繁发生，一个是灭火的效率问题，一个是还有些着火点没有完全灭掉，相当于我们做的产品是把航天、军工用的全氟己酮用在风电领域，这是新出来的产品，是无色无味的，而且对电器器件完全没有损害，灭火效率特别高。另外一块可靠性的技改，类型比较多了，我举三个例子，第一个是有些极端的区域，我们在大风的时候，假如说机组停电了，一些台风区域或者极端风况的时候，启动黑启动后备，有些变流器粘连的情况下，变流器无法单独控制的情况下，远程控制，这样保证机组安全。另外远程叶片锁，在一些风况比较复杂的情况下，无法锁定叶轮的情况下，增加硬件设备，保障叶片能够锁定起来，确保机组安全。 总结一下，因为目前老旧机组数量比例不断增加，问题也越来越多，而目前市面上技改方案又非常繁杂，我们选择起来比较困难，所以数据驱动技改提效方案更有针对性，因为时间的关系，跟大家分享就到这儿。 （根据速记整理，未经本人审核）
在16日上午召开的风电机组技改专题论坛上，润阳能源技术有限公司总工程师刘昊发表《基于数据的风电机组技改提效方式探讨》主题演讲。 以下为发言实录： 刘昊：我的分享分四部分，第一部分先介绍一下风电后市场的整个情况，截止到2019年底，在国内海上和陆上风电机组装机是超过了230多个吉瓦，占到全球的37%，这是总的装机容量，对于机组的运行年限截止到2019年底是大概48%，这是运行5年以上的，在今年年底会超过50以上，相当于运行机组年限越来越老的比例会逐年增加，这样就带来了一些问题，首先是机组的事故频发，包括火灾和去年上半年行业内比较严重的倒塔的事故，另外机组运行年限的增加、发电效率、运行稳定性也会有一定的降低。针对以上问题，各个主机厂、第三方运维公司也出了很多技改方案，这是行业协会在去年发布的2018年的风电后市场报告里面的技改方案清单，截止到2018年有196个技改方案，这是总共的数量，这是今年8月份发布最新的后市场报告，可以看到技改方案增加到344个，虽然里面有一些重复的，但是毕竟技改方案的数量还是有很大的增加。所以技改数据的增长就给我们技改方案的实施带来一定的难度，尤其业主怎么去选择这个技改方案，所在选择技改方案的前面，一定要对风电场包括风机数据进行详细的分析，所以也就是我分享的主题，首先要搜集风电场的信息、风资源、机组运行数据、运维管理的数据，搜集完之后对数据进行详细的筛选分析，分析完之后会把它分成几类，首先第一类是风机性能类，可以针对性做一些性能提升的策略，第二点是故障类，相当于机组运行，不管是部件还是整机，针对不同故障类型提出不同技改方案。第三运维管理类，相当于日常的运行维护的排产这些类型，有没有不合理的地方，我们做一些运维的优化，针对这三类提出三种方向，这里面因为是技改专题，所以主要还是以技改为主，第三块运维这块就不详细说了。提出的方案就是分为发电量的提升、安全可靠性的提升、运维管理优化。 第二部分介绍一下发电量提升，风机功率的公式大家非常熟悉，从这个公式可以看到，v是不能改变的，因为它是外部环境，但是其他几个参数都是可以改变的，所以我们从其他几个参数一一来展开，针对不同策略。比如叶片扫风面积，可以根据叶片长度，风速虽然是不可变的，但是可以延长风机利用风速的区间、时间范围，从这个角度提高一定的发电量。第三段CP，可以改变的特别多，用一些先进的控制算法增加CP。介绍一下通过叶轮扫风面积，第一个叶尖加长，相对施工起来比较方便，在前面工厂做完详细的载荷，强度评估之后到现场实施，这是明阳机组1.85.82机组具体案例，年发电量可提升10%，因为每个风电场情况不一样，发电量也所不同。第二个是叶根加长，设计相对简单，施工难度叶尖难度大一点，也是两种施工方案，一种在陆地上组装吊装，另外单一吊装在空中组装，这个也是明阳1.582的机组，年发电量可提升10%以上。另外一块是增加偏航对风精度，增加偏航对风精度相对于叶轮正对风的情况下，既增加了扫峰面积又增加了风速，这是一个统计，相当于偏航对风误差跟发电量损失的比例关系。具体的方案首先有一个激光雷达测风的方案，这个也是近几年运用比较多的，来测风机叶轮前面七八十风速关系，跟叶轮尾部风向标的关系做一个对比，将差值叠加到主控系统中，用最新的差值来优化偏航的算法，使偏航始终正对风的方向，这是具体的案例，通过对风优化之后，偏航误差基本上从原来的几度可以缩小到0度附近，年发电量也有1%到5%的提升。毕竟激光雷达有一块费用，从我们现在最新的主控制器CPU逐渐加快的速度，我们可以用PLC进行偏航系统的优化，相当把偏航对风、角度、实施功率做对比分析，找到最优的偏航角度，来把它用这个数值作为我们的偏航控制策略，只改变软件的方式来提升发电量，也有一定的提升。 另外一块增加风速的方式，虽然风速不能增加，但是我们可以延长风机利用风速的时间，首先是在启动这块，因为风机的启动传统都是3米以上，但是启动有一个过程，而且对风速判断的准确性也对启动有一定影响，尤其低风速地区，在小风的时候经常出现风速达到了，风机迟迟没有起来，所以这块可以做一定的优化。另外切除，尤其新疆区域大风比较多的时候，我们刚刚到大风的时候很快就切除了，这个时候就损失了很大的发电量，这个时候可以在切出这块做一定的优化，降低载荷，保证在大风的时候对分有一个利用，具体小风可以对变桨、启机时间做一些优化，把风机启动起来。在高风速区域可以把功率进行一定的降低，这个是理论和实践的对比。另一块就是控制策略，这个曲线就是风能利用率的最佳曲线，大家知道早期用的查表法损失了很大的曲线利用空间，后来提出了CP方式有一定提升，但是现在最新控制算法是柔性转速控制，在额定风速之前，让风机转速尽快达到额定转速，这样能更大范围的利用最优的CP曲线。同时我们还可以借助近几年推出一些控制算法，对CP进一步提升。另外CP叶片的改造，在有些大叶轮的情况下，我们可以通过增加涡流发生器，提升叶片的气动性能，提升比例也有0.5%到2%。另外一块就是用飞机机翼类似叶片的改造方式增加叶尖小翼的方式，增加叶尖处的气动性能，对发电量也有1.5%到6%的提升。另外一块就是安全可靠性提升，刚才提到的事故，包括火灾、倒塔、机组的振动，针对这些问题可以针对性的提出一些防超速、防振动、防火灾，除了这些就是其他机组可靠性的技改方案。 首先防超速从三个方面，第一个变桨防超速，相当于我在变桨里面独自测转速，在安全失效情况下变桨可以主动收桨，另外如果有极端超速情况下，可以通过偏航改造，通过远程手动偏航、程序自动对风方式，保证机组在极端工况情况下停下来。另外也是针对去年年初国内比较大的事故是因为操作人员事故，这个时候经过一些改造，防止在源头上操纵人员误操作，导致三个桨翼的情况。对于防振动，通过数据分析也有很多类型，首先有源自于变桨的，有源自于APR自身，可以通过塔架加阻改变频率以及控制幅度，对于控制类，通过控制频率合塔固有频率的关系，可以找到这种关系，把振动滤波的方式加到转矩控制或者变桨控制中，来达到降低振动的效果。另外一块就是防火，大家都知道虽然很多都装了灭火，像干粉、气溶胶的灭火装置，但是目前火灾还是频繁发生，一个是灭火的效率问题，一个是还有些着火点没有完全灭掉，相当于我们做的产品是把航天、军工用的全氟己酮用在风电领域，这是新出来的产品，是无色无味的，而且对电器器件完全没有损害，灭火效率特别高。另外一块可靠性的技改，类型比较多了，我举三个例子，第一个是有些极端的区域，我们在大风的时候，假如说机组停电了，一些台风区域或者极端风况的时候，启动黑启动后备，有些变流器粘连的情况下，变流器无法单独控制的情况下，远程控制，这样保证机组安全。另外远程叶片锁，在一些风况比较复杂的情况下，无法锁定叶轮的情况下，增加硬件设备，保障叶片能够锁定起来，确保机组安全。 总结一下，因为目前老旧机组数量比例不断增加，问题也越来越多，而目前市面上技改方案又非常繁杂，我们选择起来比较困难，所以数据驱动技改提效方案更有针对性，因为时间的关系，跟大家分享就到这儿。 （根据速记整理，未经本人审核）