东方 电气高原生：风力发电机组电量提升整体解决方案

2017年10月16日-19日，2017北京国际风能大会（CWP2017）在北京隆重召开。在中国国际展览中心（新馆）“在役风电机组技改提效”专场，东方 电气风电有限公司，主任工程师高原生带来电量提升整体解决方案主旨演讲。

主要包括风力发电机组发电量的影响因素，机组出力性能评估，功率曲线提升，稳定性提升模块，最后讨论了如何进行效果验证和案例介绍。

以下为演讲内容：

高原生：各位领导各位专家上午好，非常高兴能够跟大家进行技术交流，今天我的题目是电量提升整体解决方案，内容主要是从以下几个方面进行介绍，第一点就是风力发电机组发电量的影响因素，第二个就是机组出力性能评估，第三功率曲线提升模块，第四是稳定性提升模块，最后讨论一下如何进行效果验证和案例介绍，首先我们来看一下影响风力发电机组影响因素，我们认为影响风力发电机组因素有以下几个方面。

第一个风资源，风资源也就是代表风能的大小，第二个就是功率曲线，我们对风能吸收的效率和好坏，最后一个就是风能吸收时间，我们风机正常运行时间有多久，大家知道第一个因素是风资源是不可改变的，因为它是大自然的馈赠，但是后两个因素是可以人为控制，我们可以进行提升。

下面讲一下发电提升流量是这样的，处理进行首先进行评估，接下来就是根据功率提升模块和稳定性提升模块的制订措施对风机进行测试，最后进行一个效果的验证。下来我们进行一个机组性能评估的介绍，也就是第二大点，有一个特点我们评估是基于能量可利用率，首先第一个客观的衡量不同风电场的能量，捕捉水平和电量水平，第二个它可以定性分析风电场的提效潜力，对机组发电效率进行评估，观察机组是否风资源吸收发挥最佳状态，为电量提升优化措施，提供数据支持，影响发电量结果的因素。

大家知道，实际发电量和理论发电量就是有差异的，怎么把差异算出来，我们根据风场的地形还有切片还有暖流情况对风机进行详细划分，就可以量身定制确定风机实际效率怎么样，第三大点讲一下功率提升模块，这是我们今天主要讲的内容，从5个方面对风机功率提升进行改造，第一个叶片改造，第二个就是激光雷达的优化偏航对风，第三智能双模运行，第四拓展风机运行范围，第五高风功率提升改造。我逐步介绍，第一个增大扫风面积，提升风能吸收量，我们的方法就是直接更换更长叶片，这个方案的有点提升效率比较明显，缺点就是成本比较高，第二个就是叶尖部分加长，这个部分由一个特点投资效益比较少，这个要对叶片质量进行很好的评估，不然风险很大。第三个方法就是将上面两个方法混用，比如一部分的机组把短叶片换成长叶片，另外一部分进行叶片加长，从而提升最大的经济效益性。

大家知道，叶片改造对风级影响最大的就是安全性，我们是整机场合我们对机组有载荷强度结构强度有优势，我们就是把两个加长和载荷进行了有效的评估，然后同时呢通过程序算法进行仿真，从硬件和软件方面同时保证机组的安全性，我们这个叶片改造已经有多项业绩，第一个我们首先在7个风场，21台风机上，完成了70机组换77叶片，然后把77叶片换成80叶片的改造，电量提升效果明显，同时呢我们已经完成了叶片加长1.6米和2米叶型设计和理论工作，本月我们会进行工作。

在叶片改造过程中，我们把叶片和整机载荷进行了集成化的设计，同时利用我们控制算法的优势抑制了传动链的振动和塔筒的振动，从而保证了机组的安全运行，第二个提升方法就是我们激光雷达偏航对风，大家知道风机对风效果不好的话，对机组的效率，对发电量的影响是比较大的。对风的思路通过激光雷达测量风机风轮前未受干扰的风速风向，通过它校正原来风向标偏航的误差，使风机能够更好的精准对风，从而提高发电量。这个方法是两种，一个就是静态校正另一种是动态校正，所谓静态校政就是把那个激光雷达短期装在风机上，比如一个月，通过收集一个月的数据，用数据算法分析出这个角度，在主控里面把偏航角度进行修改，这样的话就可以把风机风速校正对的更准一些，但是它有一个特点，所以它那个效率提升比较有限，只是1%，第二个方法就是把风机激光雷达长期安装在风机上面，通过测量轮毂前80米处的风速和风向，可以让风机提前进行偏航，这样的话明显的减少了偏航的误差，可以实现更精准的对分，这个集中效果可以达到3%。

再下来一个方法就是智能双模运行，我们有两种机型，最早的是双馈机型，双馈机型有一个特点就是低风速段效率不是特别高，这是第一个，第二个就是它受滑擦的影响，低风速没有办法运行和发电，现在我们有一种新的设计思路，采用鼠笼电机和双馈电机组合模式，在低风速段的时候，就是把那个双馈风机变成鼠笼电机运行，高风速的时候再切回双馈模式，这样就把鼠笼电机和双馈风机的优点整合在了一起。

它的改造方法就是，把双馈风机通过加装一个定子，同时为了避免鼠笼电机和双馈风机频繁切换呢，我们加了一个置换控制，当风速增加到一定范围的时候，才把那个鼠笼电机模式切换到双馈模式，当风速下降到N1的时候才会从双馈模式切换到鼠笼电机，这样减少了频繁的切换，增加了风机的寿命。大家可以从这两个图上看出来，大家看那个红线是改造以后（英文）曲线，原来那个蓝线在低风速（英文）比较小，但是改造以后低风速（英文）很好，就可以看出低风速段功率极限得多了改善，这个发电量可以增加1%，投资回收期是一到两年的时间。

第四个方法就是拓展风机运行范围，这个是针对不同的风机项目，大家知道各个地方气温不同地形不同，空气密度也是不同的，我们设计的是理论设计值，然后我们现在就是根据IEC-61400的标准，把风机风速折换成当地空气密度下的空气，标准把机组切入与切出风速从设计空气密度转化到现场空气密度下，把此值作为现场风机的切入与切出风速参数，从而提高发电量。这个特点只是软件更新，效率是可以提升1%，投资回报率是一年之内。

最后一个策略就是高风功率提升策略，大家知道在风速很大的时候，尤其在满发以上的时候，风速在大的时候我们最早的方式就是风机切除，大家可以从功率曲线可以看到蓝颜色的范围，超过一定范围直接切除了，现在呢我们是在风速，在额定范围首先把稳定功率充分利用风机，把额定功率值提高了，第二个方法在更大风速不是直接把风机切除，而是通过降符合降载的方式延长它的发电时间，从而提高发电量。这个方案有一个关键的因素呢就是一定要对风机的载荷和结构强度进行核算，不然会影响到风机的安全。

接下来就是稳定性提升模块，大家知道通过提升鼓风机的稳定性来延长风机发电时间，提升电量方法有很多，我这里简单介绍几个，因为今天不是我们重点介绍方法，第一比如大部件，寿命的健康管理我们将技术和管理手段进行结合，利用大数据的手段对风机实行预检和预修，第二个就是变桨轴承的单线式润滑改造，第三个就是测风系统的改造，最后一个发电机轴承冗余保护，我们结合（英文）的数据，结合使用情况和故障情况提出一个方案，可以实现精准的提效，增加风机的发电量。

刚才讲了很多措施，做完以后怎么办，要进行效果验证，效果验证同样基于能量可利用的方法，对效果进行全方位的验证，第一个就是功率曲线进行评估，改造前后的发电量进行对比，然后对故障率、可利用率进行分析，我们会联合第三方认证机构对这个效果进行一个综合评估。

总结一下，我们现在两种提升模块，第一种就是功率曲线提升模块5种方法，我们通过这5种方法的改造，成本不同，但是回收时间我们控制在4年之内，第二种稳定性提升模块，通过对机组的稳定性进行改造，然后增加了技术的有效运行时间。

下面讲一下实例，第一个我们派人到现场对风场进行实地考察，首先要收集数据，比如说测风塔的数据，地形的数据，机位的错标，然后检查一下可研报告里的风速，同时呢采集（英文）的数据，目的是对机组出力性能进行评估，根据性能评估我们制订了一个功率曲线提升方案和稳定性提升方案，具体方案是如下的，第一个就是我们是把77的机组叶片换成82的叶片，为什么呢，因为我们在评估报告发现，可行性报告发现，原来的设计风速是7.5米，但是实际测下来的风速只有6米，这样的话对风机的发电量的提升和叶片的效率比较明显，所以一条线7台风机，把77叶片换成了82叶片，第二利用激光雷达对偏向进行了校政，第二种高峰功率提升策略。

我们对故障情况进行了分析，进行了如下改造，第一个就是发电机轴承冗余保护，第二对测风系统抗冰冻进行了改造，我们对发电量进行了提升，实现了12%的提升，下面提升了4%，总体而言七台风机提升达到了16%。这个案例虽然只是一个风场一条线路的改造情况，但是我们认为它具有推广和借鉴了价值，我们东方 风电将秉承“深挖机组潜能合作共赢创效”的理念，不断开发提升机组发电量的服务产品。我们的目标是提升发电量10%及以上，谢谢大家。

（发言为现场速记整理，未经本人审核）