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位于華北地區(qū)的某山地風(fēng)電場(chǎng)，地處我國(guó)季風(fēng)區(qū)北部邊沿，冬季季風(fēng)風(fēng)力強(qiáng)、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，當(dāng)?shù)?0米高度年平均風(fēng)速為6.65m/s，全年有效風(fēng)時(shí)超過(guò)7700小時(shí)，風(fēng)資源條件得天獨(dú)厚。

該風(fēng)電場(chǎng)共安裝20余臺(tái)2.0MW永磁直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組，自2016年投運(yùn)以來(lái)，因機(jī)組本身存在設(shè)計(jì)缺陷，相繼出現(xiàn)主控系統(tǒng)頻繁故障，數(shù)據(jù)上傳信息缺失，PLC硬件損壞等多項(xiàng)故障；受制于當(dāng)時(shí)技術(shù)條件的限制，機(jī)組的能量管理平臺(tái)也無(wú)法滿足功率調(diào)度需求。

同時(shí)，由于原風(fēng)機(jī)制造商經(jīng)營(yíng)困難，無(wú)法提供可靠、持續(xù)的技術(shù)服務(wù)與備件支持，使這20余臺(tái)風(fēng)機(jī)成為現(xiàn)役“孤兒”風(fēng)機(jī)，給現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維帶來(lái)極大壓力，運(yùn)維成本同步攀升。

因此，亟需對(duì)現(xiàn)有機(jī)組進(jìn)行系統(tǒng)性技改和深度治理，以保障風(fēng)電場(chǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，為后續(xù)的運(yùn)維及深度提效奠定基礎(chǔ)。

金風(fēng)科技作為永磁直驅(qū)技術(shù)路線的先行者，對(duì)非金風(fēng)品牌直驅(qū)機(jī)組，特別是原風(fēng)機(jī)廠家無(wú)法提供保障的“孤兒”風(fēng)機(jī)，有著成熟的改造技術(shù)和實(shí)施經(jīng)驗(yàn)。

在此背景下，風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)營(yíng)方與金風(fēng)科技全資子公司北京金風(fēng)慧能技術(shù)有限公司（下稱：金風(fēng)慧能）攜手展開(kāi)了一次圍繞優(yōu)質(zhì)風(fēng)資源利用的“馭風(fēng)行動(dòng)”。

厘清癥結(jié)，精準(zhǔn)解決問(wèn)題

“故障分析是一項(xiàng)抽絲剝繭、順藤摸瓜的工作，有時(shí)候就像破案一樣，忽略掉任何一條線索，都有可能導(dǎo)致方向性的偏差”，金風(fēng)慧能高級(jí)解決方案工程師楊華鵬補(bǔ)充道，“我們從發(fā)電量分析和故障分析等維度，對(duì)問(wèn)題機(jī)組展開(kāi)故障排查。”

近四年的發(fā)電量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，全場(chǎng)20余臺(tái)機(jī)組中，過(guò)半機(jī)組在全風(fēng)速段的功率曲線均低于理論曲線，且機(jī)組滿發(fā)點(diǎn)右移，個(gè)別機(jī)組始終無(wú)法達(dá)到額定功率。從功率散點(diǎn)圖看出，各機(jī)組的功率曲線差異較大，特別是在6~11m/s風(fēng)速段，大部分機(jī)組功率低于設(shè)計(jì)值。

通過(guò)對(duì)近一年內(nèi)，導(dǎo)致機(jī)組停機(jī)的故障進(jìn)行統(tǒng)計(jì)后發(fā)現(xiàn)，觸發(fā)次數(shù)排名前30位的故障占總故障次數(shù)的比例為73.45%，其中變槳、主控、電控、變流器、發(fā)電機(jī)和安全鏈系統(tǒng)相關(guān)故障占比位列前6位。

在此基礎(chǔ)上，結(jié)合原機(jī)組的主要部件配置和軟件系統(tǒng)部署情況，擬定出了終的技改方向：

首先解決因風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和控制策略引起的非必要故障停機(jī)，以提升機(jī)組安全性和穩(wěn)定性，進(jìn)而通過(guò)軟硬兼?zhèn)涞膬?yōu)化策略，終實(shí)現(xiàn)機(jī)組發(fā)電性能的提升。

技改方案：立足當(dāng)前，著眼長(zhǎng)遠(yuǎn)

遵照總體的技改方向，解決方案團(tuán)隊(duì)制定了詳盡的技改實(shí)施方案。

由于原主控系統(tǒng)的故障率高、功能落后，且設(shè)計(jì)、選型方面存在缺陷，考慮到后期的升級(jí)需求，決定對(duì)硬件平臺(tái)及配套控制軟件進(jìn)行整體替換，并以此為核心，對(duì)整機(jī)控制系統(tǒng)相關(guān)的設(shè)備進(jìn)行必要的替換。

01控制系統(tǒng)改造：除舊布新，軟硬兼?zhèn)?/p>

以金風(fēng)科技整機(jī)產(chǎn)品批量應(yīng)用的風(fēng)電專用PLC替代原有主控平臺(tái)；同時(shí)，將電量采集模塊、主控與變流器間的通訊模塊利用新部件進(jìn)行替換。

基于金風(fēng)機(jī)組的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合原機(jī)組的特性，開(kāi)發(fā)更加穩(wěn)定、完備的全新控制系統(tǒng)軟件。

02發(fā)電性能專項(xiàng)優(yōu)化：精準(zhǔn)施治

針對(duì)部分機(jī)組在中高風(fēng)速段功率曲線偏低，以及高風(fēng)速段運(yùn)行穩(wěn)定性差的問(wèn)題，在控制系統(tǒng)軟件中應(yīng)用新的控制理論及算法，從而改善功率曲線，達(dá)到提升發(fā)電量和穩(wěn)定性的目標(biāo)。

03整機(jī)控制優(yōu)化：暢通微循環(huán)

通過(guò)優(yōu)化機(jī)組出力控制策略、偏航控制策略和機(jī)組啟動(dòng)策略，提升主控系統(tǒng)與變槳系統(tǒng)控制的協(xié)調(diào)性；

增加高電壓穿越的相關(guān)策略，滿足整機(jī)高穿的要求。

04系統(tǒng)功能優(yōu)化：全面升級(jí)

增加毫秒級(jí)的故障錄波功能，及時(shí)獲取故障前后的機(jī)組狀態(tài)，便于故障分析及問(wèn)題處理；

升級(jí) SCADA 系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳，以適應(yīng)日益嚴(yán)苛的風(fēng)電場(chǎng)接入電網(wǎng)要求；

升級(jí)能量管理平臺(tái)，滿足有功功率及無(wú)功功率的精準(zhǔn)控制；

配套新的風(fēng)機(jī)控制器操作面板（機(jī)艙和塔基處），采用全中文、觸屏式的人機(jī)界面，交互體驗(yàn)更加友好。

風(fēng)機(jī)控制器操作面板界面示意圖

該套技術(shù)方案獲得了項(xiàng)目業(yè)主的高度認(rèn)可，目前，首臺(tái)技改樣機(jī)正在緊鑼密鼓的交付過(guò)程中，預(yù)計(jì)年內(nèi)將完成全場(chǎng)20余臺(tái)機(jī)組的批量改造。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)與該風(fēng)電場(chǎng)同品牌的在運(yùn)直驅(qū)機(jī)組接近3000臺(tái)，均為故障高發(fā)、發(fā)電量不理想的現(xiàn)役“孤兒”風(fēng)機(jī)。金風(fēng)慧能為此類風(fēng)電機(jī)組定制的綜合性改造方案，將為風(fēng)電場(chǎng)的降本增效提供行之有效的實(shí)施路徑。