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在线运行风电机组的控制策略优化与发电量提升北京汇智天华科技有限公司2017年4月目录公司简介项目背景机组技术性能优化原理概述工程实施方案案例简介核心产品公司简介北京汇智天华（原君泰峰能）科技有限公司是专业从事风力发电机组技术优化与性能提升、运行状态诊断与解决方案实施、风机智能化和风电场智慧化改造的专业化高技术服务公司。公司凝聚了一批具有业内顶尖技术水平和多年行业实践经验的风电机组设计、维护、维修专业人才，通过风电机组技改优化相关的技术和产品研发、工程实施、运行维护等技术服务业务为风电开发与运营企业提供风电场运维解决方案。我们的宗旨：实现机组最佳运行状态，为社会提供更多绿色电力，为客户创造更多投资收益。项目背景在线运行风电机组技术特点：生产厂家众多，各家技术路线各异，技术水平参差不齐，不同厂家、不同型号机组设计制造水平差异很大，导致机组的性能、质量、可靠性差异极大；由于技术水平所限，早期生产安装的风电机组单位功率扫风面积相对较小，控制策略相对简单，风能利用效率相对较弱，发电量偏低。相当一部分机组具有很大的技术优化和性能提升空间；机组安装运行后，硬件（叶片、变桨和偏航系统、齿轮箱、发电机、变频器、塔筒等）已固化，提高机组性能的有效办法如加长加宽叶片、提高轮毂高度、优化微观选址等措施已很难采取。机组技术性能优化原理概述提高在役机组发电能力的方法：系统研究分析、及时发现和处理机组故障和潜在故障隐患，降低机组故障率和停机时间，提高风机有效可利用率。采用先进控制策略，变静态参数控制为动态多参数协调控制，优化机组控制软件，在机组安全平稳运行的基础上实现发电量最大化。机组技术性能优化原理概述将风机的运行控制在最佳叶尖速比附近，最大限度捕获风能。机组技术性能优化原理概述转速、扭矩、桨距角协调控制，最大限度把机械能转化为电能机组技术性能优化原理概述必须考虑风电机组各系统的动态特性：1.风的动态紊流特性：紊流，漩涡交替，快速随机变化2.叶片的空气动力学特性，特别是变工况特性3.大速比、大转动惯量下的传动系统动态特性4.变桨、偏航系统的动态响应特性5.发电机与变频系统的电力电子动态耦合特性6.电网动态特性的影响。。。。这些系统既具有各自的动态特性，同时又相互耦合，相互影响。在设计机组的控制策略时，必须建立各系统的动态数学模型，采用先进智能算法，主动寻优，协调控制，实现发电量最大化，这就是风机的精细化模型控制策略。机组技术性能优化原理概述同时优化：变桨轴承磨损保护策略，延长变桨轴承寿命；优化的桨距角控制算法，减小机组振动，降低机械载荷，延长风机寿命。大风保护策略等机组技术性能优化原理概述优点：机组硬件不做改动，只是软件优化，试验成功后再推广，消除了业主的技改前期投入风险；安全链不做任何改动，切入前和切出后的控制策略不做任何改动，安全控制策略不做任何改动，仅对机组在满发之前的过程控制软件进行优化，载荷安全性经过认证，保证了机组的安全稳定性；在软件优化前，对机组全面体检，深度治理，发现和消除机组故障隐患；机组优化后增加的电量收益为净利润增加，效益提升明显。工程实施方案工作流程原则“全面普查，系统分析，个性化精准治理”运行数据的分析与评估，亚健康状态定位；对每台机组配置和部件状态进行详细检查、发现存在的故障和隐患；系统分析部件运行状态和故障及隐患原因，找到病根；对症下药，每台机组个性化治理与机组维护维修；风电机组软硬件的精细调整与调试；具有先进控制模型算法的PLC主控程序升级改造数据收集与改造效果评价工程实施方案机组检查诊断接地检查、控制柜检查、发电机检查、轮毂内检查、急停按钮检查、后备电池检查、齿轮箱检查、刹车系统检查、安全链检查等。分类检查项目检查具体内容备注反馈信息1、叶片叶片信息记录叶片的厂家、型号、生产编号等记录目测叶片外观（1）用望远镜检查无裂纹、腐蚀、雷击损伤，根部法兰与叶片壳体间的密封良好。（2）叶片根部变桨轴承润滑脂集油盒是否缺失、已满现象检查叶片运动噪音和内部杂物（1）在叶片低速转动时，在叶片内部杂物滚动的声音不严重（2）当发电机转速达到1200rpm时叶片未发出异音检查雷电保护系统接地线绝缘完好，螺栓松动，雷电计数器完好叶片根部盖板安装螺栓螺栓无松动，密封完好2、轮毂变桨系统信息记录变桨变频器、电机、减速机、滑环机械检查目测变桨轴承（1）防腐及密封完好，油嘴和接油瓶完好，防雷碳纤维毛刷完好（2）如变桨力矩过大，检查轴承形变、加润滑脂同时清理排出的废油，并清洁干净。检查感应片、限位开关、接近开关（1）无变形，固定牢固，限位开关、接近开关完好（2）接近开关位置合适（距离感应片3-5mm）目测变桨小齿轮和变桨齿圈无点蚀，磨损等现象，啮合齿隙0.3-0.9mm目测变桨减速机无油污，防腐及密封完好（重点检查油镜），油位的观察目测变桨电机、变桨控制柜、滑环、柜间走线外表无油污，防腐完好，连接电缆完好、走线规范、绑扎牢固，各接头无松动叶片零位校正变桨控制柜、支撑杆、滑环的紧固件，固定牢固变桨轴承、轮毂、主轴安装螺栓，变桨电机、变桨减速机安装螺栓螺栓无松动电气检查检查变桨轴承、变桨减速机、变桨电机运行噪音手动变桨运行时无异音变桨控制柜及各端子排、螺栓、电缆柜内是否有烧焦的味道，查看是否紧固无虚接、电缆无破损、落露现象，加热板无老化，柜内无异物PE与轮毂柜、轮毂防雷碳刷的连接工程实施方案－机组振动测试与分析工程实施方案机组软硬件的精细调整与调试电气系统维护；软件系统检查与维护，包括限功率，限变桨角度，修改振动限值等检查；各系统间隙，对中等检查与调整；运行数据的提取与备份等。工程实施方案PLC主控程序升级改造按照风电机组配置，选择合适程序版本，下载优化后的机组主控程序完成后，检查PLC与变桨系统、变频器的通讯状态，水冷油冷系统，手动测试变频器，手动变桨测试，手动偏航功能是否可以正常工作；启动风机检测风机是否按照预定逻辑进行，监控变桨状态与发电机转速是否正常；自动并网测试等。在调试工作结束后，进行程序自动运行测试，确认风机可以在各种风况下安全、稳定工作。工程实施方案技改效果评价选取历年运行稳定、风况相近、发电量相近的对比风机与改造风机进行发电量实际对比。案例一某风电场一期安装33台华锐1.5兆瓦SL1500/77风电机组，二期安装33台华锐1.5兆瓦SL1500/82风电机组，全站共装机66台，装机容量99MW，风电场于2010年6月投入商业运行。于2015年1月中下旬进行了9台机组技改，2015年9月上旬再次进行了4台机组的改造；2017年3月完成项目验收。案例一技改机组为一期A11、A16、A20、A24、A30，二期B8、B14、B17、B23、B26、B30共计11台机组。标杆机组为一期A4、A7、A29，二期B6、B19、B33技改机组系统技术优化和发电量提升效果评定所用发电量数据采用甲方中控SCADA系统日计数器记录和日状态记录。运行数据统计时间段：技改后统计时间：2015年12月1日至2016年12月1日技改前统计时间：2013年10月1日至2014年10月1日发电量提升效果评价案例一1.3按照合同规定的对比方法（剔除失真数据）发电量提升效果评价发电量提升率7.07%发电量提升效果评价2、按照一对一的对比方法技改效果评价由于按合同中规定的标杆机组数量较少，选取的标杆机组不能与技改机组进行有针对性的比对，所以对标杆机组按照2012年至2014年平均发电量最接近技改机组发电量的标准进行选择，：2.1标杆机组的选取原则选取与技改机组地理环境差异小、运行稳定的机组作为标杆机组，每台技改机组都有一台可作为对比的标杆机组，标杆机组选取如下：发电量提升效果评价技改机组A11A16A20A24A30B8B14B17B23B26B30标杆机组A21A10A9A4A13A18B28A7B19B11A6发电量相差百分比0.67%0.19%1.29%0.15%0.02%1.19%0.05%0.18%0.04%1.16%0.39%发电量提升效果评价2.2剔除故障影响将SCADA日计数器数据中，故障时间与维护时间之和大于2小时，风速大于3m/s的技改和对比机组当天数据一起剔除后再进行对比。发电量提升效果评价发电量提升效果评价发电量提升=（技改机组总发电量/标杆机组总发电量-1）×100%=7.18%2016年3月起在山东某风场实施了华锐风机主控系统改造升级及智慧化风场项目，目前处于技改效果考核评价阶段。项目技改机组60台，剩余6台机组作为标杆用于效果比对评价。为了保证结果的真实性和公平性，技改机组和标杆机组的每台机组均加装电度表，统计电度表专用的通讯线路和数据采集系统计量。技改工作于2016年3月15日开始，5月30日基本完成技改工作，6月1日正式进入考核期。截止到目前，累计发电量提升量大于7%。改造后一二期（风轮直径82米）发电量超过了五、六期（风轮直径87/89米）。案例二案例二标杆样机和技改机组分布华能新能源公司智能风场技改项目河口风电场一二期日报填报人：王伦填报日期：2016.07.31填报单位：万千瓦时技改风机技改风机技改风机日发电量月累计发电量年累计发电量当日发电量当日补偿电量当月累计发电量当月累计补偿电量年累计发电量年累计补偿电量10.160.00916.1510.552254.6927.41当日剔除电量当日补偿后电量当月剔除电量当月累计补偿后电量年剔除电量年累计补偿后电量0.0010.160.00926.700.002282.10当日补偿后平均电量当月补偿后平均电量年补偿后平均电量0.1715.4538.04标杆风机标杆风机标杆风机日发电量月累计发电量年累计发电量当日发电量当日补偿电量当月累计发电量当月累计补偿电量年累计发电量年累计补偿电量0.930.0081.590.38201.206.79当日剔除电量当日补偿后电量当日剔除电量当月累计补偿后电量日剔除电量年累计补偿后电量0.000.930.0081.970.00207.99当日补偿后平均电量补偿后折算总电量当月补偿后平均电量补偿后折算总电量年补偿后平均电量补偿后折算总电量0.159.2513.66819.7234.672079.91电量提升效果填报说明：统计6月1日0：00至8月1日0：00的数据当月累计提升效果年累计提升效果月累计提升电量提升百分比年累计提升电量提升百分比106.9813.05%202.199.72%案例二主控升级效果评估方案三：与其他期发电量对比案例二案例32015年3月下旬内蒙某风场进行了“3+3+3”发电量提升效果现场对比，机组型号为SL1500/77。3台机组：标杆机组，不做技改；3台机组：君泰技改；3台机组：另一厂家技改。从风场中选出风资源和运行情况相近的9台机组，厂家现场抽签决定各自的技改机组。案例2技改前各组机组发电量差别小于1%案例2技改后，不考虑故障停机影响，君泰技改机组发电量提升13.11%技改后4月16日至7月21日原始数据案例2技改后，剔除大故障期间所有机组数据后，君泰技改机组发电量提升7.36%剔除大故障期间所有数据后4月16日至7月21日数据以提高机组风能利用效率为目标以深入研究机组各部件动态特性为基础深入研究风特性、风能与机械能转化特性、传动链动力学特性、发电与变频系统动态特性以及各系统之间的相互作用及其耦合特性，为提高机组整体效率打下坚实基础。以先进智能控制算法为手段采用先进的智能算法，变静态单参数控制为多参数动态协调控制，实现机组的环境自适应与发电量自动寻优。核心产品之一：基于全新控制算法和策略的风电机组主控软件在不改变机组硬件配置的条件下，通过各部件的协调动作，尽最大可能提升机组整体发电效率，实现机组实际发电量最大化。SCADA、AGC、AVC整合为一考虑了风机尾流影响的扇区智能控制策略利用大数据分析工具，以整场发电量最大为优化目标，采用神经网络遗传算法对不同风速风向情况下的前后排风机之间的尾流影响进行研究，实现整场发电量最大。风电场网络