2021年10月17日-20日，2021北京國際風能大會暨展覽會（CWP 2021）在北京新國展隆重召開。本屆大會以“碳中和——風電發(fā)展的新機遇”為主題，歷時四天，包括開幕式、主旨發(fā)言、高峰對話、創(chuàng)新劇場以及關(guān)于“國際成熟風電市場發(fā)展動態(tài)及投資機會”“國際新興風電市場發(fā)展動態(tài)及投資機會”“風電設備智能運維論壇”“碳達峰碳中和加速能源轉(zhuǎn)型”等不同主題的15個分論壇。
在20日上午召開的風電機組優(yōu)化升級專題論壇上，浙江運達風電股份有限公司數(shù)字能源創(chuàng)新中心主任工程師王琳發(fā)表了《低效機組的深度評估與定制優(yōu)化研究與應用》的主題發(fā)言。
以下為發(fā)言全文：
王琳：尊敬的各位專家、領(lǐng)導以及風電行業(yè)的同仁們，大家上午好，我是來自運達股份的王琳，本次分享報告的主題是低效機組的深度評估與定制優(yōu)化研究與應用，主要分為以下三個方面來講述，第一個方面是低效機組的深度評估，第二個方面低效機組的電池優(yōu)化，第三個方面量化評估與應用案例。
首先講述一下低效機組的深度評估，我們都知道現(xiàn)在業(yè)內(nèi)都一直追求收益的最大化，而利潤主要是收入減去成本，就是一方面要不停的增加收入，一方面要降低成本，這也是行業(yè)內(nèi)一直所說的降本增效。而收入主要取決于電價跟電量，電價是我們無法控制的，所以只能盡可能去發(fā)更多的電。而對于已經(jīng)運行的風電機組來說，風電機組的發(fā)電量主要取決于機組的可利用率以及機組本身自身的發(fā)電性能，針對機組的可靠性來講，為了更好的提升機組的可利用率，降低運維的成本。
很多業(yè)內(nèi)專家都已經(jīng)致力于研究故障監(jiān)測、診斷系統(tǒng)，去解決這個問題，相對來講對于機組本身出力性能的精準評估、實時監(jiān)測、診斷及優(yōu)化技術(shù)的研究是不夠系統(tǒng)跟深入的，所以我們基于機組運行數(shù)據(jù)開展了低效機組深度評估與定制優(yōu)化的研究，也結(jié)合了各種技術(shù)，形成了評估。我們系統(tǒng)的主要目的就是三種，第一個是獲知機組的真實性能，第二個是保證機組的最大出力，第三個挖掘機組出力的潛力。主要應用的場景是以下三個，第一個場景是實時監(jiān)測，異常預警，主要是發(fā)現(xiàn)機組性能異常并預警，服務于風電場的運維。第二個場景是性能評估設計反饋，主要是機組機型真實性的評估，發(fā)現(xiàn)機組的性能缺陷，并反饋到設計端，形成整體的設計閉環(huán)。第三個性能診斷優(yōu)化方案定制，主要對后市場業(yè)務提供技術(shù)支持，右邊是數(shù)據(jù)平臺以及性能評估的主要支撐模塊。
當然對機組進行精準評估之后發(fā)現(xiàn)問題，更主要的是如何解決這個問題，對于不同的問題提出定制化的解決方案，所以第二點講一下低效機組的定制優(yōu)化。我將整個所有的優(yōu)化方案分為了四個大塊，第一個大塊是從微觀選址上進行優(yōu)化，包括一些機位的位移、增容等。第二個是從氣動特性進行優(yōu)化，葉根加長、加小葉尖。第三個從控制角度方面，包括提前變槳、大風切出。第四個是我們單位其他創(chuàng)新技術(shù)的應用，下面我會從幾大方面挑選一到兩個點進行講述。
第一個點微觀選址優(yōu)化，如果前期微觀選址不精準，導致機組在運行的過程中存在尾流效應，就會導致機組發(fā)電量大大損失，因此我們提出了基于CFD仿真分析去解決這個尾流的問題。
第二個從翼型方面進行優(yōu)化，一個是渦流發(fā)生器，可以有效增加失速攻角，提高最大升力系數(shù)。二個是加襟翼，可以顯著提高翼型各攻角的升力系數(shù)，提升翼型的氣動性能。第三個是超大風控制技術(shù)，常規(guī)的控制技術(shù)切出風速一般是十幾米左右，但是如果使用超大風控制技術(shù)，我們允許在風速大于切出風速時候進入大風控制模式，通過先進的控制算法限制功率和轉(zhuǎn)速，進而降低機組的載荷，確保機組安全運行，切出風速可以達到23米到25米之間，在大風情況下減少機組停機頻率和停機時間，相當于我們機組在大風的時候可以充分的去發(fā)電，可以更好的出力，所以可以提高發(fā)電量，據(jù)測算年發(fā)電量提升可以有1-2個點。
第四個講一下扇區(qū)管理，由于前期微觀選址不當或者是地形以及風況特殊性，會導致一些機組在某些特殊的風向上存在過振動或者風速變化率比較大的現(xiàn)象，因此很有必要對扇區(qū)進行管理。我們這邊對12個風電場以及200多臺機組進行了測算，機組扇區(qū)性能的平均差異是在2.5%左右，最大的差異將近10%，KS是我們模型性能指數(shù)的閾值，在設置為0.95的時候，機組整體性能可提升是1-5個點。
第五個就是除冰系統(tǒng)，如果葉片結(jié)冰，對機組的危害是巨大的，輕微的是影響發(fā)電量，嚴重可能會導致自身的安全隱患。所以對除冰進行監(jiān)測，進行處理也是非常必要的，這里主要有兩種方案，一種是電加熱技術(shù)，一種是熱鼓風技術(shù)。
第六個是我們提出的智能化性能優(yōu)化策略，目前這個策略可以適用于多種場景，第一個場景是場控端，可以基于風電場的場控系統(tǒng)實現(xiàn)機組發(fā)電性能相關(guān)參數(shù)的自適應控制，也可以直接部署在機組端，這樣基于機組的主控系統(tǒng)去實現(xiàn)這樣的自適應的控制。如果我們沒有辦法去接入場控系統(tǒng)和主控系統(tǒng)的時候，也可以提供離線診斷的服務，離線獲得數(shù)據(jù)，根據(jù)運行數(shù)據(jù)去實現(xiàn)風電場機組給出優(yōu)化方案，我們比較推薦從場控去實施這個方案，具體的優(yōu)化策略主要有三點，下面我是一一講述。
第一點是自適應Kopt控制，在不同程度會出現(xiàn)葉片結(jié)冰、老化，出現(xiàn)轉(zhuǎn)速擴充中Kopt偏離最優(yōu)值，一旦不是最優(yōu)了，當前出力也不是最優(yōu)的，這樣恢復使發(fā)電量帶來損失，因此我們提出了自適應Kopt的控制，可以在保持轉(zhuǎn)距不變的前提條件下，根據(jù)機組輸出功率的變化，修正Kopt，直至收斂至理性的最優(yōu)值，第一個半物理仿真，初步確定Kopt的取值范圍，給出初始值，最后進行現(xiàn)場的應用、精準的尋優(yōu)。
第二個是自適應最優(yōu)槳距角控制，為了更好的去出力，我們通常不變槳，這樣是處于最優(yōu)槳距角的值，由于各種各樣的原因?qū)е庐斍白顑?yōu)槳距角已經(jīng)不是最優(yōu)了，比如說因為葉片在制造、安裝過程中造成的實際的最優(yōu)槳距角與設計值不符，也有可能本身系統(tǒng)仿真帶來的誤差，會導致這個值不是最優(yōu)的。第三個可能是因為機組如果經(jīng)過長時間的運行，氣動性能逐漸在改變，也會帶來這樣的影響。當然持續(xù)的變槳動作也會導致葉片的鄰位和出廠設置有偏差，這樣的情況存在說明之前最優(yōu)槳距角不合適了，也會帶來性能損失，這樣就會提出自適應槳距角控制。第三個是自適應偏航校正，適用于風向標校正方法不當以及運維人員操作誤差等帶來的風向標的測量誤差，因為我們都知道一旦不能精準對方，帶來的損失就是三次方，這樣也是極大的損失了機組自身的出力，所以我們提出了自適應偏航校正方法，用一個性能特征指數(shù)、變量構(gòu)件來實現(xiàn)實時精準對風，保證機組一直處于一個非常好的發(fā)電的狀態(tài)。
第二部分是我們針對第一部分發(fā)現(xiàn)的問題去提出一個相應的解決方案，當然我們這個方案去實施了之后，如何去評價優(yōu)化方式是否有效，以及它到底帶來了多少的提升量，這才是我們所關(guān)注的。之前大部分大家的評估方式是通過時域上縱向?qū)Ρ纫约暗乩砦恢脤Ρ龋@種對比方式會帶來各種各樣的不確定性，如果我們采用臨近機組的對比，這樣是忽略了地形的因素，對機組性能的影響，即使同一臺機組安裝在不同的機位點，出力都是不一樣，正是由于這種不確定性，所以提出了自己的量化評估的手段。
評估方式主要是按照流程，首先要確定將風機主要分為兩組，第一組是考核風機，考核風機也就是說實施過優(yōu)化策略的風機，一組就是參考風機，是我們沒有進行優(yōu)化的風機，評估風機也是分為兩個時期，一個基準期，沒有做任何改變，一個優(yōu)化期是實施相應優(yōu)化策略之后，來預測考核風機的功率輸出，在優(yōu)化期是利用參考風機的特征參數(shù)，通過深度學習模型來預測考核風機的功率輸出，實際輸出與通過模型輸出功率之差是發(fā)電量提升的水平。
本次的報告就到這里，謝謝大家。
（根據(jù)演講速記整理，未經(jīng)演講人審核）
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