2021年10月17日-20日，2021北京國(guó)際風(fēng)能大會(huì)暨展覽會(huì)（CWP 2021）在北京新國(guó)展隆重召開(kāi)。本屆大會(huì)以“碳中和——風(fēng)電發(fā)展的新機(jī)遇”為主題，歷時(shí)四天，包括開(kāi)幕式、主旨發(fā)言、高峰對(duì)話、創(chuàng)新劇場(chǎng)以及關(guān)于“國(guó)際成熟風(fēng)電市場(chǎng)發(fā)展動(dòng)態(tài)及投資機(jī)會(huì)”“國(guó)際新興風(fēng)電市場(chǎng)發(fā)展動(dòng)態(tài)及投資機(jī)會(huì)”“風(fēng)電設(shè)備智能運(yùn)維論壇”“碳達(dá)峰碳中和加速能源轉(zhuǎn)型”等不同主題的15個(gè)分論壇。
在20日上午召開(kāi)的風(fēng)電機(jī)組優(yōu)化升級(jí)專(zhuān)題論壇上，浙江運(yùn)達(dá)風(fēng)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(jī)組的深度評(píng)估與定制優(yōu)化研究與應(yīng)用》的主題發(fā)言。
以下為發(fā)言全文：
王琳：尊敬的各位專(zhuān)家、領(lǐng)導(dǎo)以及風(fēng)電行業(yè)的同仁們，大家上午好，我是來(lái)自運(yùn)達(dá)股份的王琳，本次分享報(bào)告的主題是低效機(jī)組的深度評(píng)估與定制優(yōu)化研究與應(yīng)用，主要分為以下三個(gè)方面來(lái)講述，第一個(gè)方面是低效機(jī)組的深度評(píng)估，第二個(gè)方面低效機(jī)組的電池優(yōu)化，第三個(gè)方面量化評(píng)估與應(yīng)用案例。
首先講述一下低效機(jī)組的深度評(píng)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(rùn)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(shuō)的降本增效。而收入主要取決于電價(jià)跟電量，電價(jià)是我們無(wú)法控制的，所以只能盡可能去發(fā)更多的電。而對(duì)于已經(jīng)運(yùn)行的風(fēng)電機(jī)組來(lái)說(shuō)，風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電量主要取決于機(jī)組的可利用率以及機(jī)組本身自身的發(fā)電性能，針對(duì)機(jī)組的可靠性來(lái)講，為了更好的提升機(jī)組的可利用率，降低運(yùn)維的成本。
很多業(yè)內(nèi)專(zhuān)家都已經(jīng)致力于研究故障監(jiān)測(cè)、診斷系統(tǒng)，去解決這個(gè)問(wèn)題，相對(duì)來(lái)講對(duì)于機(jī)組本身出力性能的精準(zhǔn)評(píng)估、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、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(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)開(kāi)展了低效機(jī)組深度評(píng)估與定制優(yōu)化的研究，也結(jié)合了各種技術(shù)，形成了評(píng)估。我們系統(tǒng)的主要目的就是三種，第一個(gè)是獲知機(jī)組的真實(shí)性能，第二個(gè)是保證機(jī)組的最大出力，第三個(gè)挖掘機(jī)組出力的潛力。主要應(yīng)用的場(chǎng)景是以下三個(gè)，第一個(gè)場(chǎng)景是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，異常預(yù)警，主要是發(fā)現(xiàn)機(jī)組性能異常并預(yù)警，服務(wù)于風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)維。第二個(gè)場(chǎng)景是性能評(píng)估設(shè)計(jì)反饋，主要是機(jī)組機(jī)型真實(shí)性的評(píng)估，發(fā)現(xiàn)機(jī)組的性能缺陷，并反饋到設(shè)計(jì)端，形成整體的設(shè)計(jì)閉環(huán)。第三個(gè)性能診斷優(yōu)化方案定制，主要對(duì)后市場(chǎng)業(yè)務(wù)提供技術(shù)支持，右邊是數(shù)據(jù)平臺(tái)以及性能評(píng)估的主要支撐模塊。
當(dāng)然對(duì)機(jī)組進(jìn)行精準(zhǔn)評(píng)估之后發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，更主要的是如何解決這個(gè)問(wèn)題，對(duì)于不同的問(wèn)題提出定制化的解決方案，所以第二點(diǎn)講一下低效機(jī)組的定制優(yōu)化。我將整個(gè)所有的優(yōu)化方案分為了四個(gè)大塊，第一個(gè)大塊是從微觀選址上進(jìn)行優(yōu)化，包括一些機(jī)位的位移、增容等。第二個(gè)是從氣動(dòng)特性進(jìn)行優(yōu)化，葉根加長(zhǎng)、加小葉尖。第三個(gè)從控制角度方面，包括提前變槳、大風(fēng)切出。第四個(gè)是我們單位其他創(chuàng)新技術(shù)的應(yīng)用，下面我會(huì)從幾大方面挑選一到兩個(gè)點(diǎn)進(jìn)行講述。
第一個(gè)點(diǎn)微觀選址優(yōu)化，如果前期微觀選址不精準(zhǔn)，導(dǎo)致機(jī)組在運(yùn)行的過(guò)程中存在尾流效應(yīng)，就會(huì)導(dǎo)致機(jī)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(gè)尾流的問(wèn)題。
第二個(gè)從翼型方面進(jìn)行優(yōu)化，一個(gè)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(gè)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(dòng)性能。第三個(gè)是超大風(fēng)控制技術(shù)，常規(guī)的控制技術(shù)切出風(fēng)速一般是十幾米左右，但是如果使用超大風(fēng)控制技術(shù)，我們?cè)试S在風(fēng)速大于切出風(fēng)速時(shí)候進(jìn)入大風(fēng)控制模式，通過(guò)先進(jìn)的控制算法限制功率和轉(zhuǎn)速，進(jìn)而降低機(jī)組的載荷，確保機(jī)組安全運(yùn)行，切出風(fēng)速可以達(dá)到23米到25米之間，在大風(fēng)情況下減少機(jī)組停機(jī)頻率和停機(jī)時(shí)間，相當(dāng)于我們機(jī)組在大風(fēng)的時(shí)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(cè)算年發(fā)電量提升可以有1-2個(gè)點(diǎn)。
第四個(gè)講一下扇區(qū)管理，由于前期微觀選址不當(dāng)或者是地形以及風(fēng)況特殊性，會(huì)導(dǎo)致一些機(jī)組在某些特殊的風(fēng)向上存在過(guò)振動(dòng)或者風(fēng)速變化率比較大的現(xiàn)象，因此很有必要對(duì)扇區(qū)進(jìn)行管理。我們這邊對(duì)12個(gè)風(fēng)電場(chǎng)以及200多臺(tái)機(jī)組進(jìn)行了測(cè)算，機(jī)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(shè)置為0.95的時(shí)候，機(jī)組整體性能可提升是1-5個(gè)點(diǎn)。
第五個(gè)就是除冰系統(tǒng)，如果葉片結(jié)冰，對(duì)機(jī)組的危害是巨大的，輕微的是影響發(fā)電量，嚴(yán)重可能會(huì)導(dǎo)致自身的安全隱患。所以對(duì)除冰進(jìn)行監(jiān)測(cè)，進(jìn)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(fēng)技術(shù)。
第六個(gè)是我們提出的智能化性能優(yōu)化策略，目前這個(gè)策略可以適用于多種場(chǎng)景，第一個(gè)場(chǎng)景是場(chǎng)控端，可以基于風(fēng)電場(chǎng)的場(chǎng)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)機(jī)組發(fā)電性能相關(guān)參數(shù)的自適應(yīng)控制，也可以直接部署在機(jī)組端，這樣基于機(jī)組的主控系統(tǒng)去實(shí)現(xiàn)這樣的自適應(yīng)的控制。如果我們沒(méi)有辦法去接入場(chǎng)控系統(tǒng)和主控系統(tǒng)的時(shí)候，也可以提供離線診斷的服務(wù)，離線獲得數(shù)據(jù)，根據(jù)運(yùn)行數(shù)據(jù)去實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組給出優(yōu)化方案，我們比較推薦從場(chǎng)控去實(shí)施這個(gè)方案，具體的優(yōu)化策略主要有三點(diǎn)，下面我是一一講述。
第一點(diǎn)是自適應(yīng)Kopt控制，在不同程度會(huì)出現(xiàn)葉片結(jié)冰、老化，出現(xiàn)轉(zhuǎn)速擴(kuò)充中Kopt偏離最優(yōu)值，一旦不是最優(yōu)了，當(dāng)前出力也不是最優(yōu)的，這樣恢復(fù)使發(fā)電量帶來(lái)?yè)p失，因此我們提出了自適應(yīng)Kopt的控制，可以在保持轉(zhuǎn)距不變的前提條件下，根據(jù)機(jī)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(gè)半物理仿真，初步確定Kopt的取值范圍，給出初始值，最后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用、精準(zhǔn)的尋優(yōu)。
第二個(gè)是自適應(yīng)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?dāng)前最優(yōu)槳距角已經(jīng)不是最優(yōu)了，比如說(shuō)因?yàn)槿~片在制造、安裝過(guò)程中造成的實(shí)際的最優(yōu)槳距角與設(shè)計(jì)值不符，也有可能本身系統(tǒng)仿真帶來(lái)的誤差，會(huì)導(dǎo)致這個(gè)值不是最優(yōu)的。第三個(gè)可能是因?yàn)闄C(jī)組如果經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行，氣動(dòng)性能逐漸在改變，也會(huì)帶來(lái)這樣的影響。當(dāng)然持續(xù)的變槳?jiǎng)幼饕矔?huì)導(dǎo)致葉片的鄰位和出廠設(shè)置有偏差，這樣的情況存在說(shuō)明之前最優(yōu)槳距角不合適了，也會(huì)帶來(lái)性能損失，這樣就會(huì)提出自適應(yīng)槳距角控制。第三個(gè)是自適應(yīng)偏航校正，適用于風(fēng)向標(biāo)校正方法不當(dāng)以及運(yùn)維人員操作誤差等帶來(lái)的風(fēng)向標(biāo)的測(cè)量誤差，因?yàn)槲覀兌贾酪坏┎荒芫珳?zhǔn)對(duì)方，帶來(lái)的損失就是三次方，這樣也是極大的損失了機(jī)組自身的出力，所以我們提出了自適應(yīng)偏航校正方法，用一個(gè)性能特征指數(shù)、變量構(gòu)件來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)精準(zhǔn)對(duì)風(fēng)，保證機(jī)組一直處于一個(gè)非常好的發(fā)電的狀態(tài)。
第二部分是我們針對(duì)第一部分發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題去提出一個(gè)相應(yīng)的解決方案，當(dāng)然我們這個(gè)方案去實(shí)施了之后，如何去評(píng)價(jià)優(yōu)化方式是否有效，以及它到底帶來(lái)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(píng)估方式是通過(guò)時(shí)域上縱向?qū)Ρ纫约暗乩砦恢脤?duì)比，這種對(duì)比方式會(huì)帶來(lái)各種各樣的不確定性，如果我們采用臨近機(jī)組的對(duì)比，這樣是忽略了地形的因素，對(duì)機(jī)組性能的影響，即使同一臺(tái)機(jī)組安裝在不同的機(jī)位點(diǎn)，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(píng)估的手段。
評(píng)估方式主要是按照流程，首先要確定將風(fēng)機(jī)主要分為兩組，第一組是考核風(fēng)機(jī)，考核風(fēng)機(jī)也就是說(shuō)實(shí)施過(guò)優(yōu)化策略的風(fēng)機(jī)，一組就是參考風(fēng)機(jī)，是我們沒(méi)有進(jìn)行優(yōu)化的風(fēng)機(jī)，評(píng)估風(fēng)機(jī)也是分為兩個(gè)時(shí)期，一個(gè)基準(zhǔn)期，沒(méi)有做任何改變，一個(gè)優(yōu)化期是實(shí)施相應(yīng)優(yōu)化策略之后，來(lái)預(yù)測(cè)考核風(fēng)機(jī)的功率輸出，在優(yōu)化期是利用參考風(fēng)機(jī)的特征參數(shù)，通過(guò)深度學(xué)習(xí)模型來(lái)預(yù)測(cè)考核風(fēng)機(jī)的功率輸出，實(shí)際輸出與通過(guò)模型輸出功率之差是發(fā)電量提升的水平。
本次的報(bào)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）
評(píng)論