北京汇智天华陈党慧: 国华投资河北新能源公司尚义佳鑫、永发风电场风发电效率提升研究

2019年10月21-24日，2019北京国际风能大会暨展览会（CWP2019）在北京隆重召开，大会主题“风电助力‘十四五’能源高质量发展：绿色、低碳、可持续”。自2008年首次在北京举办以来，已连续举办11届，成为北京金秋十月国内外风电行业争相参与的年度盛会。

10月23日下午，举办了“智慧运维论坛——风电智慧运维实践”。

北京汇智天华新能源科技有限公司总经理陈党慧发表了题为《国华投资河北新能源公司尚义佳鑫、永发风电场风发电效率提升研究（陆上）》的主旨演讲。

以下为发言内容：

陈党慧：谢谢刘总，谢谢大家的支持，今天我给大家汇报一下我们在中国可再生能源规模化项目CRESP二期支持下陆地风电场发电效率提升项目的情况，给大家汇报一下，首先简单介绍一下汇智天华这个公司，我们是成立于2014年，主要从事风力发电机组技术的优化，还有写能的提升，也包括一些运行状态的诊断和一些解决方案的实施，以及风机的智能化和智慧化的企业，我们是国家国家和中关村的双高新企业，这个项目是由中国可再生能源规模项目CRESP他们支持的，所以我这里正好有一个CRESP项目的介绍，但是我这也简单的介绍一下。CRESP项目是中国政府和世界银行和全球环境基金会合作开展的可再生能源的国际项目，这个项目分了两期，一期2006年起动的，2011年圆满结束，CRESP二期是2014年开始的，它是2020年计划要结束，在CRESP项目二期里头，它的目标主要是通过提高可再生能源的利用率，然后降低成本这种方式来支持中国可再生能源的一个规模化的发展，这个项目由国家能源局负责实施，财政部负责监督管理这个工作，我们今天介绍的内容就是CRESP二期的资项目提高陆地风电场的发电效率。

这个项目立项的背景是什么？主要由于我们国家10年前安装的这些机组，这些机组主要存在几个问题，第一个由于当时技术水平所限，机组故障率偏多，故障停机时间偏长，这样电量损失比较大。第二当时采用的主控系统控制策略相对而言比较落后，也就表现在无论对风特性还是机组各种特性研究都不足，这样控制策略相对落后一些。第三个风电场整场控制策略，当时基本上是没有的，这样的话，不能够考虑风机之间的相互影响，对它发电量的影响，这些是这些机组共同的问题。在这种情况下，CRESP的项目办最终是立了一个项目，提高已投运的陆上风电场的项目，这个项目我们汇智天华公司联合了国华河北新能源公司，还有德国风能研究所，三家当时共同申请了这个项目，这个项目是2015年11月获批，获批之后这个项目就执行。

下边我主要介绍一下这个项目执行我们做的工作内容，还有一些效果。项目的内容主要是通过几个阶段，第一个问题分析和诊断，问题的分析和诊断方面，实际上我们用了两种手段，一种就是风电场现有运行数据它的详细的定量分析，通过它的定量分析就发现定量确定一些发电量损失的原因，这是第一个。第二部分就是我们通过对每一台机组通过登记检查，通过登记检查，对每一台机组存在的问题进行了研究，之后我们对整个机组的主控软件这些控制策略，整个风场级的控制策略进行了分析，通过上述方法，我们就提出来了整个解决已头晕陆地风电场的解决方案，这个方案是由中方我们公司，包括外方，外方就是德国风能研究所，双方专家合作，在风电场的支持下，最终完成了这个项目。这个项目做到最后之后，我们提交的分析报告中间，实际上对所有的影响，风场发电量的因素，我们都有一个定量的分析。从这个分析结构来看，影响机组发电量主要有这几个原因，第一个是这个风场是电网的限电，这样是它电量损失最大部分，第二部分是机组由于本身的状态不佳，最后由于某一些部件运行状态不好，比如说齿轮箱油温高，会造成机组自动的限发。第三部分我们觉得是控制策略，实际上是没有做到最大功率跟踪，机组不是运行在最佳的效率点上造成的损失，其他的包括场级的损失，也包括机组的故障，造成的故障停机损失。我们为什么把故障停机损失做到最后，因为我们最终做的风电场，特别是永发风电场，它的故障率是极低的，但是发电效率不好，后边的结论一会儿会介绍。

首先做了运行数据分析之后，这个是我们的人员在现场，在登机检查的时候，第一个发现问题，第二个对机组的精准调整，因为这些机组运行了一段时间以后，很多的间隙、定位都有跑偏，这块我们对机组做了一个非常仔细、精准的调整，这个也是提高它发电量很有效的手段。这是机组调整的数据，我这就不仔细说了，这是最终的一些数据。这些是我们通过这些外部的手段来解决的，最主要的问题我们要动作对风电机组主控程序的优化，特别是最大功率跟踪算法的优化，来使得这个机组经常运行在最佳的效率点的位置，我们进行了主控程序的开发，主要是研究了五个方面的内容。第一个风的特性，针对示范风场它的风是什么样的特性，第二个叶片气动学特征是什么样，我们做除了叶片的模型，对原来叶片模型进行了修正。第三个就是传动链的动态特性，这里边包括第四个我们特别对它的变桨系统、偏航系统、动态响应特应进行了研究，在这些研究的基础上同时我们考虑了发电机变频系统、电力电子系统动态特性，也考虑到了电网的动态特性，反过来对机组的影响，在这些动态特性建立模型、写出方程的基础上，因为这个方程它是一个带有强烈非线性的方程组，所以我们又对这个方程组，按照我们精细化控制模型的控制策略，按照这个策略，对这个模型进行了优化，进行优化之后，主要也是解决了把方程求解，还有参数结耦，实现控制。

在这些研究做完之后，我们也编出来了自己的主控按软件，并且把这个主控软件下载到了机组PIC里头，这样机组就由我们的主控软件进行控制它的运行，我们用这种方式来做机组优化的时候，我们觉得有几个优点，第一个这种方式的改造，主要是从软件方面改造，业主基本上是不需要前期投入的，特别是不需要硬件投入，第二个因为我们改进的部分都是切入之后和切入之前的这部分，这样我们对它的载荷又经过了认真的计算，并且我这个载荷的安全性通过了鉴衡认证的评估，这样我要保证机组的安全性。通过这种方式，我们也可以解决一些机组潜在的故障隐患。最后还有一点，这种情况下对效益的提升，提升效益就是机场整个风场的净利润，这样对风场的运行效益的提升是非常明显的。除了机组级的改造，我们也做了风场级的改造，对SCADA、AVC系统都全部进行了优化和改造，特别是我们把一些智能算法放了进去，这样能够考虑到机组的位置对它的影响，还有一些前排和后排各种风况下扇区的影响，都放到风场级的主控里头，这样能够实现SCADA也好，AVC也好，做到风场功率最优的跟踪，这是我们改造完之后SCADA的界面，在SCADA界面，每一台机组某一些需要关注的参数都可以随时查询历史，可以及时发现运维中间哪台机组、哪个参数，相对其他而言变化比较大，这样可以及时指导现场运维，及时处理问题。这是我们做的AGC的实验，可以看到这套系统对电网调动指令的跟踪，实际上是响应非常好的。在这个内容里头，除了软件的改造，同时也做了一些已经发现的高故障率批次的技术升级，这里头主要是包括跌落式保险，因为经常会因为鸟或者风的因素造成线路跳闸，这个也做了改造。风电机组的变频器做了优化和国产化改造，这个是把几台故障比较严重的变频器进行了改造，之后我们也对每台机组，因为发电机的故障比较多，特别是轴电流造成的发电机故障比较多，所以在这儿做了发电机轴电流抑制还有故障轴承的更换。

实际上我们做完机组的优化和改造之后，我们经常听说哪个项目效率提升了多少，但是这个效率提升的方法到目前为止，应该说各有各的说法和算法，我们这个项目里头也有一个非常重要的目的，就是我们要提出来，这种效率提升或者改变之后评价和验证方法，评价和验证方法里头，实际上最简单的我们说可以用功率曲线来验证，但是功率曲线它的可信度目前在国内是不好的，这样的话为了解决这个问题，我们在这个风场采用的是基于样本比较的效率提升验证方法，简单点来说就是，选两组风机样本，一组改，一组不改，运行一段时间，实实在在看它的发电量到底是什么情况，这种情况下我们做了各种情况的比，比如说我们做了单机的一对一的对比，做了6台对6台，3台对3台的对比，也包括我们也做了一些从整个风场而言，一条集电线和另外一条集电线的对比，最后我们该做了一个风场改一半和不改一半的交替，在位置上是相互交替的，这样就想通过这种方式来看看我们最后最终的发电量到底能够提升多少，同时也给我们有一个比较可信的，从业主方面，还有从改造方方面大家都能够比较接受的方法。最后这种方法做完之后，我们评价下来，实际上误差并不大。

我下面介绍一下结果，这个风场，因为我们这个项目是在国华河北公司的两个风场做的，一个是佳鑫，一个永发风场，永发风电场是采用是ABB变频器，佳鑫风电场采用的是Bachmann的变频器，这两个风场做到最后我们发现，之前是完全没有预料到的问题，就是当时永发风电场它的软件有些参数的设置实际上是出现了严重的错误的，而这个业主是发现不了，但是我们在现场发现之后，把这个参数调整过来之后，它的发电量基本上每台机组都在20%以上，实际上也就是说，最终20%是一个综合结果，但是我们觉得其中至少有百分之十几的效果，是改正了一个非常严重的参数设置错误，来实现的，所以这个风场做到最后，我们把所有的机组一对一的比下来，基本上是一个19%的提升量。然后我们去看这两条集电线路比较的时候，这个就是在永发风电场比的，我们改过和没改效率差了20%多，我们原计划是要比一年的，结果这时候业主就完全打断了继续比较，这样这个风场机组就全部把控制的软件换了之后，对机组发电量影响非常大，从当地发电量排名倒数一下跑到了第一第二名，这是我们现场做的效果特别明显的，同时另外一个风场我们做下来它的效果没有这个风场这么明显，也有7%左右的提升，我们改了一百台机组，发电量提升率是13%，我要特别说明一下，13%这样的效率提升不带普遍性，但是从我们做下来，10年前的这些机组，提升到5%、6%不是一个达不到的目标，而是一个相对而言比较容易达到的目标，这是我们现场做的。因为用功率曲线的散点图做了比较，通过比较，这几张片子都是永发风场的，大家可以看到参数修改之后，提升的效果是极其明显的。这个是我们在佳鑫风场的改造，可以看出来我们经过几次优化，第一次优化之后，我们觉得效果还有提升的空间，又做了第二次优化，这样基本上能达到平均7%左右的现象。

这个是我们在CRESP项目支持下做的佳鑫和永发风电场的效率提升的情况。我们基于样本对比的方式的发电量提升我们做的更多在山东华能，山东华能这个项目更严格，每台机组装了电度表，电量的采集不通过SCADA系统，最终做下来的，业主和我们现场服务人员每天签一个电量的表，这样做了两年之后，我们在这个风场改造的效果特别明显，我们改造的两期的1.5兆瓦82机组，最终它的发电量赶上了1.5兆瓦87和89机组，从这方面来讲，我们觉得这个事情做的还是挺成功的，跟大家分享一下。在这里我特别感谢中国可再生能源规模化项目，就是CRESP项目办公室对我们的支持，同时也感谢国华河北新能源公司给我们的大力支持和合作，也感谢德国风能研究所的大力支持，我就向大家汇报到这里，谢谢大家。

（根据演讲速记整理，未经演讲人审核）