风力发电机组维护|提高风电场发电量的思路探讨

经过几十年的快速发展，中国风电已逐渐走出青春期，走向成熟的能源。在技​​术和政策条件相对完善的今天，“平价时代”如期而至风力发电机组维护，风电场经营利润进一步压缩。在此政策背景下，增加发电量、确保风电场经济效益成为所有风电场业主最关心的话题，也是支撑整个风电行业健康可持续发展的重要着力点。 .

1 技术角度

根据空气动力学原理和机组结构，风机的输出功率为P=0.5V3ρACph，其中V为风速，ρ为空气密度，A为清扫面积转子，Cp 是风能转换效率。h为机组相关部件的工作效率。可以看出吊车公司，如果要增加机组的发电量，可以考虑风力资源、空气密度、风机的扫掠面积、风能转换效率、大机组的效率。单元的组成部分。

1.1 风资源改善

一个机组的风资源改善可以从单个机组或整个风电场开始。

改善单台风资源状况。风电场改善单台风资源状况主要有两种方式：“搬迁”和“塔架加高”。其中，“搬迁”是一次重大改造，往往是前期选址工作失误造成的。了解项目基本情况后，首先要确定项目是否需要搬迁，即搬迁是弥补损失还是扩大损失，因为搬迁方案一旦确定，就会涉及风机及箱体改造拆装工程及土建工程、集线工程、采购基础环等一系列工作。“高塔”也需要慎重考虑，

改善全场风资源状况。通过对风资源的合理调配和全场分区管理，可以降低机组间尾流的影响，牺牲单个机组的出力，优化全场的发电性能。

1.2 优化空气密度利用

风电场空气密度利用率的优化是机组控制逻辑中最优增益模态值Kopt的调整和优化。目前实际运行的机组基本都是采用发电机转速或风轮转速，通过一定的控制策略和控制算法计算出最佳转矩，然后设定转矩，实现机组最大风能的转换。

扭矩计算公式为，其中V为风速风力发电机组维护，λ为叶尖速比，Wg为发电机转速，R为风轮半径，G为齿轮箱传动比，P为功率，Cp为风能转换效率，ρ为空气密度和 Qd 是发电机转矩设定值。其中有最优模态增益Kopt，最优输出功率P=Qd×Wg。从公式可以看出，Kopt与空气密度密切相关。但目前大多数机组的控制算法采用的空气密度是固定值，且机组的空气密度不时变化，会造成最佳转矩设定出现一定偏差，影响发电效果。

针对上述情况，可以采集单元环境的气象数据，将得到的实时空气密度引入控制算法中进行优化控制，从而达到最优转矩设定的目的。可以进一步提高单位产量。同时，根据夏季和冬季的不同空气密度季节性调整控制策略，也可以实现机组的精细控制，提高发电效率[1]。

1.3 增加清扫面积

早期的国内风电场往往位于风力资源质量最高的地区。由于技术条件的限制，这些风场选择的涡轮叶片现在看起来很小，捕风能力差，导致这些地区的风质量高。资源没有得到充分利用。为了让这些小叶片单元重新获得更大的价值，加长叶片、增加清扫面积来增加发电量无疑是最直接的方式。

以直径为100m的叶片为例，叶片延长2m的清扫面积可增加近8%。在相同风速下，机组从气流中获得的风能可能增加8%，所以改善效果还是相当可观的。市场上的应用案例也很多，通常有加长叶尖和加长叶根两种方式。无论采用何种延伸方式，在方案实施前都必须经过严格的载荷计算、强度分析等安全评估。在提高机组发电量的同时，还要保证机组在技改后能够安全平稳运行，不增加机组安全风险。不能减少机组的寿命。

1.4 提高风能转换效率

根据风电机组的发电特性，风能转换效率主要由叶片的空气动力学特性和最优Cp跟踪策略决定。因此，提高风能转换效率的思路主要是从这两个方面来进行的。

1.4.1 恢复或改善叶片的气动特性

叶片清洁/修复/拍摄：风电场通常建在山区或近海地区，自然环境较差，风电叶片长期暴露在室外，容易受到雨滴、冰雹的侵袭、盐雾、风沙等环境中的颗粒物。叶片腐蚀的主要因素。叶片一旦腐蚀，其基材将直接暴露在紫外线、潮湿等恶劣环境中，会加速叶片老化，降低叶片的防雷指标，严重影响叶片的发电效率。单元。操作安全。研究数据表明，由于叶片腐蚀、老化等缺陷造成的发电损失可达5%以上。可见，对叶片进行修复，尽可能恢复其原有的气动性能（发电效率），将提高风力发电机组的发电量。这是一个非常有效的方法。

根据维修经验，通常风电场正常运行两年左右，叶片会出现胶衣脱落、沙眼等现象，到第五年叶片外层材料基本磨损到极限。因此，为保证风电场长期健康运行，建议每年定期对叶片进行检查。尽量选择大风季节对前后刃锈蚀、叶尖和叶片防雷系统进行检查、保养和维修。风电叶片保护膜贴在边缘，加强对叶片关键损坏部位的保护[3]。

涡流发生器的安装：涡流发生器最早是在航空领域生产的，现在广泛应用于风电领域。将高能流动区的能量驱动到边界层的低能区，重新分配流体能量，抑制流动分离，减少气流分离造成的性能损失，提高机组原有的气动性能. 安装涡流发生器后的效率提升通常可以达到2%~3%，但并不是所有的风机都可以使用，需要进行严格的理论计算。

1.4.2 优化控制策略，跟踪最优Cp

最优Cp跟踪优化（从传统查表模式优化为PI控制模式）：目前大部分风电场机组大部分时间运行在中低风速范围内。因此，针对该风速范围优化控制策略，追求最佳的风能利用率（Cp）将对提高机组发电量起到关键作用。对于采用给定转矩控制的风电机组二手吊车，在早期的控制策略中，通过查表法实现转矩设定，通过发电机转速检查相应转矩，从而实现最优Cp跟踪（图1） ABEFGH）。这种方法虽然简单方便，但其局限性也很明显：由于机组受最低并网速度和额定速度的限制，查表法只能使用两个边界速度下的过渡斜率（AB→AC，EF）。→DF) 来表征速度与转矩的对应关系。这种过渡斜率法缩短了最佳叶尖速度范围，降低了机组的发电量；在图 1 的 CD 区间中，查找表方法的点数是有限的。, 通常需要通过线性插值法计算给定扭矩，实际上并不能很好地跟踪该曲线。为了实现最大的风能捕获，风力发电机的速度-扭矩必须沿着图中的ABEF轨迹运行。目前常用的方法是采用比例积分（PI）控制器来实现[4]。→DF) 来表征速度与转矩的对应关系。这种过渡斜率法缩短了最佳叶尖速度范围，降低了机组的发电量；在图 1 的 CD 区间中，查找表方法的点数是有限的。, 通常需要通过线性插值法计算给定扭矩，实际上并不能很好地跟踪该曲线。为了实现最大的风能捕获，风力发电机的速度-扭矩必须沿着图中的ABEF轨迹运行。目前常用的方法是采用比例积分（PI）控制器来实现[4]。→DF) 来表征速度与转矩的对应关系。这种过渡斜率法缩短了最佳叶尖速度范围，降低了机组的发电量；在图 1 的 CD 区间中，查找表方法的点数是有限的。, 通常需要通过线性插值法计算给定扭矩，实际上并不能很好地跟踪该曲线。为了实现最大的风能捕获，风力发电机的速度-扭矩必须沿着图中的ABEF轨迹运行。目前常用的方法是采用比例积分（PI）控制器来实现[4]。查表法的点数是有限的。, 通常需要通过线性插值法计算给定扭矩，实际上并不能很好地跟踪该曲线。为了实现最大的风能捕获，风力发电机的速度-扭矩必须沿着图中的ABEF轨迹运行。目前常用的方法是采用比例积分（PI）控制器来实现[4]。查表法的点数是有限的。, 通常需要通过线性插值法计算给定扭矩，实际上并不能很好地跟踪该曲线。为了实现最大的风能捕获，风力发电机的速度-扭矩必须沿着图中的ABEF轨迹运行。目前常用的方法是采用比例积分（PI）控制器来实现[4]。

图 1 速度-转矩控制逻辑

图1 速度-转矩控制逻辑原图下载

图2 风电场叶片零位校准示例

图2 风电场叶片零位校准示例 下载原图

叶片零位校准：根据Cp-λ曲线可知，风机在功率上升阶段应保持面向风（即叶片角度为0度），以跟踪最佳Cp。因此，风机叶片调零的准确性将直接影响机组在上电阶段的风能利用效率。以风电场为例，风电场叶片的零位普遍存在偏差，导致发电效率低。根据现场测试，该系列机组的叶片只有在桨距角为4度时才相当于正常的零位。零位校准后，机组功率恢复正常输出电平。

1.提升5大组件的运行效率

根据风机的能量转换原理，风能被叶轮吸收后，需要通过风机传动链中的一系列部件进行转换，最后由发电机作为电能输出。、自耗等）将对最终产出产生重要影响。因此，提高传动链部件的运行效率将是提高机组发电量的有益方向。

根据大部分风电场的运维经验，可以参考的思路是：优化相关部件的设计缺陷。例如，散热器功率低，继电器的电流阈值太小等；恢复和提高一些传感器和零件的精度。如速度传感器精度、温控阀改装等；根据风电场的具体环境，如春季柳絮容易堵塞散热器，冬季温度过低影响润滑等，可制定相应的优化策略，确保正常、相关组件健康运行。

2 管理视角

风电场的发电量不仅与先天风资源条件和所选机组的质量水平有关，运维团队的管理水平也是一个不容忽视的影响因素。科学合理的运维管理可以使机组充分利用风力资源，降低故障频率，保持机组健康稳定运行，最终达到获得最大发电量的目标。

优化检修和维护策略。分析历年风速、限电数据，制定合理的年度检修和技改时间计划。不限电区安排在小风期，限电区安排在严重限电月份；备件管理得到优化。做好备件统计，分析使用情况，准确把握常用备件的需求，合理储备；优化负荷调度管理。主动与调度员沟通，并根据电网调度负荷指令下风电场设备的特点，确定风电机组运行台数和风电场送出的负荷，以达到增发冲的目的；优化现场电源管理。整合系统的各种运行信息，结合电气运行方式的特点，根据年、季度、月的不同运行情况，进行电气设备优化工作，不断提高输电效率，降低输电率。场强；技术交流与传承。风电场一般位于人流量大的偏远地区。

综上所述，任何改进思路的应用都必须经过科学严谨的验证，才能最终为风电场创造最大价值。