锐电科技——华锐机组性能和可靠性提升先锋

  锐电科技有限公司是华锐风电科技(集团)股份有限公司(以下简称“华锐风电”)的全资子公司，与集团共享研发资源。近期以提升运行性能和可靠性为业务发展目标，为用户更好的提供基于运营效益最大化的解决方案;锐电科技未来将着眼于智能风电技术，加快进行高技术产品的培育和研发成果转化，建立拥有高端科技和智慧产品的快速成长型公司。

  目前现场运行的ABB-PLC厂家已经停止生产，随着使用年数的限制的增加，内部电子元器件老化，导致PLC性能直线下降，现有程序运行时CPU利用率在80%~90%左右，PLC发热量较大，易出现PLC死机和故障频发(尤其返修PLC更为严重);ABB-PLC存储空间只有不到1MB, 由于存储空间的限制无法对程序进行系统性的优化，即使有好的优化算法，限于存储空间的原因也无法在ABB程序上添加，限制软件扩展能力和新功能实现;多种问题并存。

  华锐风电在后期开发的机组中都不会再使用ABB-PLC。根据多年的应用经验，选用工控行业中最为高端的耐低温性能较好的Bachmann-PLC。Bachmann PLC具有稳定性高及存储空间大等优点，能够搭载更高效的软件控制管理系统即Bachmann程序，既保证了机组的安全性，又提升了机组的发电能力。

  华锐风电于2017年开始对多个风场进行ABB-PLC技术改造，改造后效果非常明显，具体表现在以下两个方面：

  技改后机组稳定性大幅度提高，故障率减少80%以上，使机组的可利用率极大的提升从而提升了机组的发电时间，提升发电量。

  技改后机组从全场发电量排名来看，技改机组发电量由原来的全场排名均有大幅的提升。

  目前，风场机组已运行多年，叶片及变流器等核心部件性能正在慢慢地下降，部分地区机组性能不足以满足现场实际风况。

  风电机组实际运行环境千差万别，温度、地形、海拔存在一定的差异;风电机组实际运行工况也存在一定的差异，包括风速、空气密度、湍流强度、风向等;而同一风电场的机组每台机组间由于设计、制造、安装等误差也存在个体性能差异。

  风场中同一机型基本采用相同的控制策略，存在最佳叶尖速比区范围小、风能捕获少、转速-转矩参数固定、环境和温度影响欠考虑、低风速下无寻优辨识功能等缺点，使得整个风电场发电量偏低，极度影响风电场效益。

  通过叶片修复手段，提高叶片的气动性能，叶片前缘修补后，翼型基本能恢复到原来装配，其气动性能得到恢复，从而提升机组发电能力。

  通过延长叶尖，增加原风轮的捕风面积，获取更大的风能，提高同等风速段的机组发电能力，增加风场的经济性收益。

  通过更换长叶片增加叶片的扫风面积，抬高叶片的气动性能，提高机组的发电能力和机组的可利用率，从而增加风电场的收益。

  通过对变流器进行硬件改造，使变流器具备双模控制功能。实现低风速时机组自动切换为全功率模式运行，确保机组在低风速时快速并网发电;风速较高时双馈异步电机以正常双馈模式运行，保证机组的运行效率。

  通过主控程序优化，实现机组‘一机一策’ 核心控制参数自整定。低风速区动态桨角自寻优、中风速区动态追踪最优功率曲线、风向在线辨识自校正等功能。

  确保机组在低风速区的发电能力平均提高5%以上，年发电量能大大的提升5%。从风场经济性角度分析，1年风场即可回收投资所需成本及获取小部分收益。

  确保机组在低风速区的发电能力平均提高8%以上，年发电量能大大的提升8%以上。从风场经济性角度分析，3到4年风场即可回收投资所需成本及获取小部分收益。

  近年来，随着风电技术的持续不断的发展，整机设计和控制程序都在日益完善。受限于当时的技术水平及开发经验，早期机组变桨系统安全性方面往往存在一些漏洞，仍有较大的优化升级空间。

  变桨系统的安全可靠必然的联系机组安全，并且随着风电机组运行时间的一直增长，机组自身性能正在不断降低，如何在机组实际运行中更好的保证机组安全已成为第一个任务。据了解，大多数的超速飞车事故都与变桨系统故障有关，提前完善、优化升级变桨系统对整机的安全至关重要。

  由于轴承老化、叶片制造误差大、设计余量不足等原因，变桨系统常常会出现额定功率不足以满足要求，进而报出变桨驱动器过载。而早期机组关于变桨力矩的保护逻辑有待优化，只有当叶片严重过载时才会报出故障并且SCADA没有单独的变桨关键故障显示界面。以前的控制逻辑不能识别并处理叶片轴承老化导致的卡桨问题，不能解决变桨系统过载不可复位故障问题，不能实时监测变桨力矩状况，不能更快的发现变桨关键故障，不能充分保证机组的安全。

  当变桨力矩过大引起变桨电机严重过载、变桨驱动器过流时，变桨驱动器启动本地保护逻辑，进入自保护状态，不受主控控制。只有当过流产生的热量消除之后，变桨变频器才能重新受控，进行顺桨。所以，当三个叶片同时发生严重过载，极易引起机组超速，威胁机组安全。

  现有机组变桨驱动器未加装特定的散热装置，随着环境和温度升高、机组长时间满负荷运行，会导致变桨驱动器及变桨电机温度过高，进而产生过温故障，威胁机组安全。同时，早期的变桨控制系统对电机温度监控及保护逻辑过于简单，只能故障停机，无法提前抑制温度上升，主动减少电机发热。

  以上两种方式只是对电池的初级测试，能发现一些问题，但是不能完整反映电池的能量状态，有时还可能对现场工作带来误导。当一次自检周期测试完毕后，机组需一周以后方可进行下次自检，在此期间如果电池出现问题，主控将无法及时发现，存在断电后无法顺桨等未知风险，无法保证机组的安全性。

  锐电科技的评估方法是通过优化主控程序，在虚拟屏中增加变桨后备电源能量评估界面，在服务模式，使用电网电力将桨叶调整到工作位置 0°，然后切断电网电源使桨叶使用电池电量进行回桨，桨叶回到停机位置，如果测试因电池电压低测试中断，连续 3 次视为电池损坏，需要人工检查或更换电池，然后确认后再次测试，否则无法继续测试和启动风机。

  新的测试逻辑由 PLC 控制，整个过程自动完成，期间会监测风速、转速、回桨速率、回桨力矩、电池电压等关键参数，保证整个过程的安全性，也降低对操作人员的要求。能量评估具有周期性提醒功能(时间可调)，操作人员确认进行测试，测试自动执行，顺利完成测试后程序自动记录测试数据，并在界面中展示测试结果及电池能量状态。

  风力发电机组在正常运行过程中如果电网掉电，需要后备电源为叶片回桨提供能量，防止机组飞车等安全事故的发生。早期1.5MW机组后备电源大部分为铅酸电池组，然而由于铅酸电池寿命较短、对工作环境温度要求严格、充电时间长并且容易出现电能储存不足的情况，需要单独对其定期进行检测，增加了后期的运行维护工作量及成本。如果电池出现损坏情况，机组运行安全无法得到保障。

  现将原来使用的铅酸电池替换为超级电容，以克服上述问题，从而增加机组安全性。

  华锐风电现有1.5MW伦茨变桨系统机组叶片滑桨相关故障占总故障的70%以上。机组滑桨现象不仅影响机组的可利用率，降低机组发电量，而且滑桨严重机组需登机维护，增加运维人员工作量，同时影响机组安全，大风停机时，机组滑桨有飞车不可控风险。

  在主控中添加伦茨变桨机组滑桨在线识别系统，机组控制管理系统自动识别出叶片滑桨现象，并通过机组自身的控制系统，启动自身的控制机制，局部调整叶片的角度，使其自动器机构与电机充分接触，保障伦茨变桨电机制动器抱闸完全有效，完成机组安全顺桨全过程。从而，大大降低机组变桨系统滑桨相关故障、提升机组的可利用率、保障机组安全。