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风电机组叶片小换大技术应用案例风电机组叶片“小换大”技术应用案例，我国风电行业从2006年迎来第一次快速发展，根据《中国风电后市场发展报告(2019-2020)》，截至2019年底，我国风力发电机组累计并网容量达2.1亿千瓦，装机5年以上风力发电机组达11461万千瓦，占总装机量的48.5%。

一、背景

我国风电行业从2006年迎来第一次快速发展，根据《中国风电后市场发展报告(2019-2020)》，截至2019年底，我国风力发电机组累计并网容量达2.1亿千瓦，装机5年以上风力发电机组达11461万千瓦，占总装机量的48.5%。风力发电机组的设计寿命为20年，但是实际风机在运行7-8年以上后机组的故障率会明显增高；再加上平价上网政策的实施，导致各大发电集团对风电新项目的投建愈加谨慎，对已投运项目的综合回报率要求愈高，特别是已运行五年以上的老旧机组。

为了提高早期老旧机组的发电效能和安全可靠性，对老旧机组的关键核心器件进行优化改造和升级，是提高机组发电效能的有效路径。其中对老旧机组的叶片改造是最直接和效果最明显的技改方案，在叶片改造的同时辅以控制策略的优化和变桨系统的升级，实现机组发电效能和安全可靠性的同步提高。

二、应用案例

1. 项目概述

项目位于南部沿海某风电场，机组功率等级2000kW，机组叶轮直径82m，项目已并网运行5 年以上。

因项目业主提质增效的需求，对项目进行调研评估，收集项目各项资料和评估机组 的各子系统运行情况，并结合项目的前期可研报告和机组各项性能指标，提岀更换长叶片方案。在项目实施前，对更换叶片后的整机进行载荷仿真计算，仿真结果显示机组各项疲劳载荷仍在安全裕度之内。为了提高项目叶轮的风能吸收率，将原来的直流变桨更改为系统冗余度更大和设计值更高的交流变桨系统。

项目工程实施各阶段内容如下，分为四个阶段：

第一阶段是项目开发阶段，主要是项目的风资源、机组运行情况和业主需求等项目信息确认和项目前期的技术经济可行性评估；

第二阶段是项目规划阶段，主要是根据项目业主需求编制项目方案和项目进度规划表;

第三阶段是项目执行阶段，主要包含项目前期施工准备、项目实施进度跟踪和项目完工确认；

第四阶段是项目结题阶段，主要是进行项目运行评估和结题，并根据项目评估结果进行 项目推介。

2. 主要效益

2.1改造目标

（1） 优化叶片翼型、改变叶片长度，增加风机叶轮的风能捕捉力，提高叶轮风能吸收率；

（2） 变桨系统升级改造，提高变桨系统控制精度和响应速率，降低变桨系统故障率，增加变桨系统紧急变桨的模组容量，扩展变桨系统的安全冗余度；

（3） 全新的控制算法平台和定制化的控制策略，提高风机在低风区的对风效率，定制化的转矩控制策略提高机组的风能利用率，优化偏航系统和变桨系统控制参数，提高整机的综合性能。

2.2改造效益

（1） 更换长叶片后，风机叶轮扫风面积增加接近10%，风机的风能吸收率和转化率提升明显，特别是低风速时段机组的上网电量显著提高；

（2） 早期变桨系统为直流变桨，后备电源为直流电池组，电池故障率高、维护间隔时间短、维护任务重，机组变桨系统改造后，故障率降低50%,维护成本下降80%,机组可靠性明显提高；

（3） 新的控制算法平台在总结了以往风机控制和运行的经验基础上，融合智能控制的理念，在相同的风速条件下增加了转速调节范围，在不同风速条件下采用分段最优的工作桨角，使叶尖速比控制更加平滑，整机发电效能提升、安全可靠性提高。

目前该风机的叶片“小换大”技术已完成整改两年，机组多项运行指标均优于未改造机组，年发电量提升在6%以上，综合性能提升明显，后续计划在国内多个项目推广实施。

三、技术要点

（1） 老旧机组技改是一项涉及风资源、机械大部件、电气系统和载荷仿真计算的综合性和系统性项目，在项目开展前必须开展全面地风资源后评估和整机大部件的载荷评估，确定在保证机组安全性的基础上才能实施；

（2） 老旧机组技改在保证安全的前提下，最重要的就是降低改造成本和提高改造后的综合收益，在本次改造过程中风机的塔筒、机舱、发电机、轮毂等大部件和变流器、主控系统、偏航系统等各子系统均沿用原来机组的配置，未发生变更，除了更换长叶片外只更换了变桨系统，最大程度上降低了系统的技改成本；

（3）老旧机组由于各项控制技术和算法的落后，未能跟随风电行业的快速发展而跟进，而通过新的控制算法和控制策略在老旧机组上的应用，在全面深挖老旧机组潜能的基础上，还可提升机组的安全可靠性，延长机组的使用寿命。

四、 应用前景

由于早期发展技术水平限制，老旧机组运行效率低，安全隐患高，风电后市场老旧机组的综合性能提升改造将是未来风电后市场最重要的方向。老旧机组改造在不增加土地租赁、电缆铺设、升压站建设等基础成本的条件下，通过风机部分部件的升级优化，成本投入低，风机的上网电量和综合性能提升明显，提高了已投运项目的综合收益，降低风电资产不良率，具体很好的推广应用价值。