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風電機組葉片小換大技術應用案例風電機組葉片「小換大」技術應用案例，我國風電行業從2006年迎來第一次快速發展，根據《中國風電後市場發展報告(2019-2020)》，截至2019年底，我國風力發電機組累計併網容量達2.1億千瓦，裝機5年以上風力發電機組達11461萬千瓦，占總裝機量的48.5%。

一、背景

我國風電行業從2006年迎來第一次快速發展，根據《中國風電後市場發展報告(2019-2020)》，截至2019年底，我國風力發電機組累計併網容量達2.1億千瓦，裝機5年以上風力發電機組達11461萬千瓦，占總裝機量的48.5%。風力發電機組的設計壽命為20年，但是實際風機在運行7-8年以上後機組的故障率會明顯增高；再加上平價上網政策的實施，導致各大發電集團對風電新項目的投建愈加謹慎，對已投運項目的綜合回報率要求愈高，特別是已運行五年以上的老舊機組。

為了提高早期老舊機組的發電效能和安全可靠性，對老舊機組的關鍵核心器件進行優化改造和升級，是提高機組發電效能的有效路徑。其中對老舊機組的葉片改造是最直接和效果最明顯的技改方案，在葉片改造的同時輔以控制策略的優化和變槳系統的升級，實現機組發電效能和安全可靠性的同步提高。

二、應用案例

1. 項目概述

項目位於南部沿海某風電場，機組功率等級2000kW，機組葉輪直徑82m，項目已併網運行5 年以上。

因項目業主提質增效的需求，對項目進行調研評估，收集項目各項資料和評估機組 的各子系統運行情況，並結合項目的前期可研報告和機組各項性能指標，提岀更換長葉片方案。在項目實施前，對更換葉片後的整機進行載荷仿真計算，仿真結果顯示機組各項疲勞載荷仍在安全裕度之內。為了提高項目葉輪的風能吸收率，將原來的直流變槳更改為系統冗餘度更大和設計值更高的交流變槳系統。

項目工程實施各階段內容如下，分為四個階段：

第一階段是項目開發階段，主要是項目的風資源、機組運行情況和業主需求等項目信息確認和項目前期的技術經濟可行性評估；

第二階段是項目規劃階段，主要是根據項目業主需求編制項目方案和項目進度規劃表;

第三階段是項目執行階段，主要包含項目前期施工準備、項目實施進度跟蹤和項目完工確認；

第四階段是項目結題階段，主要是進行項目運行評估和結題，並根據項目評估結果進行 項目推介。

2. 主要效益

2.1改造目標

（1） 優化葉片翼型、改變葉片長度，增加風機葉輪的風能捕捉力，提高葉輪風能吸收率；

（2） 變槳系統升級改造，提高變槳系統控制精度和響應速率，降低變槳系統故障率，增加變槳系統緊急變槳的模組容量，擴展變槳系統的安全冗餘度；

（3） 全新的控制算法平台和定製化的控制策略，提高風機在低風區的對風效率，定製化的轉矩控制策略提高機組的風能利用率，優化偏航系統和變槳系統控制參數，提高整機的綜合性能。

2.2改造效益

（1） 更換長葉片後，風機葉輪掃風面積增加接近10%，風機的風能吸收率和轉化率提升明顯，特別是低風速時段機組的上網電量顯著提高；

（2） 早期變槳系統為直流變槳，後備電源為直流電池組，電池故障率高、維護間隔時間短、維護任務重，機組變槳系統改造後，故障率降低50%,維護成本下降80%,機組可靠性明顯提高；

（3） 新的控制算法平台在總結了以往風機控制和運行的經驗基礎上，融合智能控制的理念，在相同的風速條件下增加了轉速調節範圍，在不同風速條件下採用分段最優的工作槳角，使葉尖速比控制更加平滑，整機發電效能提升、安全可靠性提高。

目前該風機的葉片「小換大」技術已完成整改兩年，機組多項運行指標均優於未改造機組，年發電量提升在6%以上，綜合性能提升明顯，後續計劃在國內多個項目推廣實施。

三、技術要點

（1） 老舊機組技改是一項涉及風資源、機械大部件、電氣系統和載荷仿真計算的綜合性和系統性項目，在項目開展前必須開展全面地風資源後評估和整機大部件的載荷評估，確定在保證機組安全性的基礎上才能實施；

（2） 老舊機組技改在保證安全的前提下，最重要的就是降低改造成本和提高改造後的綜合收益，在本次改造過程中風機的塔筒、機艙、發電機、輪轂等大部件和變流器、主控系統、偏航系統等各子系統均沿用原來機組的配置，未發生變更，除了更換長葉片外只更換了變槳系統，最大程度上降低了系統的技改成本；

（3）老舊機組由於各項控制技術和算法的落後，未能跟隨風電行業的快速發展而跟進，而通過新的控制算法和控制策略在老舊機組上的應用，在全面深挖老舊機組潛能的基礎上，還可提升機組的安全可靠性，延長機組的使用壽命。

四、 應用前景

由於早期發展技術水平限制，老舊機組運行效率低，安全隱患高，風電後市場老舊機組的綜合性能提升改造將是未來風電後市場最重要的方向。老舊機組改造在不增加土地租賃、電纜鋪設、升壓站建設等基礎成本的條件下，通過風機部分部件的升級優化，成本投入低，風機的上網電量和綜合性能提升明顯，提高了已投運項目的綜合收益，降低風電資產不良率，具體很好的推廣應用價值。