900KW電勵磁直驅機組整機優化技術應用案例檢視原始碼討論檢視歷史

來自 搜狐網 的圖片

900KW電勵磁直驅機組整機優化技術應用案例國家能源局《關於 2021 年風電、光伏發電開發建設有關事項的通知》政策文件中明確提出啟動老舊風電項目技改升級。

一、背景

國家能源局《關於 2021 年風電、光伏發電開發建設有關事項的通知》政策文件中明確提出啟動老舊風電項目技改升級。遵循企業自願原則，鼓勵業主單位通過技改、置換等方式，重點開展單機容量小於 1.5MW 的風電機組技改升級。鼓勵地方開展試點，在試點基礎上，國家出台政策，地方制定具體細則並組織實施，促進風電產業提質增效和循環發展。

全國 1.5MW 及以下老舊風電機組裝機超 11000 萬千瓦，機組開發時間較早，大部分位於風資源優異的地區。而老舊風電機組因為設計缺陷和運行年限久因素，造成發電能力一般、預警和故障監測點不足、批量性的關鍵重點部件更換頻次高，從而導致運維成本較高，運行安全風險大，普遍存在發電能力差、故障率高、安全隱患多等問題。

900KW 電勵磁直驅機組為電勵磁直驅發電機，電動直流變槳系統。由於機組頻繁的發電機過溫問題、電控系統故障或安全隱患，電控系統亟待改造，降低故障率，提高機組可利用率，增加發電時間，降低機組運行維護成本，為業主創造效益。

通過對 900KW 機組整機進行整體優化升級項目的實施，可以從根本上解決發電機繞組過溫、變流系統故障率高、偏航制動部件損壞、液壓站故障、備件採購困難，採購周期長的問題；降低電控系統故障停機時間，提升機組的發電量。

二、應用案例

1、項目概述

項目位於甘肅省，風場一共分為兩期，一期風電場項目裝機容量49.5MW，採用55 台900kW電勵磁直驅型風機，風電場於 2012 年 8 月31 日全部投產發電。項目在實施前風場存在以下的問題：

1.1 主控問題

1) 機艙不能進行順槳和推槳操作，也無法顯示變槳角度，需要中控操作和報告變槳角度。

2) 軟件控制類故障較多，例如變槳系統故障頻發，例如變槳不同步，變槳角度故障。

3) 機艙和塔底大量信號需通過自製板卡收集信號，然後傳給PLC 模塊，自製板卡採購困難，通用性差。

4) 主控軟件沒有故障錄波功能，無法記錄故障前毫秒級機組數據信息，給故障分析帶來困難。

1.2 變槳問題

1) 變槳系統故障占總故障次數在 50%以上，變槳故障頻繁。

2)變槳系統元器件損壞頻率高，包括變槳電機，驅動器，測速電機等元件。

3) 變槳電池損壞率高，平均每年每台機組更換超過一個電池組，有部分機組在做安全鏈測試時無法正常收槳。

1.3偏航問題

1) 發電機制動液壓站基本已失效，故障率高。

2)偏航剎車目前使用阻尼剎車，阻尼剎車不能提供足夠的制動力矩，需要改成液壓剎車。

工程實施各時間段及內容計劃如下，分為六個階段：

第一階段採集風電場地理、風資源、設備等詳細信息情況；

第二階段根據實際情況，選擇、設計審核機組改造方案等工作；第三階段全面核算經濟效益，確定成本，決定最終改造方案； 第四階段設計現場安裝圖，包括軟件編寫和硬件設備裝配；

第五階段組織實施階段，按照預定方案組織華儀風機的改造實施過程；

第六階段最終安裝調試及試運階段。

2、改造後目標及收益

2.1 主控系統改造後的目標

1) 在機艙控制櫃能夠進行順槳和推槳操作，並在機艙增加人機界面。

2) 機艙和塔底使用自製板卡採集的信號改用 PLC 模塊或專用模塊進行採集，解決通用性和備件採購問題。

2.2 變槳系統改造後的目標

1) 變槳系統故障總次數大幅下降，變槳故障時間大幅下降。

2)在變槳系統工作電源正常供電情況下，優先使用工作電源執行變槳動作。

3)電動變槳系統在手動變槳時應具備邏輯互鎖功能。

4)更換成性能更優良的滑環系統，解決滑環系統老化和故障率高的問題。

2.3偏航系統改造後的目標

1) 更換成新的液壓系統，解決液壓站故障率高的問題。

2) 需要將發電機液壓制動系統和偏航液壓制動系統整合在一個液壓站內，使液壓系統集成化，減小故障率

2.4 變流器改造後的目標

1)解決頻繁報變流器故障問題，技改後變流故障時間大幅降低。

2)技改後變流器滿足涉網相關要求。

三、技術要點

900KW 電勵磁機組整機優化主要分為控制系統優化、變流系統優化、偏航液壓系統優化。

1）針對控制系統的升級優化，主要採用控制系統軟件開發與電控系統硬件同步優化設計的方式，採用全新的、適用於機組實際工況的電控系統。

2）針對變流系統的升級優化，金風科技採用全新設計的變流系統對機組原變流系統整體替換，根本上解決變流系統故障多發的問題。

3） 針對液壓系統的優化，主要是液壓系統工況校核與重新開發。由於機組目前安裝的給發電機制動器提供壓力的液壓站基本都處於失效狀態，液壓系統為風力發電機組偏航制動器、發電機轉子制動器提供液壓動力。解決偏航液壓站問題可降低機組故障率、保證機組安全可靠。

成果創新性主要有以下幾點：

1） 控制程序架構使用模塊化結構，實現了機組數據的安全性和保密性要求。

2）根據機組內部空間，採用全新設計的全功率變流系統，替換機組原有的變流系統， 該系統結構緊湊，搬運方便，其安全性及散熱性能極大提高；

3） 對變流系統控制策略進行優化，在電網正常時採用最大功率跟蹤控制和限功率控制，

提高了風能利用係數，可以使功率曲線得到一定的優化，與主控配合具備高電壓故障穿越能 力(HVRT)、低電壓故障穿越能力(LVRT)；

4） 相對與機組原裝變流系統，升級後的變流系統增加了故障存儲、數據記錄等功能，便於檢修人員快速定位故障；同時變流系統支持遠程傳輸機組運行狀態數據，方便統計機組運行過程數據與發電報表，便於風電場安全生產管理；人機交互軟件為中文版本，界面更友好，操作更方便，有利於現場人員運維。

四、應用前景

從運維和設備安全角度方面考慮，整機優化十分必要，尤其可提高機組安全性與可靠性。近年來發生的風電事故，多集中在 2012 年之前併網的老舊機組，早期風機設計製造技術及經驗不足，配套產業鏈不完善，機組環境適應性不強，導致機組可靠性低、故障多、安全隱患多，葉片斷裂、飛車倒塔、機艙着火等重大設備事故時有發生。整機優化也是未來要實現「雙碳目標」開發更多的清潔能源必須要走的一條路。

通過機組優化升級，提高機組發電量，為客戶創造價值。相對於當前的風電技術而言，早期的老舊風場擁有着 7~8m/s 以上的風資源，平均發電量小時數卻在 2000 小時以下。以現有的技術，7m/s 以上的風資源基本可以發到 3500 小時以上，發電量相差較大。風機技改是提升發電量、保障風電機組安全運行、降低風電運維成本的重要手段，風機技改可有效扭轉企業經營困難局面，提高清潔低碳電量規模，前景廣闊。