國外孤兒機組主控系統開發技改應用案例檢視原始碼討論檢視歷史

來自 搜狐網 的圖片

國外孤兒機組主控系統開發技改應用案例據國家統計局統計，風電裝機在2020年底達到了歷史性的281.72GW，相對於2019年增長了34.6%，裝機量達到了近年來的峰值。

一、背景

1. 技術應用所屬行業特點、機遇與挑戰

據國家統計局統計，風電裝機在2020年底達到了歷史性的281.72GW，相對於2019年增長了34.6%，裝機量達到了近年來的峰值。與此同時，相對於存量機組的運行現狀，老舊機組所占比例也越來越多。2019年，運行五年以上的機組占比約48%。2020年底，初步估計約占到50%，運行超過5年的機組預計超過140GW。老舊風電機組面臨的升級、改造、退役等問題的處理需求越來越迫切。

2. 技術應用所解決的行業難點、熱點問題，必要性及重要意義

在2010年，國內行業內約有70多家主機廠，而到了2020年，只有不足20家主機廠家生產供貨，其餘50多家廠商已經消失或者不再生產主機，還有一些國外主機廠退出了中國市場。沒有備件、沒有支持人員，存量設備淪為「孤兒機組」。 從國內現狀來看，「孤兒機組」面臨的最重要問題是找不到原廠家，進行日常維護、技術技改都特別困難，很多故障也很難得到有效排查和處理。類似這種技術落後、部件老化、軟件無法更新、備件基本停產、發電效率低、SCADA功能不完善的機組，急需進行深度改造。

二、應用案例

1. 項目概述

位於山東的此項目為滿足廠區自發自用需求於2011年安裝了1台進口1.5MW中速永磁風力發電機組。該機組於當年9月開始安裝，2012年4月完成併網。作為該型號在國內的唯一一颱風電機組，2013年底出保後，廠家不再提供技術支持，關鍵部件開始故障頻發。由於缺乏備件支撐和技術保障，導致機組可利用率較低，故障排除時間長，並且無法滿發運行，近三年等效滿發電小時數尚不足400小時。

經過前期的深入調研和多次分析、討論、評估，結合業主實際情況，潤陽能源專項研發工作小組最終確定了在風機整體大部件不變的情況下，採用：風機主控系統軟件及部分關鍵部件替換的整體解決方案，針對此機型開發全新的高匹配度主控軟件。在發電量得到提升的同時，項目充分利用原有大部件，最大限度地降低業主改造投入。

此項目於2020年5月正式立項，2020年11月完成設計開發，2021年1月完成現場實施並交付。技改完成後，原進口風力發電機組控制軟件全部替換為國產化自主研發軟件。潤陽能源提供的風電提質增效改造，使機組故障率、維修率、運維成本大幅度降低，設備可利用率和發電能力獲得極大提升。

2. 主要效益

此項目技改前近三年平均年可利用小時數不足400小時，年平均發電量不足600 MWh ；技改後預計年可利用小時數達到1000小時以上，年發電量達到1500 MWh 以上。

此技改主要為軟件開發投入和部分控制部件的替換投入，機組主要機械部件不做替換。以較少的投入解決機組主要問題，具有良好的經濟性和較短的投資回報周期。

三、技術要點

1. 主控制程序整體開發和替換，此機型為同機型唯一樣機，且全部電氣控制部件均為進口，部分部件採用了特殊通訊方式，總線通訊部件多達十幾個，開發難度較大，控制程序需要根據機型和部件進行定製化開發；

2. 控制程序包含了實現機組運行功能的控制邏輯，協調整個機組的各個部件實現無人值守狀態下的穩定、可靠、高效運行；

3. 風力發電機組的載荷仿真計算是風力機設計中的一項重要工作，主要體現在其提供部件強度分析、結構動力分析及疲勞壽命計算的載荷依據，確保各部件承載在設計極限內。對於改造機組，設計數據的完整性缺失導致載荷計算準確度下降，但可通過測量等方式獲得計算所需的設計數據，為機組升功率運行提供依據；

4. 在此次改造過程中，需更換必要器件，主要包含：替換必要的控制模塊，可縮短控制程序替換的開發和調試周期，保證新控制程序與硬件的良好適配；配合新控制程序在人機交互的特點和需求，需對塔基觸摸屏進行替換，同時增加機艙觸摸屏。

5. 為消除風機頻繁報出的「安全系統風機級別跳閘」「變槳系統啟動EFC故障」等故障，需要結合程序替換後的測試，對安全鏈信號以及主控與變槳間的信號進行治理，內容包括：安全鏈器件和線路檢查、測試；電滑環替換；主控與變槳間的中心線束替換、測試；主控與變槳間的通訊穩定性測試；將之前變槳中控箱的臨時接線恢復為航空插接件。

6.為提高變槳系統運行穩定性，對變槳系統部分器件進行替換升級，具體包含：升級最新變槳控制系統版本；更換3台變槳驅動器；更換變槳編碼器；

7.增加中央監控系統：原風機未配備後台監控系統，無法對運行數據進行記錄、查詢，也無法生成運行報表。此次改造增加了監控系統，也可滿足風場裝機的擴展，可實現歷史數據查詢、統計功能和報表、曲線分析、功率控制等功能。

四、應用前景

2021年2月國家能源局下發《關於2021年風電、光伏發電開發建設有關事項的通知（徵求意見稿）》，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。

在風電機組技改升級的商業模式方面，主要形式體現為：業主單位通過向專業公司購買技術或服務的方式，讓在運風機發揮出更好的性能，讓其容量和性能相匹配。尤其是對於「孤兒機組」，需要「一機一案」，為每個機型量身制定提效方案，進行深度技改，通過核心技術的掌握實現技改方案最優化，以合理的投入獲得最大收益，減少資源浪費。