位于中國西北地區(qū)的河西走廊，綿延近千公里，因位于黃河以西，為兩山夾峙而得名。自古以來便是中原地區(qū)通往西域的要道，絲綢之路西去的咽喉，經(jīng)略西北的軍事要地。

公元前121年，雄才大略的漢武帝劉徹派遣派驃騎將軍霍去病，出隴右、擊匈奴，使整個河西走廊首次納入華夏版圖。

如今，在這塊承載了中華民族數(shù)千年光輝歷史與燦爛文化的土地上，一張新的發(fā)展藍圖正徐徐展開。

再造西部“陸上三峽”

——甘肅的“小目標”

據(jù)公開資料，整個河西走廊的風能資源理論儲量約兩億千瓦時，其中甘肅省以風能資源“量大質(zhì)優(yōu)”著稱。2006 年，甘肅省委、省政府提出了“建設河西‘風電走廊’、再造西部‘陸上三峽’”的戰(zhàn)略構(gòu)想，位于河西走廊東端的某大型風電場即是這一戰(zhàn)略實施的關鍵棋子。

該風電場分兩期建成，一期風電場安裝55臺900kW電勵磁直驅(qū)型風機，裝機容量49.5MW，于2012年8月全部投產(chǎn)發(fā)電；二期風電場共安裝25臺同品牌2MW永磁直驅(qū)型機組，項目容量50MW，于2013年8月全容量并網(wǎng)發(fā)電。

隨著時間的推移，二期風電場的部分2MW機組的變槳系統(tǒng)故障率攀升，且風機廠家已退出市場，機組核心部件面臨有效保障難題，此類故障若不能及時消除，一旦誘發(fā)變槳系統(tǒng)癱瘓，將導致飛車、倒塔等嚴重事故；加之主控系統(tǒng)及變流器可靠性不足，機組的可利用率也出現(xiàn)下滑。

而中央監(jiān)控系統(tǒng)在數(shù)據(jù)感知能力、智能化水平上的短板，已無法滿足項目業(yè)主對于風電場精細化運營管理的需要，對機組實施綜合性改造已迫在眉睫。

針對以上課題，項目業(yè)主與金風科技全資子公司北京金風慧能技術(shù)有限公司（下稱：金風慧能）建立聯(lián)系，希望能對二期風電場存在的問題，提供對癥下藥、一步到位的整體解決方案，全面提升機組的安全性和可靠性，保障風電場的安全運行與可持續(xù)發(fā)展。

一場拯救“孤兒”風機、護航電力生產(chǎn)安全的保衛(wèi)戰(zhàn)就此打響。

“全身體檢”，探尋問題根源

技改項目組（下稱：項目組）的技術(shù)專家抵達現(xiàn)場后，首先對各機組的運行狀況和故障點進行評估。

前期評估是一項不可或缺的重要環(huán)節(jié)，它既是制定技改方案的前提，也關系到整個項目實施的科學性和有效性。

在對二期風電場的25臺機組的故障頻次和故障分布進行統(tǒng)計分析后，金風慧能與項目業(yè)主共同確定了對變槳系統(tǒng)實施定制化改造、對變流系統(tǒng)進行穩(wěn)定性升級的技改路線。

同時，對主控系統(tǒng)軟件進行替換，對中控系統(tǒng)進行國產(chǎn)化升級改造，實現(xiàn)機組的全方位提質(zhì)增效。

辨證施治，保障技改行之有效

2021年7月，項目組全員進駐現(xiàn)場，對兩臺已停機的機組實施樣機技改。

01變槳系統(tǒng)技改

結(jié)合歷年故障分布的統(tǒng)計分析，項目組發(fā)現(xiàn)，原機組變槳系統(tǒng)存在兩方面的問題：

一是變槳備電系統(tǒng)采用鉛酸蓄電池供電，該備電方式故障率高、壽命短、性能不穩(wěn)定；二是變槳控制系統(tǒng)的軟硬件故障較多，這些故障消耗了大量備件物資和人力維護成本，同時影響到機組安全，具備很大的優(yōu)化空間。

超級電容+專業(yè)充電器（內(nèi)置）

在技改實施過程中，選用超級電容和專業(yè)充電器對原有的備電系統(tǒng)進行升級。超級電容是目前并網(wǎng)機組所采用的主流配置，具有充電速度快、循環(huán)使用壽命長、功率密度高和超低溫特性好等特點，它的應用使備電系統(tǒng)的安全性和可靠性獲得全面提升，顯著降低了維護和更換頻率。

針對變槳系統(tǒng)頻繁報故障以及備件損壞多、采購困難的問題，金風慧能技改團隊利用主流的變槳控制系統(tǒng)與技改機組實現(xiàn)定制化的匹配，使得問題得到根本解決。

02變流系統(tǒng)技改

由于原機組變流器廠家已退出中國市場，有可能面臨備件供應斷檔的風險；同時，2MW機組變流器功率較大，散熱和變流系統(tǒng)都屬于原廠設定，局部更換變流模塊無法從整體上解決機組技術(shù)和備件供應問題。

因此，采用以主流本土品牌全功率變流器為核心的變流系統(tǒng)，對原變流柜體進行了國產(chǎn)化替代。

替換后，機組在可靠性和電網(wǎng)適應性上獲得大幅提升，可實現(xiàn)“高低電壓穿越”及“一次調(diào)頻”，為保證電能輸出質(zhì)量、功率傳輸和變換，以及電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定控制創(chuàng)造了有利條件。

03主控及中控系統(tǒng)技改

原機組的主控和中控系統(tǒng)同樣存在不同程度的問題。

其中，主控系統(tǒng)變槳控制邏輯存在不合理項，易導致故障錯報；主控系統(tǒng)與中控系統(tǒng)數(shù)據(jù)通訊功能弱，無法滿足大數(shù)據(jù)通訊要求。通過技改，采用金風機組成熟的控制邏輯，從根源上解決了原主控系統(tǒng)在設計上存在的問題。

原中控系統(tǒng)則缺乏數(shù)據(jù)采集和統(tǒng)計功能，給故障判斷和數(shù)據(jù)查詢分析帶來困難。升級為功能更加完備的金風SCADA中央監(jiān)控系統(tǒng)后，不僅能兼容金風能量管理平臺和集控系統(tǒng)，還具備各類數(shù)據(jù)查詢和統(tǒng)計功能，為風電場的精細化運營管理提供助力。

金風SCADA-電場監(jiān)控頁面

金風SCADA-歷史告警頁面

“中控系統(tǒng)的國產(chǎn)化替代，也同時滿足了電網(wǎng)對于能源安全保障工作的指導性要求”，金風慧能高級解決方案工程師李中明補充道。

技改圓滿完成

安全風險得到妥善消除

2021年10月，兩臺技改樣機順利完成調(diào)試，成功并網(wǎng)。

并網(wǎng)運行至今，金風SCADA中央監(jiān)控系統(tǒng)忠實記錄了機組的各項運行數(shù)據(jù)。

與技改前相比，變槳和變流系統(tǒng)故障率分別同比下降95%和97%，機組安全風險得到妥善消除；機組可利用率顯著提高，發(fā)電量較技改前提升6%以上。

并網(wǎng)后的2MW技改機組

對于主控軟件的國產(chǎn)化升級，項目業(yè)主也予以充分肯定。

如今，中控室的工作人員足不出戶，即可對機組的運行狀況了如指掌；通過輕點鼠標，即可實現(xiàn)發(fā)電量、發(fā)電功率等數(shù)據(jù)的直觀呈現(xiàn)，使得風電場的數(shù)據(jù)監(jiān)控和精細化管理水平邁上新臺階。

據(jù)不完全統(tǒng)計，在全國范圍內(nèi)，與該風電場存在類似問題的同品牌直驅(qū)機組有近700臺，都存在安全性和可靠性不足的通病，是威脅電力生產(chǎn)安全與發(fā)電收益的共性問題。

因此，金風慧能在此類直驅(qū)機組綜合性改造的率先實踐，不僅為存量資產(chǎn)提質(zhì)增效提供了行之有效的實施路徑，也將成為同類風電場改造的藍本與典范。