风机偏航侧风功能系统改造项目

风机偏航侧风功能系统改造项目

卢恒光

单位名称：华电（连城）能源有限公司

摘要：风机的偏航控制系统直接影响风机的能效及其对侧风的响应能力，因此，偏航系统的精确度对于风电场的经济性和安全性至关重要。基于此，本文在介绍风机偏航侧风功能系统的改造需求基础上，阐述了其具体的实施方案，期望能够提升风机对侧风的响应能力、提高能源捕获率、减少机械损耗以及延长风机的使用寿命，为风电场的可持续发展提供支持。

关键词：风力发电；风机偏航系统；侧风功能；系统改造

随着全球能源需求的持续增长和环境保护意识的加强，风力发电作为清洁能源的一个重要来源，其技术的优化与升级显得尤为重要。风机偏航控制系统是风力发电机中的核心部件之一，负责根据风向调整风机叶片的角度，以最大化捕获风能。然而，侧风条件下风机的偏航系统往往面临较大的挑战，如何减少侧风对风机性能的影响，提高风机的稳定性和发电效率，是当前风电领域亟待解决的问题。

1 项目总体概况

华电（连城）能源有限公司石壁山长峰风电场位于福建省龙岩市连城县罗坊乡坪上村与长汀县交界区域，自然高程介于1235米至1455米。风电场总装机容量46MW，由20台远景能源生产的单机容量2.3MW风力发电机组构成。风电场的发电机组出口通过现地箱式升压变压器升压至35kV，随后通过3回直埋电缆集电线路汇集至110kV升压站，最终通过1回110kV出线接入电网220kV莲冠变的110kV北团Ⅱ回间隔。送出线路全长22.33公里，升压站距离罗坊乡14公里，距连城县城36公里。

在本风电场的运营过程中，面临的一个主要问题是风机在侧风条件下的偏航控制。由于侧风会影响风机叶片的角度调整，导致发电效率下降，且可能对风机结构造成损害。因此，为了提高风力发电机组对侧风的响应能力，减少侧风带来的负面影响，本项目提出了对风机偏航侧风功能系统进行改造的实际需求和实施方案。

2 项目改造需求

在现代风电场运营中，风机偏航控制系统的准确性和响应速度对于保证风机的发电效率和机械安全具有决定性作用。本技术方案专注于对华电（连城）能源有限公司石壁山长峰风电场风机偏航监控软件进行深入的改造和升级，以应对侧风带来的挑战，并提高整个系统的稳健性和安全性。

改造升级的核心是引入一种先进的偏航安全保护模式。在传统的偏航控制系统中，当风机遭遇侧风时，系统可能无法有效调整叶轮位置以减少风载荷，可能导致设备损坏或降低发电效率。新的偏航安全保护模式的设计目标是在风机控制系统检测到侧风条件时，自动限制偏航角度的调整，确保风机能够迅速而安全地调整到一个避风角度，减少对叶轮和驱动系统的应力。

在实施过程中，首先对现有的偏航监控软件进行彻底的审查和分析，评估其在极端风况下的响应能力和偏航角度控制精度[1]。接着，通过引入更为高效的算法和决策逻辑，重新编程偏航控制系统。新的软件将允许偏航系统在风向偏移达到一定程度时，自动转入偏航安全保护模式，并在该模式下，风机偏航角度将被锁定在一个预设的范围内，以便于风机迅速调整到90°侧对风位置。为了实现这一点，系统将被编程为能够从标准偏航目标角±8°转变至更宽的±82°至±92°范围，取决于风机当前的扭缆余量和具体的风况。

此外，新的偏航安全保护模式将具备对手动干预的抵御能力，即使在人为尝试切换至偏航手动模式或进行解缆操作时，系统也将维持自动保护状态，确保风机不会因操作错误而脱离安全保护模式。这样的设计允许风机在恶劣天气条件下保持更高的安全性和稳定性，同时也减少了因操作失误导致的风险。

此次技术改造的另一项重点是提升监控软件的用户界面和交互性。改造后的用户界面将提供更直观的状态显示和警报系统，使操作人员能够即时了解风机的偏航状态和系统的整体健康状况。增强的数据记录功能也将为风电场的长期运营和维护提供支持，通过收集和分析偏航系统的操作数据，可以为未来的系统升级和维护工作提供宝贵的信息。

总之，本次风机偏航监控软件的改造和升级将为石壁山长峰风电场带来显著的安全性和效率提升。通过智能化的偏航控制，不仅能够在极端侧风条件下保护风机免受损害，还能提高整个风电场的能源捕获率和运营效率，为可持续能源的开发做出贡献。

3 项目实施方案

基于现有的偏航控制系统升级需求和对风机偏航侧风功能系统的深入理解，提出了一套全面的改造实施方案，该方案旨在通过软件层面的优化以及一系列严密的测试程序，增强偏航控制系统的智能响应能力，特别是在侧风条件下的性能表现。

实施方案首先聚焦于风机偏航监控软件的关键升级，目的是在风机面临侧风等特定工况时，启动偏航安全保护模式，该模式确保在风机叶片变桨系统失效或转速超过硬件保护限值时，偏航系统仅响应至90°侧对风的控制指令，有效驱动叶轮偏离正对风的风向，以降低结构应力和潜在的安全风险。在偏航侧风功能的具体实现中，对系统进行编程使其在检测到关键操作参数，如风机额定转速设定值超标时，自动进入偏航安全保护模式，此模式下偏航系统将调整偏航目标角，将其从标准±8°扩展至±82°至±92°的范围，以适应不同的扭缆余量和风向条件。此调整确保偏航系统在保护模式下的操作不会因手动模式或解缆操作而中断，从而维持风机的安全运行状态。

为确保改造方案的稳定性和可靠性，项目还包括了一系列详细的测试流程。这些测试旨在全面评估偏航系统的新功能，以及在各种气象条件和潜在故障状态下的表现[2]。测试将在确保安全的前提下进行，操作人员需遵循严格的安全操作规程，包括但不限于在带电状态下进行短接信号或断开信号的操作。此外，测试中的所有电气操作将在绝缘保护下进行，以防止任何电气故障。测试完成后，将对每一项功能进行详细的评估，确保每项改造都达到预期的性能标准。此外，所有测试均应在特定的风机上执行，以验证改造方案在现场的适用性。为了保证测试的准确性和代表性，将选择具有代表性的机组进行测试，并将测试结果用于进一步优化偏航控制系统。

4 结语

随着风能作为可再生能源的重要组成部分，在全球能源结构中的地位日益凸显，提升风电场的运行效率和安全性成为了行业追求的重要目标。本文所提出的风机偏航侧风功能系统改造项目，充分体现了在现有技术基础上通过创新实现风电场性能提升的可行路径，该项目通过软件升级与系统优化，成功引入了偏航安全保护模式，不仅提高了风机在侧风条件下的稳定性，还显著降低了由于极端天气条件带来的安全风险。通过本项目的实施，风电场的偏航控制系统得到了显著改进，尤其是在自动控制偏航角度以应对侧风的能力上。这一改进增加了风电场在面临不确定气候变化时的适应性，有力地支持了风电场稳定运行和可持续发展的目标。同时，项目中所采用的严格测试流程和评估机制，确保了每项改造都能达到预期效果，并为今后可能的系统升级提供了实践基础。此外，本项目的成功实施将为未来风电场技术升级提供宝贵的经验。随着风电技术的不断进步，可预见的是，类似的偏航控制系统改造将在全球范围内得到推广，为风电行业带来更广阔的发展前景。同时，改造方案中所体现的智能化、自动化的设计思想，也预示着风电场运维管理向更高水平的演进。

参考文献

[1]袁政.风力发电机组偏航减速器故障分析与处理[J].价值工程,2023,42(36):141-143.

[2]何伟平,夏杰.浅谈金风1.5MW风力发电机组偏航反馈丢失故障技改优化研究[J].中国设备工程,2023,(S2):270-271.