2016年11月3日，在“2016中国风电电气装备技术高峰论坛”上，中国质量认证中心（CQC）风能事业部技术总监赵玉为与会者讲解了风电机组性能分析及优化，并介绍了型式认证解决的主要问题。

　　以下是主要的演讲内容：

　　因为现在在2014年9月5号，国家能源局发表412号文件之后，型式认证就成了业主采购的一个基本招标条件，业主就开始说我们采购机组都有证书了，为什么机组的性能还是不好呢？现在我就解释一下这个型式认证其实它解决的不是机组的性能好坏，它解决的是机组的安全性能，保证20年的理论寿命。

　　所以我就首先讲一个我们先抛开机组性能分析来讲，就是建的这个机组是安全的、可靠的，这样再考虑这个是好的机组。所以就看当整机企业给我们提交1GB这么大文件之后，其实他提交的这些文件都是从设计评估，也是它的载荷和强度，也是评估它的安全，型式试验也是和安全有关，当与性能有关的其实还是作为可选项来进行的，所以业主拿到的这张型式认证书只证明它的安全性是满足了要求，其实可靠性基本上涉及的并不多。

　　这边放的项目认证书是机组在设计的时候是基于一系列的假定条件，假定的空气密度，假定的环境条件，在这些假定条件下设定的2MW机组，但是实际差距比较大，所以还需要对场地做评估。这样还是为了满足机位点的安全性能，截止到目前为止，我们对这个性能其实在这张型式认证书上是不太能体现到的，但是随着业主越来越了解，想买一个好的机组，就开始来讨论我们今天的主题就是性能指标，就是我们现在做的安全性合格评定那张型式认证书，仅仅解决了机组安全可靠运行20年，与机组性能的指标还是有区别的，这样我们就可以分析到底哪些指标可以体现机组性能。

　　首先是机组的设计水平，有的机组从设计来说，理论的发电量在那儿摆着，有机组设计离理论偏差很远，这样的机组肯定性能不会很好。机组的制造能力，有的机组制造能力确实不是特别好，这样即使他设计了一些特别好的机组，它运行的风场与机组的设计也达不到，包括配套的零部件，包括机组环境条件对于机组的影响，如果我们拿一些常温机组用在低温环境下，它的性能必然大大打折扣，包括运维能力，这些都直接关系到机组整体发电量，整体功率曲线，整体可利用率，先把影响机组性能这些方面甄别出来，再想如何来给它定指标体系。

　　这是我们为什么现在提这个事情，是因为型式认证的基本能力已经达到，从十几年前大家不会计算载荷和强度，到现在基本上整机厂都开始有创新了，这个目的就是业主希望买到好的机组，我们再找到相关的机组性能评价指标，在得到这些指标之后它只是其中一个条件，其中我们就对这些指标给出评价的方法，然后在找到这些指标的时候还遇到一些问题，遇到这些问题如何解决，所以给了我们一个分析的案例。

　　当我国风力发电产业飞速发展，现在装机容量是全球第一，每年装机容量也是稳步上升，我们的机型特别众多，这一点与国外不同，国外的机组比较单一，我们各式各样的机组是特别多。不同的风电场的性能水平不一样，有的风电场五年就收回成本了，有的风电场十年也没有达到一半的预期，当机组发电量没达到预期的时候，业主和整机厂都会关心这个问题，到底是机组本身性能不太好，还是当时测的不准确，还是环境过于复杂影响的。所以这样我们真实的甄别风电机组在运行中它的实际的性能，这样来解决双方的争议，或者说来进行优化，或者更好的找到设计方案等等。

　　所以在目前我现在研究的一个假定条件，我们现在不分析没有建的风场，就分析现在已经建好的风场，而且希望操作比较方便，然后分析的机组是基于水平轴的变速变桨，这些机组也可以采取本篇文章的方法。假定风电机组的传感器，风速仪、风向标，这些采集的数据都真实有效，我们真实的感受到环境条件，然后风速分布假定为威布尔分布，其累计概率函数见示。

　　这样就直接到了主题上，我们就想知道这个机组的发电量，发电量就是算他年发电量，然后这是小时就是365天24小时，不同的区间，每个区间的平均风速，风况是最主要的原因，然后这些因素都影响了发电量。

　　找到这个原因之后就考虑影响业主收益，首先就是当年的风化条件可能不好，就测风这一步没有达到基本要求，还有机组本身的功率曲线设置的就有问题，还有机组可利用率可能也没有足够高，但这些直接就关系到风电厂的收益，直接就影响整个风电场的发电情况，整个风电场的收益情况。当我们把所有的直接影响，还有十几个与发电量相关的指标，就直接用年发电量等于机组的功率曲线，风速分布×实际可利用率，减去其他的损失，这是我们拿实际的进行分析。

　　评价指标也就出来了，看到我们如何计算年发电量，年发电量每一个指标体系都是我们用来评价风电机组性能的指标，刚才说的一个风况条件，时间可利用率，能量可利用率，还有度电成本等等影响机组的性能，当我们把机组指标诊断出来之后，就考虑如何评价这些指标，包括刚才说的功率、风况，评价一般是两种情况，一种就是在平坦地形环境比较好，这个风况条件很容易得到，就用61400-12-2来利用机舱找到传函，每个风速基本都确定了，这样就把风速条件得出来了，而且是一个比较实际的条件。还有一种是复杂地形，复杂地形可能传函无法找到，这样的话我们后面讲的一种方法就是在复杂地形下如何来求它的风况条件。

　　功率曲线其实跟风资源是相关的，也有两种情况，一种就是平坦地形，平坦地形相对来说好确定每台机组功率曲线，找一台机组测一下风电机组，再推导到整个风场，这样也得到了一个实际的功率曲线。

　　还有可利用率，其实它国标没有相关的依据，评价依据是61400-26-1或61400-26-2计算时间可利用率TBA或能量可利用率EBA。在分析中发现一个问题，直接影响了可利用率指标，就是现在基本上SCADA把所有的故障维护全属于正常维护，所以无形当中SCADA的可利用率高于实际可利用率，我们根据机组故障记录，根据运行记录，再根据我们的经验，把明显属于故障维护的值替掉，并成机组维护，如果其它的不太容易甄别的也把它算为正常维护，这样我们就给出一个可利用率的范围，一个最高最低值，作为正确的可利用率应该在这个范围之间。

　　可利用率还遇到一个问题，就类似于我不太确定的一些原因造成的发电量损失，这个情况下我们用标杆的方法，这也是各方面普遍采用的方法，我把风况相近的机组发电量做一个标杆，在这个时间段它的风速分布和功率曲线我可以计算，这样的话其它机组发电量损失我就对比起来了。所以在可利用率其实是SCADA系统中不太准确的一个数据。

　　简单理性我的功率曲线，风况条件，可利用率都可以用比较简单的而且可行的方法计算出来，但是复杂地形已经建成的风电厂，它的传函不容易找到，发电量不那么容易计算，我们想能不能找到一个比较接近真实的结算方法，因为SCADA功率曲线也不准确，SCADA的风资源也不准确，两个都偏小，这两个偏小的资源能不能做一个相对的准确。这个已经是行业内了解的，但是业主现在也在逐渐做这项工作，因为我们跟他说SCADA的功率曲线偏小，在这种情况下两个都有偏差数据的话，有可能得到真实的发电量。这个我们就有一个假定，这个假定是基于传统的数学基础，就是我们机舱风速和风塔风速在短期情况下可能是相同，所以我们就把这个作为测风塔风速，把这个作为机舱风速，假定它在某个时间段有线性关系。这样就考虑a值和b值对SCADA风速分布和功率曲线的影响。这个就是我们后来真实的分析个项目，我们把一个风场一年的测风塔数据我们拿到了，然后装了24台2MW的水平轴变速变桨风力发电机组，其风轮轮毂高度为80m，在轮毂高度醋测风塔测得的十分钟平均风速曲线。

　　因为刚才我们取a值，a值就是机舱内的风速和风塔的风值，机舱内经过叶片做工的作为，所以a组我们取0.95、0.9、0.85、0.8做这个分析，0.8的时候是6.0，0.85的时候是6.5，0.9是6.8，0.95是7.2，1.0是7.6，形状系数都是1.9，a值随着变化，k值之间逐渐就属于等比例的进行变化，a与风速变化k没有影响，但是c和a是有呈等比例变化的这么一个趋势，就是整体曲线图。就取b值，因为肯定要小于前面，也是-2、-1.5、-1、-0.5，尺寸系数好像也没有找到很明显的规律，没有什么特别明显的规律性。

　　我把两张图放在一起，当a值对b值发电量的影响，我SCADA数据为准，算它的年发电量，再以测风塔的风速为准来测，就说明基本上这可以来接受的，误差在可接受范围内，b值就相对差多一点，b值在-2的情况下年发电量在7.3，测风塔是7.5，可能导致了数据的不准确性。后期因为我们选了一个风场，后期有待具体去研究，以SCADA数据为主都是不超过3%，但是以测风塔的数据就直接超了，这样同时考虑a值和b值，如果a值考虑0.8，我b值考虑是-2，这样的话我们以SCADA为准来算，年发电量偏差是不到3%，但以测风塔风速来算，得到偏差超过9%，但是如果考虑正常范围内的话，就是如果我们不取两个极端数据，取中间级数据的话，可能用SCADA数据来算的话，都是可以在误差范围内。

　　分段线性关系下对预期发电量的影响需进一步研究，但从以上讨论可以看出，在b值不为0的情况下，风速分布将不能很好地符合威布尔分布，从而引起发电量偏差的增大，因此可考虑不进行威布尔拟合，直接采用统计各风速段所占的比例进行发电量计算，对于分段线性关系，应能够获得较好的结果。但是我觉得分段性的研究也可以再做进一步的研究，这样解决了已建成的风场它的发电量如何比较真实的接近现实发电量。

　　当然SCADA自身也会矛盾，当到满发的时候，SCADA的数据都是1.5MW你测不会这样子，也会稍微有些偏差，这就是我们实际的可利用率与SCADA可利用率偏差，SCADA把所有的故障全归为维护，当我们把所有故障全归为故障的时候，就是深蓝色的线，当我们把所有的明显的故障排除之后就是这个浅蓝色的线，就是您的机组的发电量其实是在深蓝色线和浅蓝色之间，这个我们会相对更准确的去甄别它到底是故障还是到底是正常维护，但是基本上即便是浅蓝色线，在很多时候也要比SCADA的数据低很多当然如果说考虑更低端的话，最低的才88%以下，就是可利用率。这样分析出来的数据可利用率，功率曲线和发电量是得到业主认可的，基本上有的业主就逐个风场通过这个方法来分析。

　　最后讲一下机组诊断与优化评估，现在无论第三方还是整机厂，纷纷来给业主做诊断优化工作，但是其中有一些风险，当然诊断优化的前提也是因为现在技术的进步，当年可能我们还不会算，也不会做叶片的校对都不会，叶片的负荷材料都不会，所以在那种情况下我们当年就会有些粗糙，这种情况下我们发现有很大的优化空间，业主随着对机组的了解也提出了这种要求。

　　但是我其实是不建议上来直接优化的，因为我建议先做诊断，因为安装机组的发电量不好，有时候可以不通过优化控制就可以实现的，因为当时早期机组对技术不理解，客观有些安装角就完全没考虑，安装角本身就有偏差，这可能按照深入调整理解就解决了发电量的问题，或者有些机组故障率太低，其实它有些电子产品的生命周期到了，就可能有备品备件的管理，可能发电量有上去了，当年齿轮箱的一些技术壁垒导致的线路不好，这个可能是通过我们现在新的发展技术直接解决的，还达不到优化这个程度，但是新的未建的风电场可以采用新的技术来实现，把机组的各项指标都是按机位点来满足都可以。

　　但是即便如此，其实很多风电场已经做了机改项目，我也遇到觉得风电场直接把叶根处加长了，好像发电量提升2%，这样业主就是现实已经得到了一个发电量提升。而业主现在关注的就是你给我提升发电量，保证风电场收益，所以在这种情况下往往采用的就是移动机组、增高塔架、扇区管理、更换部件、加长叶片等等，但是我是建议，这些方法有可能导致载荷的提升或整个风电场的风资源改变，对关键技术改造后必须进行安全评估，避免在提高发电量的同时，导致了安全的隐患。刚才说了，安全评估是基本线，只有机组是风机，才来考虑它的性能好不好，本身就不是风机，根本就无法谈它的机组好不好，所以就增加发电量的同时可以考虑它的安全的隐患。

　　我最后用两三分钟介绍一下我们中心，我们中国质量认证中心简称CQC，是经中央机构编制委员会批准，由国家质量监督检验检疫总局设立，国家认监委授权，被多国政府和多个国际权威组织认可的第三方专业认证机构，隶属中国检验认证集团。这是我们总部的侧面图，它其实是一个U型的楼群，现在我们也做了风电这一块的，包括整机厂对部件方面的检测，当然也承担一些科研和标准编写工作，这个是在整机企业和业主间搭建一个桥梁，保证这一万多台机组顺利的出质保，保障这个行业能比较平稳的运转，包括为相关的金融保险行业提供一些技术服务和其他的一些服务。型式认证是安全性的，我们还有一些技术的服务，就是与性能有关的技术服务，包括后备厢，后备厢主要是为业主积累经验，它再次设风场的时候会通盘考虑它的可利用率，通盘考虑它的收益和风资源情况，包括说的对固定点这个出口的机组基本上都要考虑它的真实的风资源情况，真实的它的环境情况。包括现在一些运维能力的评估，是业主要求的，这些要求现在第三方的认证水平参差不齐等等。谢谢大家。