?。ǘ?shù)字化風(fēng)電技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
隨著風(fēng)力發(fā)電市場(chǎng)容量和裝備產(chǎn)業(yè)的快速大規(guī)模發(fā)展，風(fēng)電機(jī)組的可靠性、運(yùn)行效率、工作壽命等問(wèn)題開始受到專家學(xué)者們的高度關(guān)注。針對(duì)這一問(wèn)題，數(shù)字化風(fēng)電技術(shù)，在風(fēng)電智能監(jiān)控、智能運(yùn)維、故障智能診斷和預(yù)警等方面已開展深入研究探索。
1.風(fēng)電智能監(jiān)控
我國(guó)風(fēng)電場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)主要存在協(xié)議不開放，不同的廠商在協(xié)議信息中描述不統(tǒng)一，無(wú)法實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通和擴(kuò)展等問(wèn)題。這些系統(tǒng)使用的通信協(xié)議結(jié)構(gòu)各異，信息描述不統(tǒng)一，難以實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通和擴(kuò)展,即便是同一制造商生產(chǎn)的風(fēng)電機(jī)組，由于電力電子技術(shù)、控制技術(shù)、單機(jī)容量和軟件版本的不同，它們擁有的控制方式也可能不同，且需要不同的運(yùn)行參數(shù)和調(diào)控指令，這給風(fēng)電場(chǎng)統(tǒng)一調(diào)度控制與生產(chǎn)管理制造了很大障礙。
為了實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)中互聯(lián)性、互操作性和可擴(kuò)展性，國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）起草制定了IEC61400-25標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)定義用于搭建風(fēng)電場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)的通信原理和信息交換模型等方面，是電力系統(tǒng)自動(dòng)化通信協(xié)議IEC61850標(biāo)準(zhǔn)在風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域內(nèi)的延展。我國(guó)也對(duì)IEC61400-25標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)化與執(zhí)行，基本實(shí)現(xiàn)了風(fēng)電場(chǎng)的監(jiān)控運(yùn)行管理。
2.風(fēng)電智能運(yùn)維
我國(guó)風(fēng)電設(shè)備多運(yùn)行于自然條件艱苦、可到達(dá)性較差的環(huán)境，對(duì)智能運(yùn)維的需求尤為迫切，力求在考慮設(shè)備可靠性、維修性、經(jīng)濟(jì)性等影響因素的情況下，實(shí)現(xiàn)定檢、維修、維護(hù)的合理安排，以達(dá)到減少值守人員數(shù)量、縮短備件供應(yīng)時(shí)間和提高運(yùn)行可靠性的目的。
在風(fēng)電場(chǎng)智能化運(yùn)維管理系統(tǒng)方面，國(guó)外起步較早，實(shí)用化水平也相對(duì)較高，作為風(fēng)電場(chǎng)控制系統(tǒng)的載體，GH-SCADA、RIS?-CleverFarm等系統(tǒng)除具有完成傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、分析、展示的功能外，還在功能上集成了風(fēng)電場(chǎng)優(yōu)化控制、運(yùn)行數(shù)據(jù)分析、供應(yīng)鏈服務(wù)、信息流管理等高級(jí)控制功能，已初步體現(xiàn)了風(fēng)電場(chǎng)智能化運(yùn)維的理念。
我國(guó)陸上風(fēng)電場(chǎng)智能化運(yùn)維水平在精細(xì)化與信息化方面與國(guó)際上存在較大差距。海上風(fēng)電場(chǎng)在運(yùn)維管理的限制性條件、服務(wù)裝備、安全要求等方面和陸上風(fēng)電場(chǎng)存在顯著差異，歐洲廠商根據(jù)多年經(jīng)驗(yàn)，形成了海上風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維管理的系統(tǒng)性方法，而我國(guó)目前海上風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)維手段和理念主要借鑒陸上風(fēng)電場(chǎng)的經(jīng)驗(yàn)，尚未形成真正適用于海上風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)維管理體系。
3.風(fēng)電機(jī)組故障智能診斷和預(yù)警
我國(guó)目前已經(jīng)面臨大批風(fēng)電機(jī)組陸續(xù)過(guò)保的現(xiàn)狀，風(fēng)電機(jī)組可利用率下降、傳動(dòng)系統(tǒng)和葉片等零部件的性能下降和故障造成的停機(jī)現(xiàn)象較為嚴(yán)重。國(guó)內(nèi)一些科研機(jī)構(gòu)和整機(jī)廠家逐漸開始重視風(fēng)電機(jī)組健康狀態(tài)診斷技術(shù)，并借鑒國(guó)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)開展了初步研究，也已開發(fā)出一些狀態(tài)監(jiān)測(cè)產(chǎn)品批量應(yīng)用到風(fēng)電場(chǎng)。一些風(fēng)能利用發(fā)達(dá)的國(guó)家，如丹麥、德國(guó)、西班牙等擁有長(zhǎng)期共生、緊密合作的風(fēng)電零部件與整機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈，并根據(jù)大量現(xiàn)場(chǎng)采集的運(yùn)行數(shù)據(jù)開展風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)評(píng)價(jià)和全壽命周期評(píng)估，將風(fēng)能資源、風(fēng)電規(guī)劃、風(fēng)電場(chǎng)評(píng)估、風(fēng)電機(jī)組設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)與檢測(cè)結(jié)果、風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行維護(hù)、風(fēng)電場(chǎng)性能評(píng)估等統(tǒng)一考慮，用于開展風(fēng)電機(jī)組狀態(tài)評(píng)價(jià)、故障診斷以及經(jīng)濟(jì)性運(yùn)行。
隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展，各整機(jī)廠商紛紛建立大數(shù)據(jù)中心并開展了風(fēng)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)控及故障預(yù)警的研究，但國(guó)內(nèi)風(fēng)電機(jī)組故障診斷技術(shù)從整體來(lái)看，產(chǎn)品分析和診斷功能都較為薄弱，主要問(wèn)題在于對(duì)于整機(jī)和零部件的運(yùn)行機(jī)理與失效模式認(rèn)識(shí)尚不夠深入，當(dāng)前以趨勢(shì)判斷和定性分析為主，缺乏定量分析，還不具備整套評(píng)估體系及對(duì)故障進(jìn)行準(zhǔn)確判斷與預(yù)警的方法。
（三）電網(wǎng)友好型技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
隨著風(fēng)電比例的不斷上升，出于電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行考慮，我國(guó)對(duì)風(fēng)電機(jī)組的并網(wǎng)性能也不斷提出新的要求，包括低電壓穿越、高電壓穿越、慣量響應(yīng)和一次調(diào)頻等。目前，低電壓穿越已成為我國(guó)風(fēng)電設(shè)備入網(wǎng)的強(qiáng)制性要求，對(duì)高電壓穿越、慣量響應(yīng)和一次調(diào)頻能力的要求正在深入論證中，但還沒有提出明確的技術(shù)指標(biāo)及測(cè)試方法。各個(gè)國(guó)家都根據(jù)自身電力系統(tǒng)的情況，提出有針對(duì)性的風(fēng)電設(shè)備入網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，部分國(guó)家的入網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)風(fēng)電的高、低電壓穿越和一次調(diào)頻性能要求已經(jīng)非常明確。
國(guó)外設(shè)備廠商對(duì)于風(fēng)電機(jī)組在故障穿越中的動(dòng)態(tài)特性、安全極限、機(jī)群的互動(dòng)穩(wěn)定性、風(fēng)電機(jī)組和風(fēng)電場(chǎng)模型驗(yàn)證、風(fēng)電機(jī)組和風(fēng)電場(chǎng)電能質(zhì)量評(píng)價(jià)等方面有著深入的研究并進(jìn)行了相應(yīng)的測(cè)試，國(guó)內(nèi)廠商則多停留于功能實(shí)現(xiàn)，在技術(shù)的深入探索和優(yōu)化方面尚待加強(qiáng)。
由于我國(guó)近年來(lái)風(fēng)電規(guī)模增長(zhǎng)迅猛，并且在風(fēng)電大規(guī)模并網(wǎng)、傳輸和運(yùn)行方面獲得了相當(dāng)多的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和成果，IEC組織將新成立的TC8SC8A“大容量可再生能源接入電網(wǎng)”工作組和TC8SC8B“分布式能源電力系統(tǒng)”工作組的秘書處設(shè)立于中國(guó)，我國(guó)技術(shù)專家能夠更多地參加到國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的制訂工作中，開展更為廣泛的技術(shù)交流，極大地提高了我國(guó)風(fēng)電機(jī)組產(chǎn)業(yè)在電網(wǎng)接入技術(shù)領(lǐng)域的話語(yǔ)權(quán)。
（四）風(fēng)電新概念技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
除了傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)，風(fēng)電新概念技術(shù)也隨之快速發(fā)展。為滿足未來(lái)大容量海上風(fēng)電機(jī)組的需要，美國(guó)2009年即由可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）和美國(guó)超導(dǎo)公司、東元西屋電機(jī)公司等簽署協(xié)議，聯(lián)合開發(fā)大容量風(fēng)電用超導(dǎo)發(fā)電機(jī)，歐洲眾多廠商也紛紛介入這一領(lǐng)域。美國(guó)通用電氣公司、美國(guó)超導(dǎo)公司、德國(guó)西門子股份公司、日本川崎重工業(yè)株式會(huì)社等都已進(jìn)行了兆瓦級(jí)超導(dǎo)發(fā)電機(jī)的試制和測(cè)試，中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七一二研究所也已進(jìn)行了樣機(jī)開發(fā)。
高溫超導(dǎo)電機(jī)是一項(xiàng)應(yīng)用新材料、新方法、新工藝的多學(xué)科高新技術(shù)，技術(shù)難度大，而且國(guó)內(nèi)高溫超導(dǎo)電機(jī)的研究起步較晚、研究經(jīng)費(fèi)少，研究的深度和廣度還不夠，基礎(chǔ)研究、技術(shù)水平與技術(shù)手段與美國(guó)和德國(guó)相比還存在明顯差距。
風(fēng)能在近地高度范圍內(nèi)，由于地面粗糙度而具有切變特性，即高度越高則平均風(fēng)速越大，因而對(duì)高空風(fēng)能資源的利用在多年前就得到了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。我國(guó)高空風(fēng)電目前仍處于探索階段，有少量小功率機(jī)組投入試運(yùn)行，但尚未有商業(yè)案例。
關(guān)于高空風(fēng)力發(fā)電，國(guó)外的創(chuàng)業(yè)公司提出了很多有想象力的方案，谷歌收購(gòu)了硅谷的高空風(fēng)電創(chuàng)業(yè)公司（Makani），麻省理工學(xué)院則投資了創(chuàng)業(yè)公司AltaerosEnergies，上述兩家公司均設(shè)計(jì)制造了樣機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試[5]。對(duì)比國(guó)內(nèi)外廠商，在高空風(fēng)電領(lǐng)域，國(guó)外廠商的技術(shù)研發(fā)起點(diǎn)很高，理論基礎(chǔ)扎實(shí)，在實(shí)踐中采用了大量新材料和傳感器，在裝備設(shè)計(jì)中均采用可移動(dòng)、可放飛、可回收的路線，工程經(jīng)濟(jì)性較好，相對(duì)于國(guó)內(nèi)廠商有顯著優(yōu)勢(shì)。
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