2019年10月21-24日，2019北京國際風能大會暨展覽會（CWP2019）在北京隆重召開，大會主題“風電助力‘十四五’能源高質(zhì)量發(fā)展：綠色、低碳、可持續(xù)”。自2008年首次在北京舉辦以來，已連續(xù)舉辦11屆，成為北京金秋十月國內(nèi)外風電行業(yè)爭相參與的年度盛會。

　　

　　10月22日上午，CWP2019 IEA風能技術(shù)合作研究論壇在新國展召開。金風科技算法主任工程師劉磊出席論壇并發(fā)表題為《激光雷達智能控制技術(shù)在風電的應用和展望》的主題演講。他表示，金風科技是IEA Wind Task32在國內(nèi)的牽頭單位，在缺乏雷達用于機組智能控制認證規(guī)范前提下，金風科技積極參與該技術(shù)開發(fā)應用及行業(yè)標準推進，為風電行業(yè)的進展貢獻出了自己的一份力量。

　　

　　

　　劉磊：各位風電行業(yè)的同仁，非常高興有這個機會能夠分享金風科技在激光雷達智能控制技術(shù)的進展情況。首先非常感謝中國風能協(xié)會能夠組織中國風電行業(yè)參與到IEA Wind Task中，正如風能協(xié)會杜總剛剛的介紹，IEA Wind針對現(xiàn)在風電行業(yè)的熱點和難點問題設(shè)立了一系列課題并組織國際協(xié)作來攻堅，IEA Wind Task 32就是其中一個主要的課題方向。

　　

　　我先介紹一下Task32的背景，IEA Wind Task32全名為激光測風雷達在風能領(lǐng)域的部署應用，是2012年由DTU，SWE等機構(gòu)聯(lián)合創(chuàng)辦的定期會議，之后Task 32執(zhí)行委員會每年都會組織多次不同議題的研討會。其主要的目的是聯(lián)合科研機構(gòu)及企業(yè)積極探索激光雷達技術(shù)在風能領(lǐng)域的應用方向，并且針對激光雷達應用中一些亟需攻堅的問題進行討論，并提出解決思路和方案。Task 32課題主要聚焦于四個大的應用方向：第一個應用方向是場址的評估，比如海上風電場，采用激光雷達測風能夠大幅降低成本；第二個應用方向是功率性能測試，應用激光雷達進行功率曲線測量；第三是激光雷達在載荷和控制的應用，這也是今天的要介紹的核心內(nèi)容，稍后再做詳細說明；第四是復雜流場的測量，比如風電場尾流和復雜地形的流場測量。金風科技是IEA Wind Task32在國內(nèi)的牽頭單位，通過跟蹤、分享、討論，積極參與到Task 32的課題工作中。

　　

　　下面我對金風科技在雷達智能控制技術(shù)的開發(fā)和應用情況進行一個介紹。首先簡要介紹一下雷達控制技術(shù)的理念。風是能量的源頭，同時也是各種受力和載荷的源頭，它時刻變化，復雜而難以預見，正式由于這種不確定性為風力發(fā)電機組的設(shè)計和應用增加了大量成本。由于無法預知風的情況，風作用到機組后才被動地執(zhí)行響應，這是傳統(tǒng)控制方式的盲區(qū)和痛點，好像在漆黑的夜晚開車，難免會產(chǎn)生顛簸。激光雷達智能控制技術(shù)給風機裝上一雙“慧眼”，提前感知來流風的多維、復雜的信息，通過先進的分析和控制算法，智能地控制風機適時的響應，隨風而動，在大幅降低機組載荷的同時，提高發(fā)電量。

　　

　　激光雷達智能控制技術(shù)的價值主要體現(xiàn)在以下三個方面，首先是降低機組的結(jié)構(gòu)載荷，機組關(guān)鍵部位的載荷有5%到10%不同程度的降低；其次，可以提升機組的年發(fā)電量，提升比例約在2%的水平；同時，可以使機組運行更加穩(wěn)定，優(yōu)化轉(zhuǎn)速的跟蹤，使轉(zhuǎn)速保持更加平穩(wěn)，減少機組的變槳動作及歷程，提前探測到極端風況并響應，降低極端風況引起的故障停機。

　　

　　想要精準地實現(xiàn)機組控制，首先必須要知道風是什么樣的，這就涉及到風域的重構(gòu)。雷達探測到葉輪前沿激光波束方向的一系列風速信息，通過設(shè)計一系列先進的算法，根據(jù)流場的機理重構(gòu)出風流場的信息，比如風速、風向、湍流、風切變、風偏轉(zhuǎn)等，并作為后續(xù)的智能控制功能的輸入。

　　

　　有了準確的風速輸入信息后，金風科技設(shè)計并開發(fā)了一系列的智能控制算法用于實現(xiàn)不同的價值目標，包括疲勞降載控制、智能偏航控制、極端風況控制、湍流控制，以及雷達IPC控制、風況自適應控制等。

　　

　　下面簡要從各個方向介紹一下原理和價值，首先說前饋降載控制，該控制功能通過提前捕捉葉輪前方風域信息，通過算法實現(xiàn)在最恰當?shù)臅r刻執(zhí)行機組響應以匹配風速的變化，達到降低機組載荷，提升機組的穩(wěn)定性，擴展機組的適應能力的目標。

　　

　　第二，智能偏航控制，通過預測偏航使機組更長時間處于風能最大的位置，這套技術(shù)可以有效消除對風的平均偏差同時收窄對風偏差的分布范圍，使機組更準確的對風，并且更長時間對準風，提升機組的發(fā)電量。

　　

　　第三，尾流控制算法。尾流效應一般會帶來兩個方面的不利的影響：使下游機組發(fā)電量降低以及引起額外的擾動從而增加下游機組的載荷。我們可以想象成在交通擁堵的時候需要疏導車流，同樣也需要在風電場通過控制方法來疏導機組的尾流，從而提升發(fā)電量和機組部件壽命。

　　

　　第四，極端風況控制。通過該功能可以提前探測并識別到極端的入流風況，并執(zhí)行相應控制算法讓機組提前響應惡劣的風況，提升機組的穩(wěn)定性和適應性。

　　

　　第五，湍流控制，通過對入流風況湍流強度的識別，可以實現(xiàn)兩個不同的控制目標：低湍流下增功和高湍流下降載，通過對湍流的辨識和控制策略自動調(diào)度，可以使機組更多的發(fā)電。

　　

　　前面介紹了各個雷達智能控制的功能和價值，在每一項功能被推廣應用之前，都需要完成一些依照規(guī)范的確認和認證工作。在雷達控制技術(shù)的認證上，金風科技與第三方認證機構(gòu)DNV-GL共同進行了一個激光雷達智能控制的長期、深入的技術(shù)認證，在過程中共同討論具體的步驟和準則。大家都知道激光雷達控制技術(shù)目前沒有已發(fā)布的行業(yè)標準及認證規(guī)范，在技術(shù)認證過程中我們與認證機構(gòu)一起補充完善認證的流程和步驟，這個工作是非常有價值的，也為今后形成行業(yè)規(guī)范作為一個儲備。最終，在2019年金風科技獲得了國際權(quán)威機構(gòu)DNV-GL頒發(fā)的全球第一個雷達控制技術(shù)認證證書，該證書可以將雷達控制技術(shù)適配到多種機型；并且后續(xù)獲得了DNV-GL頒發(fā)的，也是全球第一張，適配雷達智能控制技術(shù)的機組型式認證證書。

　　

　　目前，金風科技已經(jīng)將雷達智能控制技術(shù)應用到國內(nèi)外的市場。截止目前，在國內(nèi)10余省市，24個項目，共469臺機組上進行了應用；并在國外4個國家，4個項目，4臺機組上進行了應用推廣。以后金風科技依然會積極地參與這項技術(shù)的推廣以及相關(guān)的規(guī)范制訂當中，為實現(xiàn)更低LCOE的目標，為風電行業(yè)的進展貢獻出自己的一份力量。