位于华北地区的某山地风电场，地处我国季风区北部边沿，冬季季风风力强、持续时间长，当地70米高度年平均风速为6.65m/s，全年有效风时超过7700小时，风资源条件得天独厚。
该风电场共安装20余台2.0MW永磁直驱风电机组，自2016年投运以来，因机组本身存在设计缺陷，相继出现主控系统频繁故障，数据上传信息缺失，PLC硬件损坏等多项故障；受制于当时技术条件的限制，机组的能量管理平台也无法满足功率调度需求。
同时，由于原风机制造商经营困难，无法提供可靠、持续的技术服务与备件支持，使这20余台风机成为现役“孤儿”风机，给现场运维带来极大压力，运维成本同步攀升。
因此，亟需对现有机组进行系统性技改和深度治理，以保障风电场的安全稳定运行，为后续的高效运维及深度提效奠定基础。
金风科技作为永磁直驱技术路线的先行者，对非金风品牌直驱机组，特别是原风机厂家无法提供保障的“孤儿”风机，有着成熟的改造技术和实施经验。
在此背景下，风电场运营方与金风科技全资子公司北京金风慧能技术有限公司（下称：金风慧能）携手展开了一次围绕优质风资源高效利用的“驭风行动”。
厘清症结，精准解决问题
“故障分析是一项抽丝剥茧、顺藤摸瓜的工作，有时候就像破案一样，忽略掉任何一条线索，都有可能导致方向性的偏差”，金风慧能高级解决方案工程师杨华鹏补充道，“我们从发电量分析和故障分析等维度，对问题机组展开故障排查。”
近四年的发电量统计数据表明，全场20余台机组中，过半机组在全风速段的功率曲线均低于理论曲线，且机组满发点右移，个别机组始终无法达到额定功率。从功率散点图看出，各机组的功率曲线差异较大，特别是在6~11m/s风速段，大部分机组功率低于设计值。
通过对近一年内，导致机组停机的故障进行统计后发现，触发次数排名前30位的故障占总故障次数的比例为73.45%，其中变桨、主控、电控、变流器、发电机和安全链系统相关故障占比位列前6位。
在此基础上，结合原机组的主要部件配置和软件系统部署情况，拟定出了最终的技改方向：
首先解决因风机控制系统设计和控制策略引起的非必要故障停机，以提升机组安全性和稳定性，进而通过软硬兼备的优化策略，最终实现机组发电性能的提升。
技改方案：立足当前，着眼长远
遵照总体的技改方向，解决方案团队制定了详尽的技改实施方案。
由于原主控系统的故障率高、功能落后，且设计、选型方面存在缺陷，考虑到后期的升级需求，决定对硬件平台及配套控制软件进行整体替换，并以此为核心，对整机控制系统相关的设备进行必要的替换。
01控制系统改造：除旧布新，软硬兼备
以金风科技整机产品批量应用的风电专用PLC替代原有主控平台；同时，将电量采集模块、主控与变流器间的通讯模块利用新部件进行替换。
基于金风机组的控制系统设计经验，结合原机组的特性，开发更加稳定、完备的全新控制系统软件。
02发电性能专项优化：精准施治
针对部分机组在中高风速段功率曲线偏低，以及高风速段运行稳定性差的问题，在控制系统软件中应用新的控制理论及算法，从而改善功率曲线，达到提升发电量和稳定性的目标。
03整机控制优化：畅通微循环
通过优化机组出力控制策略、偏航控制策略和机组启动策略，提升主控系统与变桨系统控制的协调性；
增加高电压穿越的相关策略，满足整机高穿的要求。
04系统功能优化：全面升级
增加毫秒级的故障录波功能，及时获取故障前后的机组状态，便于故障分析及问题处理；
升级 SCADA 系统，实现数据实时上传，以适应日益严苛的风电场接入电网要求；
升级能量管理平台，满足有功功率及无功功率的精准控制；
配套新的风机控制器操作面板（机舱和塔基处），采用全中文、触屏式的人机界面，交互体验更加友好。
风机控制器操作面板界面示意图
该套技术方案获得了项目业主的高度认可，目前，首台技改样机正在紧锣密鼓的交付过程中，预计年内将完成全场20余台机组的批量改造。
据不完全统计，国内与该风电场同品牌的在运直驱机组接近3000台，均为故障高发、发电量不理想的现役“孤儿”风机。金风慧能为此类风电机组定制的综合性改造方案，将为风电场的降本增效提供行之有效的实施路径。
