2019年10月21-24日，2019北京國際風(fēng)能大會暨展覽會（CWP2019）在北京隆重召開，大會主題“風(fēng)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(fēng)電行業(yè)爭相參與的年度盛會。

　　

　　10月22日上午，CWP2019 IEA風(fēng)能技術(shù)合作研究論壇在新國展召開。金風(fēng)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(dá)智能控制技術(shù)在風(fēng)電的應(yīng)用和展望》的主題演講。他表示，金風(fēng)科技是IEA Wind Task32在國內(nèi)的牽頭單位，在缺乏雷達(dá)用于機(jī)組智能控制認(rèn)證規(guī)范前提下，金風(fēng)科技積極參與該技術(shù)開發(fā)應(yīng)用及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)推進(jìn)，為風(fēng)電行業(yè)的進(jìn)展貢獻(xiàn)出了自己的一份力量。

　　

　　

　　劉磊：各位風(fēng)電行業(yè)的同仁，非常高興有這個(gè)機(jī)會能夠分享金風(fēng)科技在激光雷達(dá)智能控制技術(shù)的進(jìn)展情況。首先非常感謝中國風(fēng)能協(xié)會能夠組織中國風(fēng)電行業(yè)參與到IEA Wind Task中，正如風(fēng)能協(xié)會杜總剛剛的介紹，IEA Wind針對現(xiàn)在風(fēng)電行業(yè)的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問題設(shè)立了一系列課題并組織國際協(xié)作來攻堅(jiān)，IEA Wind Task 32就是其中一個(gè)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(fēng)雷達(dá)在風(fēng)能領(lǐng)域的部署應(yīng)用，是2012年由DTU，SWE等機(jī)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(jī)構(gòu)及企業(yè)積極探索激光雷達(dá)技術(shù)在風(fēng)能領(lǐng)域的應(yīng)用方向，并且針對激光雷達(dá)應(yīng)用中一些亟需攻堅(jiān)的問題進(jìn)行討論，并提出解決思路和方案。Task 32課題主要聚焦于四個(gè)大的應(yīng)用方向：第一個(gè)應(yīng)用方向是場址的評估，比如海上風(fēng)電場，采用激光雷達(dá)測風(fēng)能夠大幅降低成本；第二個(gè)應(yīng)用方向是功率性能測試，應(yīng)用激光雷達(dá)進(jìn)行功率曲線測量；第三是激光雷達(dá)在載荷和控制的應(yīng)用，這也是今天的要介紹的核心內(nèi)容，稍后再做詳細(xì)說明；第四是復(fù)雜流場的測量，比如風(fēng)電場尾流和復(fù)雜地形的流場測量。金風(fēng)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(fēng)科技在雷達(dá)智能控制技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用情況進(jìn)行一個(gè)介紹。首先簡要介紹一下雷達(dá)控制技術(shù)的理念。風(fēng)是能量的源頭，同時(shí)也是各種受力和載荷的源頭，它時(shí)刻變化，復(fù)雜而難以預(yù)見，正式由于這種不確定性為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的設(shè)計(jì)和應(yīng)用增加了大量成本。由于無法預(yù)知風(fēng)的情況，風(fēng)作用到機(jī)組后才被動地執(zhí)行響應(yīng)，這是傳統(tǒng)控制方式的盲區(qū)和痛點(diǎn)，好像在漆黑的夜晚開車，難免會產(chǎn)生顛簸。激光雷達(dá)智能控制技術(shù)給風(fēng)機(jī)裝上一雙“慧眼”，提前感知來流風(fēng)的多維、復(fù)雜的信息，通過先進(jìn)的分析和控制算法，智能地控制風(fēng)機(jī)適時(shí)的響應(yīng)，隨風(fēng)而動，在大幅降低機(jī)組載荷的同時(shí)，提高發(fā)電量。

　　

　　激光雷達(dá)智能控制技術(shù)的價(jià)值主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面，首先是降低機(jī)組的結(jié)構(gòu)載荷，機(jī)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(jī)組的年發(fā)電量，提升比例約在2%的水平；同時(shí)，可以使機(jī)組運(yùn)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(jī)組的變槳動作及歷程，提前探測到極端風(fēng)況并響應(yīng)，降低極端風(fēng)況引起的故障停機(jī)。

　　

　　想要精準(zhǔn)地實(shí)現(xiàn)機(jī)組控制，首先必須要知道風(fēng)是什么樣的，這就涉及到風(fēng)域的重構(gòu)。雷達(dá)探測到葉輪前沿激光波束方向的一系列風(fēng)速信息，通過設(shè)計(jì)一系列先進(jìn)的算法，根據(jù)流場的機(jī)理重構(gòu)出風(fēng)流場的信息，比如風(fēng)速、風(fēng)向、湍流、風(fēng)切變、風(fēng)偏轉(zhuǎn)等，并作為后續(xù)的智能控制功能的輸入。

　　

　　有了準(zhǔn)確的風(fēng)速輸入信息后，金風(fēng)科技設(shè)計(jì)并開發(fā)了一系列的智能控制算法用于實(shí)現(xiàn)不同的價(jià)值目標(biāo)，包括疲勞降載控制、智能偏航控制、極端風(fēng)況控制、湍流控制，以及雷達(dá)IPC控制、風(fēng)況自適應(yīng)控制等。

　　

　　下面簡要從各個(gè)方向介紹一下原理和價(jià)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(fēng)域信息，通過算法實(shí)現(xiàn)在最恰當(dāng)?shù)臅r(shí)刻執(zhí)行機(jī)組響應(yīng)以匹配風(fēng)速的變化，達(dá)到降低機(jī)組載荷，提升機(jī)組的穩(wěn)定性，擴(kuò)展機(jī)組的適應(yīng)能力的目標(biāo)。

　　

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

　　

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

　　

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

　　

　　第五，湍流控制，通過對入流風(fēng)況湍流強(qiáng)度的識別，可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)不同的控制目標(biāo)：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(jī)組更多的發(fā)電。

　　

　　前面介紹了各個(gè)雷達(dá)智能控制的功能和價(jià)值，在每一項(xiàng)功能被推廣應(yīng)用之前，都需要完成一些依照規(guī)范的確認(rèn)和認(rèn)證工作。在雷達(dá)控制技術(shù)的認(rèn)證上，金風(fēng)科技與第三方認(rèn)證機(jī)構(gòu)DNV-GL共同進(jìn)行了一個(gè)激光雷達(dá)智能控制的長期、深入的技術(shù)認(rèn)證，在過程中共同討論具體的步驟和準(zhǔn)則。大家都知道激光雷達(dá)控制技術(shù)目前沒有已發(fā)布的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及認(rèn)證規(guī)范，在技術(shù)認(rèn)證過程中我們與認(rèn)證機(jī)構(gòu)一起補(bǔ)充完善認(rèn)證的流程和步驟，這個(gè)工作是非常有價(jià)值的，也為今后形成行業(yè)規(guī)范作為一個(gè)儲備。最終，在2019年金風(fēng)科技獲得了國際權(quán)威機(jī)構(gòu)DNV-GL頒發(fā)的全球第一個(gè)雷達(dá)控制技術(shù)認(rèn)證證書，該證書可以將雷達(dá)控制技術(shù)適配到多種機(jī)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(dá)智能控制技術(shù)的機(jī)組型式認(rèn)證證書。

　　

　　目前，金風(fēng)科技已經(jīng)將雷達(dá)智能控制技術(shù)應(yīng)用到國內(nèi)外的市場。截止目前，在國內(nèi)10余省市，24個(gè)項(xiàng)目，共469臺機(jī)組上進(jìn)行了應(yīng)用；并在國外4個(gè)國家，4個(gè)項(xiàng)目，4臺機(jī)組上進(jìn)行了應(yīng)用推廣。以后金風(fēng)科技依然會積極地參與這項(xiàng)技術(shù)的推廣以及相關(guān)的規(guī)范制訂當(dāng)中，為實(shí)現(xiàn)更低LCOE的目標(biāo)，為風(fēng)電行業(yè)的進(jìn)展貢獻(xiàn)出自己的一份力量。