风力发电机组改造方案的模块化性能测试与对比评估方法

《Machines》：Modular Performance Testing and Comparative Evaluation Method for Wind Turbine Retrofit Schemes

　　

为了克服现有风力发电系统评估方法和性能测试的局限性，研究人员提出了一种用于性能测试和对比评估的模块化框架。在方法上，该方法建立了仿真基线配置，并在相同边界条件下为实验、硬件在环（hardware-in-the-loop, HIL）或台架测试提供可选接口。通过采用统一的度量系统，所提方法能够对年发电量（annual energy production, AEP）增益、功率曲线偏差、损伤等效载荷（damage equivalent loads, DEL）（当可获得循环分辨载荷历史时）、疲劳与峰值载荷代理变化、效率波动、温升裕度以及可靠性代理指标进行全面评估。研究人员使用针对通用2.5 MW级双馈风力发电机参数化的示例数值数据开展了一项演示性案例研究，以比较三种改造方案：叶片更换、齿轮箱优化（S2）和变桨系统升级。当仅将年发电量（AEP）作为唯一指标时，叶片更换方案实现了3.32%的增长。然而，它同时使疲劳载荷和峰值载荷代理分别增加了6.11%和3.72%。相反，结合载荷、温升、振动和可靠性的综合评估表明，在当前权重配置下，齿轮箱优化（S2方案）被列为最高排名选项，其可复现的综合评分为0.65。权重敏感性分析进一步表明，当工程优先级变化时，首选方案也可能改变。最终，本工作证明了所提方法能够凸显单一指标与整体性能优化之间的差异，为风电改造方案的比选、项目验收和评估提供标准化支持。

在“双碳”目标（碳达峰与碳中和）推动下，风力发电等可再生能源资产正从大规模建设转向运行优化与效率提升阶段。老旧机组因长期承受复杂载荷、环境老化、部件磨损以及控制策略落后，常出现功率性能下降、结构载荷增大、故障率上升和运维成本升高。相比新建，技术改造成本更低、周期更短、经济回报更可预测，因此叶片