下圖是IEC標準定義的極限陣風，其陣風的時間尺度是秒級，10分鐘統(tǒng)計數(shù)據(jù)完全不能給出陣風的情況。一旦風場的實際極端風況條件超過IEC標準定義的條件，風機安全就存在著巨大的風險，尤其是復雜地形的山地風場。
IEC定義的極限陣風
所以，在前期風機選型階段，如果風機的設(shè)計風況和風場的實際風況不匹配，可能會出現(xiàn)兩方面的問題：一方面，會造成選型過于保守，影響風電場的風能利用效率；另一方面，由于極端風況信息的缺失，可能會導致風機的安全風險，從而增加風電場全生命周期的運行成本。
中期風機運行
除了受到前期風機選型的影響外，風電場的盈利能力還受到中期風機運行的影響，其中有兩點最為關(guān)鍵。
一是風機故障對風電場發(fā)電量的影響：從下圖國內(nèi)典型風電場故障損失電量所占理論發(fā)電量的百分比看，在故障發(fā)生率高的風電場，故障損失的發(fā)電量要占理論發(fā)電量的3%以上，一般風電場的故障損失電量超過1%。
不同風場故障對發(fā)電量的損失
必須提醒的是，如果發(fā)生例如葉片、傳動鏈、發(fā)電機甚至倒塔等大部件失效，對發(fā)電量的影響更大。據(jù)美國可再生能源實驗室（NREL）對不同部件失效的概率以及停機時間所做統(tǒng)計（見下圖），大部件失效引起的停機時間普遍在1周左右，對風機可利用率影響很大。
NREL統(tǒng)計的不同部件失效率以及停機時間
二是風機發(fā)電性能的優(yōu)化：盡管在設(shè)計階段會根據(jù)理論模型以及假設(shè)的風況條件來確定風機的適宜性，但實際上由于在加工過程和安裝上的誤差，導致了實體風機和理論模型不一致，而且風場的實際風況條件和理論假設(shè)也不完全相同，還有就是隨著風機的實際運行，葉片的氣動性能也會產(chǎn)生變化，所有這些都會造成風機的理論優(yōu)化點偏離實際的最佳工作點。
下圖描述的是某風機在不同工作點運行的功率系數(shù)對比情況，橫坐標是風速，藍點是設(shè)計階段確定的最優(yōu)工作點，綠點是根據(jù)風機實際運行進行優(yōu)化后的工作點。由此可見，設(shè)計階段確定的最優(yōu)工作點不是實際最優(yōu)點，通過優(yōu)化可以明顯提高功率系數(shù)，提升發(fā)電量2至3個百分點。
不同工作點下的功率系數(shù)
后期風機評估改善
后期評估主要是評估風機的發(fā)電性能以及實際載荷情況，這是反饋并修正風機運行優(yōu)化的重要一環(huán)，如果后期評估不準確，就會錯失修正和改善風機運行業(yè)績的機會，影響風電場的盈利能力。
先來看風機發(fā)電性能評估。風機發(fā)電性能的評估主要依賴于基于測風塔測量數(shù)據(jù)的功率曲線測量，但在復雜地形的山地風場，地形條件會對風流產(chǎn)生很大的影響，進而影響到功率曲線測量的準確度。
IEC61400-12-1標準定義了功率曲線測量對地形的要求（見下表），D表示風輪直徑，L代表測風塔到風機的距離，大致要在2D-4D范圍內(nèi)，一般推薦2.5D。由此可見，在復雜山地地形，很難滿足IEC標準要求。
IEC對功率曲線測量地形要求
值得注意的是，功率曲線測量只能代表一臺風機的發(fā)電性能表現(xiàn)，不能代表所有風機的發(fā)電性能。其他風機的發(fā)電性能表現(xiàn)只能依賴于機艙風速儀并進行相應的數(shù)據(jù)修正后來獲得，但由于修正數(shù)據(jù)并不等同于經(jīng)過風輪的真實風速，這就使得風機發(fā)電性能評估有很大的不確定性，尤其是復雜地形的山地風場，這一問題更加突出。
再來看實際載荷評估。實際載荷評估是重要的后期評估內(nèi)容，其結(jié)果會影響未來設(shè)備的使用壽命以及部件失效風險。目前普遍的做法是做載荷測量，通過在風機主要受力點上安裝應變片測量出風機實際所受載荷，并根據(jù)風場的風速數(shù)據(jù)外推到20年風機壽命期內(nèi)的載荷，以此評估風機壽命情況。但需要注意的是，由于年與年之間的風況不同，風對風機損傷程度也不一樣，所以用“外推”方法評估風機20年的壽命情況也存在很大的不確定性。
至此，我們分析了影響風電場盈利能力的三大因素，那么更好的解決方案呢？遠景能源工程師當然要與業(yè)內(nèi)分享遠景智能風機解決方案。
問題來了，為什么提升風電場盈利能力要用遠景智能風機？
這要從“如果”說起：如果風機能夠?qū)崟r感知自身的載荷情況，做到自動控制降低載荷，就能擴大大葉輪風機的適用范圍，解決前期選型的挑戰(zhàn)；如果風機能夠?qū)崟r感知自身的氣動性能變化，做到自動調(diào)節(jié)優(yōu)化，就能提高風機的發(fā)電性能，提高中期運行的效率；如果風機能夠?qū)崟r重構(gòu)實際風況，做到自我評估性能以及疲勞壽命，就能優(yōu)化生命周期內(nèi)的運行，提高后期評估優(yōu)化的效果。
值得欣慰是，遠景智能風機基于載荷的實時風機控制技術(shù)完全可以讓上述“如果”成為現(xiàn)實。
基于載荷的實時控制是將整個風機模型植入與風機控制器中，作為物理風機的數(shù)字鏡像在控制器中實時運行，估計出物理風機不能準確測量的物理量，比如經(jīng)過風輪平面的風速、部件的載荷、氣動性能的變化等等，并根據(jù)這些信息進行自適應的控制和調(diào)節(jié)；同時，物理風機將傳感器測量的物理信號，反饋到控制器里進行數(shù)字鏡像模型的修正，請看下圖的示意。
基于載荷的控制方法，通過載荷的估計，可以提早識別危險工況，及時調(diào)整控制動作，保證風機安全，提高風機適用范圍；同時，通過葉輪風況的重構(gòu)，可以評估葉片的實際氣動性能，自動調(diào)整工作點，提高發(fā)電效率；通過載荷對風機實際疲勞損傷的估計，可以掌握設(shè)備的健康情況，預防部件失效，降低風電場全生命周期的運行成本。
