海上大容量永磁風電機組的變流系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及裝備研制
獎勵類別
科技進步獎
獎勵等級
一等獎
獲獎單位
金風科技股份有限公司;湖南大學;明陽智慧能源集團股份公司;中車株洲電力機車研究所有限公司;陽光電源股份有限公司;合肥工業(yè)大學;中機國際工程設(shè)計研究院有限責任公司;天津瑞能電氣有限公司;北京金風科創(chuàng)風電設(shè)備有限公司
獲獎人
黃 晟 楊志千 廖 武 王 維
呂銘晟 楊淑英 鄒荔兵 梁信信
劉紅文 陳思范 王 猛 羅 華
魏 娟 梁 戈 江昭華
項目簡介
一、項目意義
我國海上風能資源豐富，可開發(fā)的風能資源是陸上的3倍。但是受地理條件影響，海上風電機組比陸上功率等級更大、服役環(huán)境更為惡劣，且運維可達性差。風電機組變流系統(tǒng)是機組不可缺少的能量變換單元和控制中樞，提升變流系統(tǒng)安全、高效運行能力是全球風電行業(yè)發(fā)展的重大需求，也是風電機組能否從陸上向海上大規(guī)模發(fā)展的關(guān)鍵。海上超大容量變流系統(tǒng)的安全高效運行面臨高可靠設(shè)計、高性能控制、高質(zhì)量制造以及多工況驗證等重大技術(shù)挑戰(zhàn)。
二、主要知識產(chǎn)權(quán)
項目獲授權(quán)發(fā)明專利42項，形成標準12項，發(fā)表論文33篇。
三、主要技術(shù)創(chuàng)新
創(chuàng)新點 1
發(fā)明了海上超大容量風電機組多通道模塊化變流拓撲及系統(tǒng)，創(chuàng)新提出針對海上長時強風等持續(xù)重(過)載工況的變流系統(tǒng)設(shè)計方法，突破了器件性能和海洋風況雙重影響下的超大容量變流系統(tǒng)高可靠設(shè)計難題，先后研制出世界首臺12MW、16MW、20MW等變流系統(tǒng)，不斷刷新全球容量紀錄，其中GW-16MW變流系統(tǒng)迎臺風連續(xù)24h全容量超發(fā)，單日發(fā)電量達38.72萬kW·h，刷新全球記錄。
創(chuàng)新點 2
創(chuàng)建了面向復雜環(huán)境下超大容量風電機組變流系統(tǒng)優(yōu)化控制技術(shù)，提出了新型多通道模塊化變流系統(tǒng)自適應效率優(yōu)化、無擾動投切策略，發(fā)明了變流系統(tǒng)開關(guān)角優(yōu)化和功率預測相結(jié)合的控制方法，突破了低開關(guān)頻率下諧波抑制和功率響應協(xié)同控制難題，全工況綜合效率達98%，變流系統(tǒng)無功電流響應時間低至30ms。
創(chuàng)新點 3
創(chuàng)新了大容量風電機組變流系統(tǒng)多工況試驗技術(shù)，研制出以全球最大40MW傳動-變流試驗平臺為代表的高精度測試系統(tǒng)，提出了超大容量變流系統(tǒng)機艙真實復雜工況環(huán)境試驗方法，攻克了多自由度機械-電氣域同時在環(huán)測試技術(shù)難題，研制出世界最大16MW六自由度整機傳動試驗平臺，為產(chǎn)品的快速迭代優(yōu)化提供了接近真實的試驗驗證。
創(chuàng)新點 4
提出了針對高濕高鹽、化學侵蝕等惡劣環(huán)境下的變流系統(tǒng)多重防腐和多層次絕緣結(jié)構(gòu)，開發(fā)了標準化集成的模塊化制造技術(shù)，自主研制出20多個系列超大容量風電變流系統(tǒng)及裝備;主持制訂我國風電變流系統(tǒng)及裝備的“技術(shù)條件”、“試驗方法”等國家標準12項，形成完整的設(shè)計、控制、制造、試驗技術(shù)體系，保證其在高濕、高鹽等惡劣環(huán)境25年安全服役嚴苛要求。
四、效益與應用情況
項目研制出世界首臺12MW、16MW、20MW等功率等級海上風電變流系統(tǒng)，開發(fā)了以40MW傳動鏈-變流系統(tǒng)試驗為代表的系列化高精度試驗系統(tǒng)，應用于全國90%以上風電龍頭企業(yè)。主持制訂了我國風電變流裝備的“技術(shù)條件”、“試驗方法”國家標準等12項，形成完整的設(shè)計、制造、測試技術(shù)體系，超大容量海上風電變流系統(tǒng)全球市場占有率第一。近3年新增銷售96億元。
