远景为什么

　　
　　那么，远景自研变频器的直接结果是什么呢？
　　
　　据远景电气系统采购负责人许智强透露，2015 年以后，远景陆上全系列机组已经全部配备为远景自主知识产权的变频器。2018 年以后，远景海上全系列机组也将全部配备远景变频器。许智强进一步说，“远景通过掌握变频器产品的全部知识产权，包括所有的软硬件设计，然后通过发包给类似富士康这样的代工企业生产，使得变频器的采购成本得到了大幅的降低。”
　　
　　更重要的在于，自研变频器对整机的开发和演进产生更多可能的自由度。正是由于对变频器技术完全的自主知识产权，远景的机组整机开发团队才可以根据新的机组特性，在程序设计、参数设计等算法开发的核心环节进行系统整合，更好更快地推出引领市场的创新机型。
　　
　　远景智能双模机组和中压机组都是基于其变频器技术的创新。远景2012 年7 月推出的双模机组不但兼具直驱全功率和双馈机组的优势，还有最好的风能捕获优势，在高风速工况和低风速工况下均有较高的发电效率。它是一款机型，也是一项应用技术，已在多个风电场批量应用。从运行数据来看，经双模技术改造后，机组的年发电量比未改造的双馈机组最高可提升近2%。
　　
　　为什么要突破叶片技术理论
　　
　　要知道，远景设立在美国科罗拉多的全球叶片创新中心汇聚了全球叶片领域的顶尖人才，当空气动力学的资深科学家遇上复合材料结构学的顶尖工程师，下一代更轻更具捕风效率的叶片就出现在人们的眼前——射阳风电场就运行了这样的叶片。
　　
　　这款叶片采用了全三维叶片设计技术，从借鉴V22 鱼鹰机翼设计理论到下一代风机叶片技术突破，远景付出了3 年的艰苦努力。
　　
　　在远景，中国叶片工程集成中心研发总监、前LM 研发总监Peter Grabau 先生曾经主导开发了LM 近 1/3 的专利，美国全球叶片创新中心负责人、前西门子叶片研发中心首席工程师Kevin Standish 先生在叶片设计上的独特建树也为远景最新的叶片技术注入了全球最新的研发思想。一份内部文件显示，远景自研叶片团队的全球顶级专家已达55 人，涉及叶片气动、结构设计及载荷、材料及工艺、测试与验证等多个领域。
　　
　　这是一个关乎风电整机开发的本质问题。
　　
　　风电整机设计开发，本质上是一个基于叶片空气动力学应用的流体和结构反复迭代寻优的过程，其中机组结构载荷、叶片气动性能和核心控制手段是风机设计寻优的三大变量，也就是设计工程师所说的LAC 风机设计寻优。
　　
　　关键在于，风机设计工程师要真正掌控这些变量，而不是面对仅能输出或输入设计参数的黑匣子。也正因此，远景执意要打开叶片设计的黑匣子，让叶片气动成为一个可寻优的变量。叶片是把风能转化成机械能的核心部件，成本约占风机成本的30%，其气动载荷主导了风机另外70% 的主要成本。这意味着，如果叶片通过自身的气动外形卸掉某些风况带来的有害载荷，就会相应降低传动链上其他部件的载荷，那么降低整机用材成本也就水到渠成。
　　
　　但这取决于远景叶片研发团队对叶片空气动力学未知的认知程度。在远景全球叶片创新中心负责人Kevin 先生看来，“这几乎就是向叶片的基础理论发起挑战！”
　　
　　专业人士知道，直到目前，对叶片的气动性能分析还是基于格朗特在1935 年提出的叶素动量理论（BEM），可很多科技文献和验证结果已表明，在模拟叶尖速比较低的短叶片时，格朗特理论模型尚能近似符合风洞实验结果，而当叶片越来越长时却不能真实地体现风轮在流场中的气流形态。实际上，BEM 理论基本方法和模型已经表明，在较高叶尖速比条件下，由于风轮尾涡螺距变小，叶片的诱导速度分布十分复杂，而BEM 理论基于独立平衡流管假设的计算准确性，会随着叶尖速比升高而下降，直到不适用。
　　
　　远景注意到的一个变化是，随着低风速风电场的开发，风轮直径不断加大，最优叶尖速比已高达10 甚至12。这表明，建立在较低叶尖速比假设基础上的传统BEM 理论已不能准确模拟大叶片的实际气动载荷，也不再适用对较高叶尖速比的大叶片进行气动效率分析。
　　
　　这样的发现令远景全球叶片研发团队既兴奋又焦虑：如果不能还原风能在流场中的气流形态，叶片未被认知的气动效率岂不是永远无法被唤醒？更现实的问题是，由格朗特修正经验公式推导而来的叶片气动效率Cp 值的利用上限很可能被低估了。那么，叶片实际可利用效率的极限究竟在哪里？
　　
　　如此本质的问题可从航空航天业得到深刻的启迪。
　　
　　美国V22 鱼鹰的旋翼采用全三维旋翼气动外形设计技术，这其中就包括了基于自由涡运动理论的非定常气动载荷求解技术。与固定翼飞机不同，直升机旋翼的流场与风机叶轮的流场更接近。与BEM 理论相比，自由涡尾迹方法更接近物理实际，实际求解了尾涡的空间位置分布和强度分布，建立了叶片诱导速度径向分布和尾涡分布的数学关系，具有更高的计算准确性，尤其是可以通过模拟叶片的涡流运动细节得到叶片非定常气动载荷。远景全球叶片团队的研究显示，在叶片处于最优叶尖速比时，自由涡方法可以避免传统的BEM 理论预测失效问题，获得更准确的最优功率系数和最优叶尖速比。
　　
　　“远景全球叶片团队将直升机旋翼设计中使用的自由涡尾迹方法应用到远景自研叶片的设计中，当然也包括计算流体力学CFD 技术和全三维叶片气动、结构耦合优化等技术。”远景美国全球叶片创新中心叶片设计专家、前GE叶片高级工程师Mohamad Sultan 先生表示，有两个维度的数据可以说明远景叶片效率的突破：一个维度的数据是，叶片最佳捕获段的气动效率提升5% 以上；另一个维度的数据是，远景叶片改变了传统叶片设计中对刚度制约的上限，测试结果表明叶片整体刚度提升了10%。
　　
　　出于商业上的考虑，Mohamad Sultan不愿意过多透露远景叶片技术的设计细节，但是实际叶片在中国风电场的运行还是引起国内叶片制造厂商对远景叶片技术的探究。
　　
　　在射阳风电场，一位精于叶片制造的专业人士看出了远景121 叶片气动外形的不同。“利用自开发的先进数字仿真平台，实现了这款叶片的二维及三维气动设计，再通过多目标寻优实现了性能、载荷、重量以及噪音的最优设计。”远景叶片测试与验证专家、前美国新能源实验室高级工程师Michael Desmond 先生在向这位专业人士提及这款叶片的设计时说，“全球叶片风洞测试资源的整合利用，为这款叶片高效率翼型开发提供了数据支持。”
　　
　　值得一提的是，远景叶片翼型是针对中国风电场特点的定制化设计，其抗污染、低噪音以及更优的气动性能得益于和整机系统的协同开发、无缝对接，不仅实现了风机的最优发电性能，整机成本也下降了10%。
　　
　　为什么用软件定义自研发电机

　　
　　发电机已是风电大部件领域普通且成熟的产品，可远景仍未停歇对它的不断探索。基于对发电机的使用以及对失效模式的认知和理解，远景汇聚了超过20 位全球发电机领域的高端人才，涉及电磁计算及仿真开发、机械有限元分析和验证、CFD 流体仿真等多个领域。在这个全球化的自研发电机团队中，Kurt Andersen 先生曾任Vattenfall CTO 和Siemens 风电首席产品架构师，他对发电机的研发有独到见解。Jarkko Saramo 先生曾任ABB 芬兰研发中心全球技术总监，主导了ABB 双馈风力发电机在行业的领先地位。Deng Heng 博士在维斯塔斯、西门子丹麦研发中心工作超过10 年，作为西门子丹麦研发中心研发经理以及电力电子与控制专家，他主导了西门子直驱发电机控制算法、风机数字化仿真平台、噪声与振动控制算法以及变频器与发电机调优算法，是构建西门子直驱核心技术的关键贡献者。