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海上风电中压变流器产品化应用探讨 汪令祥/风能事业部副总裁

上传日期:2016-11-18  播放次数:883
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以下是大会演讲内容(现场笔录):
  
  尊敬的各位专家大家上午好,我汇报的题目是《海上风电中压变流器的产品化的探讨》。简单看一下海上风电概述及变流器的应用风景,二是海上风电中压变流器产品化若干关键技术,阳光电源中压风能变流器的特点,最后做一下简单的总结。
  
  根据Navigant Research研究数据,截至2015年底,全球海上风电累计装机容量接近12GW,预计未来五年,全球海上风电将新增20GW以上,到2020年底,全球海上风电累计装机容量有望超过32GW,十三五可再生能源规划已上报国务院审批,2020年末海上风电累计装机确保5GW,力争开工建设规模达10GW。当前,单机容量为4MW-6MW,已经进入批量商业化运营,在5MW以上,出现有3.3kV中压方案。当前海上风电发展概括总结为随着风电等关键技术的成熟,未来走向海上是必然发展方向之一。风电单机成本及海上自然资源的约束和况要求,单机机组的功率等级将会逐渐增大。
  
  机组较高的功率密度需求,功率中的电压、电流相互约束决定了必须同时提升系统的电压和电流等才能满足系统最佳性价比要求。因此中压3.3kV系统将是今后重要的技术发展趋势之一。
  
  首先我们对发电机以及发电机相关的技术参数对比来看,我们以5MW以上的发电机组来看,从绝缘、装配,以及体积重量、效率来看,我们发现3.3kV和150kV的特点各有优劣,在部分一些基础它的发电机效率会提升1个点左右,但是对比3.3kV和190V的各个参数来看没有一些本质的区别和不可克服的技术难点,因此3.3kV在国内厂商没有前景。
  
  从变流器来看,我们根据3.3kV和190V来看,3.3kV除了在一些系统的转换效率和一些功率扩展性具有一定优势外,其他各个方面的一些特点与690V系统相比不具备一些优势,但是我们从电缆,连接发电机和变流器的一些电缆情况来看,当我们从电缆的一些长度、安装难度、功率损耗、设计制造能力,3.3kV系统优势是比较明显的,我们在成本损耗、安装简便性、机组偏航控制等方面均能有效改善。
  
  根据我们对关键部件进行对比情况来看,总结在5MW级以上机组,中压3.3kv系统,在机组发电机及变流器和其的系统集成连接电缆部分,具有较大的优势。部分中压机组,较同类型低压机组,其转换效率可能会有1%-2%的提升,制约着海上风电中压机组发展的最主要的瓶颈在于国产中压风能技术。
  
  我们对实验室样机进行产品化的时候需要考虑的不成份有很多,比如说主电路拓扑优化选型,另外考虑环境适应能力,比如海上低温、高温、高湿、高腐蚀性气候,同时必须考虑发电机和电网控制上的一些友好性的问题。对于海上中压拓扑优化的技术关键点,我们在拓扑结构相对于690v来说是有所不同的,同时海上的一些自然环境适应能力及可达性比较差的运维方面也有较高的一些需求。我们在中便变流器在拓扑选型方面目前较为成熟的是二极管前位的方面,我们分有单机和系统并联方案,在这两种方案对比来看,系统方案选择IGBC。从选型来看,IGBT目前能做到3MW。总结在三种全控期间参数各有特点,但是我们在进行具体的产品系统方案设计时选择何种器件,需要权衡考虑器件所在产品所追求的性能目标。目前我们对单机及系统特点进行了进一步的对比分析。
  
  在主回路发电转换效率方面,由于系统并联方案采用双风机的模式效率比较低,较单机的系统优势比较明显。单机系统虽然主回路脱铺是一个,但是因为各个关键器件追求的目标,绝缘要求系不一样的,反而需要两个独立的系统,因此从运维考虑,单机系统不占优势,考虑到海上环境恶劣,可达性差等特点,辅助系统的运维难度不得不考虑,其他的基于发电机的转速设备能力,在我们目前这个产品化的样机或者小批量建设,从以上对比分析,我们建议从机组的全生命周期技术风险管理角度考虑,在5MW级以上的超大功率海上风电中压变流器设计时,考虑当前国内的关键器件技术及市场成熟度、关键器件的产品级应用及国内运维修复能力、海上机组可维护性等特点,推荐采用系统并联方案中压变流器拓扑结构。
  
  在第二个关键技术,目前电网对一些功能性的需求是具备低电压绝缘、高电压绝缘的一些电网适应能力,中压机组的便利性和低压机组的便利性没有本质区别,我们在具体的一些单机产品中,当我们为了追求过高的并网电流质量,当我们为了极致的电网目标,可能会使得电网质量不佳,同时我们在风场实际应用时,需要关注谐波的问题。
  
  在控制友好性技术方面,对发电机进行控制时我们需要优化考虑发电机的粒子分量,对应系统的功率不一样,这样会导致整个系统效率不一样,这一点比较关键,因为涉及到发电机的效率,所以在我们批量应用的风场,使发电机的关键程度必须由变流器实施进行控制,同时我们需要考虑发电机的共膜,差膜电压,对发电机的寿命影响,这一点尤其在海上尤为重要,因此我们必须考虑关键参数硬件选型。
  
  在系统方案设计时,需兼顾考虑运维成本的要求,在具体方案设计时,需要考虑归类变流器各主要部件的运维层级,对于一些可靠的运维部件,我们需要一些实时的免维护的运维思考,需要采用预防性维护为主,纠错性为辅的设计思路。这是简单的与各位专家探讨变流器产业化的关键技术。
  
  我们依托国家十二五攻关项目和一些整机厂家的大力支持,我们从2012年已经在5MW、6MW、7MW的协同控制策略方面,系统的安全性和质量控制方面做了一些研究,在研发过程中我们也依托第三方的测试认证机构进行了7MW级的REC相关标准进行了一些测试,同时与我们一些行业的整机厂家配合,我们在今年初首家配套他们的电机进行了测试,获得了一些厂商的认可。同时我们还有LVRT的模拟测试台。在防护设计方面,我们变流器能做到关键的安全防护,同时在一些盐雾方面我们进行了一些严酷的设计和一些测试验证。
  
  在一些冗余溶液容错安全方面,在一些关键控制和外围电流部分,我们采用了冗余的设计,比如说我们在冷却系统方面采用双泵交叉运行,同时采用了冗余模块化的设计。在一些智能监控方面,我们开发了iwindscope变流器监控及运维平台,进行了实时的诊断,同时还有一个实时的固件升级的功能。
  
  最后与各位专家进行总结,首先是随着技术和市场的成熟度,中压技术路线是单机风电机组向超大功率发展的必然趋势,风电是一个长跑型行业,我们关键设备的国产化、实现完全自主知识产权是掌握核心技术,促进行业快速发展的必由之路。
  
  在海上超大功率机组的关键设备批量国产化应用及中压新技术开发方面,阳光电源愿意担起社会责任,与各合作单位一起,做出我们自己的贡献,谢谢大家!
 
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