海上大容量永磁风电机组的变流系统关键技术及装备研制
奖励类别
科技进步奖
奖励等级
一等奖
获奖单位
金风科技股份有限公司;湖南大学;明阳智慧能源集团股份公司;中车株洲电力机车研究所有限公司;阳光电源股份有限公司;合肥工业大学;中机国际工程设计研究院有限责任公司;天津瑞能电气有限公司;北京金风科创风电设备有限公司
获奖人
黄 晟 杨志千 廖 武 王 维
吕铭晟 杨淑英 邹荔兵 梁信信
刘红文 陈思范 王 猛 罗 华
魏 娟 梁 戈 江昭华
项目简介
一、项目意义
我国海上风能资源丰富，可开发的风能资源是陆上的3倍。但是受地理条件影响，海上风电机组比陆上功率等级更大、服役环境更为恶劣，且运维可达性差。风电机组变流系统是机组不可缺少的能量变换单元和控制中枢，提升变流系统安全、高效运行能力是全球风电行业发展的重大需求，也是风电机组能否从陆上向海上大规模发展的关键。海上超大容量变流系统的安全高效运行面临高可靠设计、高性能控制、高质量制造以及多工况验证等重大技术挑战。
二、主要知识产权
项目获授权发明专利42项，形成标准12项，发表论文33篇。
三、主要技术创新
创新点 1
发明了海上超大容量风电机组多通道模块化变流拓扑及系统，创新提出针对海上长时强风等持续重(过)载工况的变流系统设计方法，突破了器件性能和海洋风况双重影响下的超大容量变流系统高可靠设计难题，先后研制出世界首台12MW、16MW、20MW等变流系统，不断刷新全球容量纪录，其中GW-16MW变流系统迎台风连续24h全容量超发，单日发电量达38.72万kW·h，刷新全球记录。
创新点 2
创建了面向复杂环境下超大容量风电机组变流系统优化控制技术，提出了新型多通道模块化变流系统自适应效率优化、无扰动投切策略，发明了变流系统开关角优化和功率预测相结合的控制方法，突破了低开关频率下谐波抑制和功率响应协同控制难题，全工况综合效率达98%，变流系统无功电流响应时间低至30ms。
创新点 3
创新了大容量风电机组变流系统多工况试验技术，研制出以全球最大40MW传动-变流试验平台为代表的高精度测试系统，提出了超大容量变流系统机舱真实复杂工况环境试验方法，攻克了多自由度机械-电气域同时在环测试技术难题，研制出世界最大16MW六自由度整机传动试验平台，为产品的快速迭代优化提供了接近真实的试验验证。
创新点 4
提出了针对高湿高盐、化学侵蚀等恶劣环境下的变流系统多重防腐和多层次绝缘结构，开发了标准化集成的模块化制造技术，自主研制出20多个系列超大容量风电变流系统及装备;主持制订我国风电变流系统及装备的“技术条件”、“试验方法”等国家标准12项，形成完整的设计、控制、制造、试验技术体系，保证其在高湿、高盐等恶劣环境25年安全服役严苛要求。
四、效益与应用情况
项目研制出世界首台12MW、16MW、20MW等功率等级海上风电变流系统，开发了以40MW传动链-变流系统试验为代表的系列化高精度试验系统，应用于全国90%以上风电龙头企业。主持制订了我国风电变流装备的“技术条件”、“试验方法”国家标准等12项，形成完整的设计、制造、测试技术体系，超大容量海上风电变流系统全球市场占有率第一。近3年新增销售96亿元。
