海上大容量永磁風(fēng)電機(jī)組的變流系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及裝備研制

獎(jiǎng)勵(lì)類別

科技進(jìn)步獎(jiǎng)

獎(jiǎng)勵(lì)等級(jí)

一等獎(jiǎng)

獲獎(jiǎng)單位

金風(fēng)科技股份有限公司;湖南大學(xué);明陽(yáng)智慧能源集團(tuán)股份公司;中車株洲電力機(jī)車研究所有限公司;陽(yáng)光電源股份有限公司;合肥工業(yè)大學(xué);中機(jī)國(guó)際工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司;天津瑞能電氣有限公司;北京金風(fēng)科創(chuàng)風(fēng)電設(shè)備有限公司

獲獎(jiǎng)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(xiàng)目簡(jiǎn)介

一、項(xiàng)目意義

我國(guó)海上風(fēng)能資源豐富，可開(kāi)發(fā)的風(fēng)能資源是陸上的3倍。但是受地理?xiàng)l件影響，海上風(fēng)電機(jī)組比陸上功率等級(jí)更大、服役環(huán)境更為惡劣，且運(yùn)維可達(dá)性差。風(fēng)電機(jī)組變流系統(tǒng)是機(jī)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(yùn)行能力是全球風(fēng)電行業(yè)發(fā)展的重大需求，也是風(fēng)電機(jī)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(yùn)行面臨高可靠設(shè)計(jì)、高性能控制、高質(zhì)量制造以及多工況驗(yàn)證等重大技術(shù)挑戰(zhàn)。

二、主要知識(shí)產(chǎn)權(quán)

項(xiàng)目獲授權(quán)發(fā)明專利42項(xiàng)，形成標(biāo)準(zhǔn)12項(xiàng)，發(fā)表論文33篇。

三、主要技術(shù)創(chuàng)新

創(chuàng)新點(diǎn) 1

發(fā)明了海上超大容量風(fēng)電機(jī)組多通道模塊化變流拓?fù)浼跋到y(tǒng)，創(chuàng)新提出針對(duì)海上長(zhǎng)時(shí)強(qiáng)風(fēng)等持續(xù)重(過(guò))載工況的變流系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，突破了器件性能和海洋風(fēng)況雙重影響下的超大容量變流系統(tǒng)高可靠設(shè)計(jì)難題，先后研制出世界首臺(tái)12MW、16MW、20MW等變流系統(tǒng)，不斷刷新全球容量紀(jì)錄，其中GW-16MW變流系統(tǒng)迎臺(tái)風(fēng)連續(xù)24h全容量超發(fā)，單日發(fā)電量達(dá)38.72萬(wàn)kW·h，刷新全球記錄。

創(chuàng)新點(diǎn) 2

創(chuàng)建了面向復(fù)雜環(huán)境下超大容量風(fēng)電機(jī)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(yīng)效率優(yōu)化、無(wú)擾動(dòng)投切策略，發(fā)明了變流系統(tǒng)開(kāi)關(guān)角優(yōu)化和功率預(yù)測(cè)相結(jié)合的控制方法，突破了低開(kāi)關(guān)頻率下諧波抑制和功率響應(yīng)協(xié)同控制難題，全工況綜合效率達(dá)98%，變流系統(tǒng)無(wú)功電流響應(yīng)時(shí)間低至30ms。

創(chuàng)新點(diǎn) 3

創(chuàng)新了大容量風(fēng)電機(jī)組變流系統(tǒng)多工況試驗(yàn)技術(shù)，研制出以全球最大40MW傳動(dòng)-變流試驗(yàn)平臺(tái)為代表的高精度測(cè)試系統(tǒng)，提出了超大容量變流系統(tǒng)機(jī)艙真實(shí)復(fù)雜工況環(huán)境試驗(yàn)方法，攻克了多自由度機(jī)械-電氣域同時(shí)在環(huán)測(cè)試技術(shù)難題，研制出世界最大16MW六自由度整機(jī)傳動(dòng)試驗(yàn)平臺(tái)，為產(chǎn)品的快速迭代優(yōu)化提供了接近真實(shí)的試驗(yàn)驗(yàn)證。

創(chuàng)新點(diǎn) 4

提出了針對(duì)高濕高鹽、化學(xué)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(kāi)發(fā)了標(biāo)準(zhǔn)化集成的模塊化制造技術(shù)，自主研制出20多個(gè)系列超大容量風(fēng)電變流系統(tǒng)及裝備;主持制訂我國(guó)風(fēng)電變流系統(tǒng)及裝備的“技術(shù)條件”、“試驗(yàn)方法”等國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)12項(xiàng)，形成完整的設(shè)計(jì)、控制、制造、試驗(yàn)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(yán)苛要求。

四、效益與應(yīng)用情況

項(xiàng)目研制出世界首臺(tái)12MW、16MW、20MW等功率等級(jí)海上風(fēng)電變流系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)了以40MW傳動(dòng)鏈-變流系統(tǒng)試驗(yàn)為代表的系列化高精度試驗(yàn)系統(tǒng)，應(yīng)用于全國(guó)90%以上風(fēng)電龍頭企業(yè)。主持制訂了我國(guó)風(fēng)電變流裝備的“技術(shù)條件”、“試驗(yàn)方法”國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)等12項(xiàng)，形成完整的設(shè)計(jì)、制造、測(cè)試技術(shù)體系，超大容量海上風(fēng)電變流系統(tǒng)全球市場(chǎng)占有率第一。近3年新增銷售96億元。