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禾望电器股份有限公司风电产品部总监廖小松:智慧变流 助力海上风电扬帆远航—大功率海上风电变流器解决方案

2020-12-14    东方风力发电网


  廖小松:各位领导,各位行业专家,下午好!

  很荣幸在这和大家分享我们在大功率海上风电变流器上的一些解决方案。

  我们专注于风电变流器的开发和应用,已经超过了13年,涉足海上风电应用也已经有5个年头。

  经过这么多年的应用经验,我们觉得在海上风电变流器的开发和运维过程中,智慧化、智能化的概念还是非常重要的。

  当前风电机组的功率值超过了4兆瓦,在海上的话,功率基数更大。5.5兆瓦和7兆瓦在海上风电应用中,不是一个很大的机组,全球来看,西门子已经有14兆瓦,这些机组即将进入商业化运营的阶段,主机厂都有自己的机组在储备。

  海上风电,它走的全部是全功率的技术路线,它配套的都是全功率变流器,全功率变流器在风电占比中很小,但是它起到的作用相当大。上面连着发电机,对发电机进行控制,下面是连续电网,负责风电机组的并网,这些都和功率变流器相关。

  大功率变流器技术发展路线的话,有3个方案:第一,3300V中压电电平,提高可靠性;第二,1140V低压电电平,优化系统成本;第三,690V的方案,对海上应用,也提出了一些突破,包括今天很多领导都提的模块化的概念,变流器也是在做模块化的理念,它主要的目的是提高风电变流器的可利用率。

  首先看中压的方案。

  变流器单机容量可达12.0MW,采用三电平拓扑设计,更高效率,高功率密度,低发热损耗。IGCT过载能力强,可达150%过载能力,断时过载能力是IGCT物的十倍。可靠性高,采用亚皆型的节,天然低失效率杜绝炸机风险。

  这几点都是IGCT方案带来的优势,我们也做了很多的冗余设计,包括控制上的冗余,还有双泵系统的设计。

  第二个是1140V方案,单机单绕组容量可达6MW,采用两电平成熟设计,包括功率模块、驱动、结构、散热等。三电平拓扑方案,输出电平数较多,谐波含量更低。

  解决了电机功率设计瓶颈,降低机组内部电缆用量,见效机组系统成本。

  模块化变流器,它采用不同数量的变流器组合,去匹配不同的功率等级的机组,单机1兆瓦到1.6奥瓦,通过两台并联、三台并联的手段去实现。

  模块化的优势非常的明显,单机尺寸非常小,相对于现在常规的机型功率密度提高了1倍,做塔筒布局的时候非常的灵活。同时,不管是哪一个功率等级的变流器,最终只有这一台,对于后期的运维、备件都非常的简单。

  模块化的设计方案,提出这个概念,它主要还是有两点的优势:

  第一,双方控制系统,实现控制系统备份。

  比如现在是4采变流器,现在只需要一套主控制器就行,常规的变流器是一台变流器就要一台控制器械,如果是4台变流器,就需要4台控制系统,这种并联降低了可靠性,但是现在用一套控制器,一拖四,如果主控制系统有问题,备份系统可以直接切换进去控制这台变流器。

  第二,故障在线切除,提高风机的可利用率。

  这4采变流器都是1.5兆瓦,如果其中有一台变流器发生故障,按照现在的应用,整个风电技术都得停下来,如果采用模块化的设计,其中有一台故障了之后,把故障的那一台切出去就行,剩下的3台依然包括3.5兆瓦的功率就行。

  除了在设计上变流器的技术路线上去做了思考,还在一些思考上做了智能化的设计。比如说延长待机,主断路器保持闭合,网侧调制发出感性无功,抵消交流滤波电容的荣幸无功,水冷泵的泵开启,为变流器进行散热。等待4小时后如果风速依然不满足发电要求,主断路器断开,水冷泵关闭,变流器及水冷系统完成停机。

  断路器是有使用寿命,电机寿命是8千到1万次,按照之前的待机不到10年寿命就到期,如果使用节能待机的话,主断路器只要技术没有故障,断了也是一直保持闭合状态,动作的次数非常少,能够满足10年到25年的使用要求。

  第三,远程组网监控,智能在线运维。

  对关键的部件来讲,变流器是需要有远程智能运维的概念在里面。风电变流器是风电机组的很大传感器,对于机侧和电网侧的电流电压,能实时监测很多高分辨率的数据,这些数据通过风电场的光纤联网,大数据通过数据手段,做一些分析,最后以运维软件的形式体现出来,辅助现场做风电机组的运维。

  因为能拿到实时性非常高的数据,这些数据拿来做分析之后,可以辅助风电变流器或者是辅助风电机组去做职能诊断或者是故障定位的工作。比如说叶片变黄了,它是机械问题,在运行的过程中,会把机械上的不平衡传递到电器上的不平衡,通过监测电气的参数,就能够提前识别机械上的故障。

  从2016年到现在,我们在国内海上风电做了非常多的业绩,跟主流的整机厂也有全面的批量配合,包括从地域上来讲,广东、福建、浙江等我们都有批量的应用,截止目前,整个海上风电发货的总数超过500台。比如说140的技术方案,我们是国内首台样机在海上,今年140也在批量发货。

  还有中压3300V的,也是国内的首台,未来大功率机组的应用,中亚3300V的应用还是有非常大的前景。

  我的介绍就到这里,谢谢大家!(内容来自现场速记,未经本人审核)