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分散式智能风机背后的一种关键技术
2017-07-24 来源:中国风能设备网
 在安徽灵璧风电场并网的EN121/2.2MW中压智能风机备受关注,甚至有人认为这款平台化的机型表明一个集成化的系统产品开启了风电降本提效的新模式。
道理在于,这款由远景2MW级智能风机平台上衍生出来的出口电压为中压区间的机型,采用了以双馈发电机定子中压技术为核心的创新技术方案,由于机组输出电压为10kV,因此在分散式风电系统中可直接并入当地配电网,不再需要全功率变压器;即使在集中式风电系统中,如果风机和升压站的距离合适,也可通过优化措施省去风机的升压变压器,这样的机型技术将顺应可再生能源融入配电网这一在中国正在兴起的趋势。
 
究竟能降低多少成本,不同的项目场景会有所不同,被节省的成本就在那里,算算便知,但值得注意的是,中压智能风机配置120米高度的塔筒可提升近1%的年发电效率,且塔筒越高其效率提升的幅度越大,背后的逻辑是,中压技术解决了大功率、高塔筒风机产生更大电流和塔筒内更长电缆所带来的损耗挑战。
 
但成就一款中压智能风机产品并成为其心脏的关键大部件之一却是远景独有的变频器产品。正是由于对变频器技术完全的自主知识产权,风机整机开发团队才可以根据新的风机特性,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。
 
比如,可以通过精确的软件模拟及硬件在环仿真对程序的有效性及参数的灵敏度在各个工况进行验证。在硬件设计上,根据对中压风机整机功率流向的一体化设计,研发团队可以通过基于流体模型数字化设计与验证,快速对变频器的散热及绝缘进行针对性的改进设计,不仅在变频器自身的软硬件设计上做到迅速设计、优化及验证,与之相关的中压开关柜、小型化箱变等中压风机独有的部件,也因为变频器不再作为一个第三方的独立部件而有机的整合在柜体内。
 
值得提及的是,除了实现中压的独有优势,站在系统优化的层面上,远景不仅仅将变频器定位成一个把机械能量转换为电磁能量的独立子部件,而是更多的考虑如何使其帮助提高系统性能和寿命。 远景智慧电气卓越中心负责人李磊博士解释说,通过增强的电机侧滤波器设计和软件控制算法优化,尽可能降低发电机轴电压和轴电流,延长电机轴承寿命。另外,基于电气信号的发电机状态检测模型对轴承损伤、滑环失效等进行早期预警和诊断。
 
正是得益于从风机整机系统层面对变频功能组件的深刻理解,远景的变频器还拥有自行开发的寿命模型,可以对一系列关键子部件的寿命作出预测和实时状态监测,这些模型输出的动态边界能力不仅能够最大程度的帮助风机在过速过载等危险工况下安全运行和停机,更在机型设计之初即为整机系统优化设计不可分割的一部分。
 
“如果你进入远景的机组,你会发现传统分立的主控柜和变频柜已经合并成一个柜体,但是更为重要的是,从系统设计层面,传统的主控柜和变频器的边界已经模糊了,在软件系统设计上,它们已经成为不可分割的整体。这是远景为什么要将风电整机技术延伸到关键核心部件领域的本质逻辑。”在远景能源副总经理王晓宇博士看来,“风电整机技术必然是向深度整合关键部件技术的趋势演进,也只有打开一个一个的关键部件技术的黑匣子,风电整机的技术才能发生下一个实质上的技术进步。远景在变频器部件技术上的制高点仅仅是一个例子,它说明整机技术集成商掌握关键部件技术将会比单纯获取第三方部件供应商提供的部件技术对整机的开发和演进产生更多可能的自由度。”
 
如今,风电整机商之间的竞争已不再局限于外购部件的拼图和简单技术集成,包括变频器部件技术在内的核心部件设计能力已成为整机设备厂商越来越关键的竞争因素。实际上,随着可再生能源可持续发展对风电设备性能和成本提出更高的要求,现有市场上可以采购的风电核心部件与整机设计协同整合的深度和智能化程度已然满足不了风电度电成本下降的需求。
 
“回顾风电发展的过去十年,大家把掌握风电整机的核心控制比作是打开制约中国风电发展的黑匣子,而展望未来十年,领先的风电整机厂商掌握关键部件的核心技术是能够持续推动中国风电行业发展的必由之路。”远景能源副总经理王晓宇博士这样说道。
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