电气及控制技术——北京国际风能大会展中报道

现在出现了导电轨代替电缆，已经用了好几年了，尤其1.5MW的，但是比起电缆来说有很多优势，但是目前为了减轻重量，导电体用的都是铝排，一段一段的连接结构也存在一些问题。所以也满足不了风电设备的要求。段与段之间连接是单螺栓用两个大的罗圈紧固，没有晃动的话，是最好的结构。但是用到查筒里长期会不会产生松动?很难说。另外铝排虽然重量轻、成本低，但是它存在的先天不足会影响电气的寿命。尤其大电流3MW以，所以母线槽虽然比电缆有很多的优越性，但是目前用的导体材料还是满足不了要求的。

我们这次参加这个展会，和很多企业也进行了座谈，导电轨要满足风电的要求，第一把导体材料换成复合的铜铝线，第二改变接头连接部位的结构，让它能够满足风电长期晃动、振动的要求。这两点解决了，它比电缆要好得多。

此外，风电变流器和箱式变电站也采用很多大电量的导体铜母线。成套设备中动载流导体要求一点是温升极限控制，第二就是发生短路的时候动热的稳定。要根据导体材料的载流两铜排、铝排还是复合排，根据载流两选择合适的节面就可以满足这个要求。所以保证可靠的基础上降低成本是必然的选择。所以许多生产变流器或者生产箱变的企业现在已经选择了铜铝复合母线，效果是很好的。

这种铜铝复合母线在高低压配电设备里，母线槽里，我们分辨的变流器以及通信系统的电源柜，这些都已经大量采用过了。大幅度降低了导体材料的成本，你们成套设备的竞争力，降低了工程投资。所以5年的时间，100多个工程项目使用，充分证实了它的可靠性。分辨系统变流器也好，箱变也好，它的要求或者高低压开关柜，这些电力控制设备，要求没有多大的区别。所以用在箱变，用在变流器，仍然是可靠的，但是能大幅度降低成本。

主持人：下一个报告有请国电联合动力工程师吴行健，吴先生的报告是“风力发电机可靠性分析与设计”，大家欢迎!

吴行健：第一个就是选取原始数据，第二是对原始数据进行统计以及处理。第三是进行可靠性的计算分析。最后是对统计结果进行相应的处理。

风机可靠性设计：包括风机部件设计、风机运行逻辑以及维护策略分析。

风机可靠性分析与设计的意义：可靠性的研究目的在于提高风力发电机的正常运行工作时间，提高资源的利用效率。风机运行时间一般设计为20年，大部分运行小于10年，来自于现场的一些运行数据比较有限难以得出比较系统的理论，或者实践的一些模型。其次风机系统比较复杂，因为大家知道风机包括从吸收动能到产生发电各个部分部件都是由不同的型号和不同的供应商，所以造成了系统性理论的形成以及一些设计过程都会比较困难。第三是对于风机来说，有一些环境数据比较有限。比如说对风速、风向，以及对海洋风机的浪、湿度这些数据比较有限。同时，设备维修部便也造成了发电量的下降以及维护成本的提高。

风机可靠性分析的流程：

1、选取原始数据。首先是对风场的选取，选取时要考虑风场的规模，风场要有多少风机，风机总量是不是达到标准，风场风机类型可以根据多少兆瓦进行分类，以及风机的运行时间。比如说风机是运行一年以上还是一年以下都要给予考虑。

2、风机部件门类：风机是一个比较复杂的系统，如果对风机各个部件可靠性进行分析的话，需要具体到系统、子系统、部件子部件这样的结构进行分类。

3、风场中的数据来源：可以采取记录一定时间间隔的SCADA数据，判断故障及故障来源，或报警记录，维修记录等。以及对相应的人工成本进行考虑。

对于数据的统计及处理，主要是记录故障事件，可以根据自己想要做出的可靠性分析的目的表格设计，比如按照故障等级、故障时间以及发生原因设定一些故障记录标准，这样在统计的时候比较有条理，以便于以后做出比较可靠的可靠性分析。

对于可靠性分析和计算，首先可以引入故障率。大家可以看出故障率就是单位时间内设备发生故障的次数，等于设备发生故障的概率密度除以设备不发生故障的几率。RT是它的可靠性。

因为根据一些数据统计显示风机一般运行一段时间以后是稳定的，HT是定值，设备发生故障密度FT可以用相应的数学分布，比如指数模型进行模拟。可以通过统计计算得出来故障率HT，同时能得到相应设备可靠性RT。(图)这个图是RT曲线，随着时间的增加，可靠性是逐渐下降的。大家可以首先划出曲线，根据风机运行时间，对一些故障率和可靠性进行估计。

故障分析：按照故障不同可以对风力发电机系统故障对故障类型进行分类，并对系统失效的硬件、软件、环境、人为等因素进行分析得出逻辑框图。这些框图可以从单个个某个比较简单的部件开始，进一步进行组合，组合成风机整个系统，因为风机系统会比较复杂，所以组合过程中会涉及到一些比如说冗余的设计。所以可以对这些设计以及发生故障的概率进行分析。之后可以采取相应的设计措施，以提高风机的系统可靠性。

对于风机系统来说，主要是可以对风机的控制系统、低速轴、高速轴、发电机、变流器、塔筒、机舱、叶轮等部分的具体部件的故障率和故障时间进行统计。得出统计结果。子系统可靠性比较高，整个系统的可靠性也会降低，增加冗余设备，系统的可靠性会提高。

涉及到风机比较复杂的地方可以把风机看成一个多输入、多输出的系统，这样可以利用一些数学的方法，比如运用矩阵的性质来增加分析的数学辩解，这样就能比较可靠的得到一些统计的结果。

风机可靠性设计：做风机可靠性分析有两个实用价值，一个是风机已经成形，在生产的风机设备可以进行一些改进或者相应的维护，或者是部件的优化进行设计，另一个是对正在在研的，正在生产的新机型可以根据可靠性分析，对相关部件和维护策略设计。

1、风机部件设计：根据现有数据来源统计风机部件的故障率蚁集蜂场特性等因素，对风机部件例如叶片、变桨穷、传动链等进行相关的设计。

2、风机运行逻辑与维护策略

根据风场特性及风机部件特性，设计风机运行逻辑，针对维修时间，维修成本以及更换成本等因素设计维护策略。

比如针对海上风机来说，相信大海上风机会遇到这样的问题，是在对天气条件比较敏感的地方，到达风机维护成本会比较高，时间有时候也会拖的比预期的长，所以针对风机可靠性得出来具体部件的故障率进行统计、分析就能进一步优化风机的运行逻辑。比如说是不是要停机或者人工重启?也可以针对维修时间、维修成本，包括人工、物流、以及更换成本因素设计一些维护策略，达到人员有效利用和运营成本的降低。

主持人：下面有请来自北京科诺伟业股份有限公司的李海东博士，他的报告题目是“5MW风电机组电控技术发展现状与展望”。

李海东：我来代表北京科诺伟业科技股份有限公司为大家介绍一下“5MU风电机组电控技术发展现状与展望”。报告分四个部分： 一、5MW风机发展现状的分析; 二、5MW风机电控系统关键技术跟大家做一个分享; 三、超大功率风电机组发展趋势;四、超大机组电控技术发展展望。

一、5MW风电机组发展现状。它的功率等级在逐步增加，相应叶片直径在放大，可以看到在2005年的时候全球率先推出了5MW风机。

中国从2006年到2011年单机容量的变化趋势：到前年中国的装机容量是1.5MW的功率等级。最新的统计，全球2012年整个新增的单机平均容量是1.85MW，比2011年提高了0.17MW数量。整个发展形式来讲大型化趋势非常明显，其中欧洲，由于海上风电发展比较快，丹麦最快，达到了3MW，英国、德国平均容量也超过了2.3MW，我们去年是1.65MW，比1.5MW也有所提升。由于我们2MW机组的增加，我们的2MW机组由2011年17%，去年达到了30%，发展来讲整个机组大型化发展是发展必然的趋势。

随着海上风电逐步的启动，5MW必将成为海上风电的主要流机型。这是国外目前部分公司5MW级风机机组的研制进展，包括VESTAS、GE、西门子、BACD等公司，都有5MW级别的产品推出。其中BARD公司和VESTAS公司大功率产品批量装机。与此相对国内华锐、东气、联合动力、湘电、南车这些公司，在最近一段时间，包括去年年底，再早之前都有相应的样机运行，另外明阳等都是在研制阶段，年底大概都可以推出样机。

针对过外统计情况，首先传动链做一个简单的数据分析：可以看到国内直驱占60%，高速传动占40%。国外是直驱、高速和中速三种类型，各占55%、18%、27%。

发电机类型：就是永磁和双馈，各占80%和20%。永磁发电机是5MW发动机主要的类型，是因为它简单方便。

二、5MW级电控系统关键技术

(一)控制系统关键技术。 控制系统包括变桨。从技术需求来讲，5MW技术包括传离带，叶轮巨大，受力不均，降低疲劳载荷，国内有一家做160多米的叶片开发，包括轮度高度在150米，这样叶片受力不均匀，而且希望它有更长的寿命，那么载荷优化肯定是一个非常关键的技术。

第二个就是高可靠性。海上这种特殊的环境下，包括烟雾、腐蚀、雷电，甚至台风，这种情况下，会对机组设备造成更多的损坏，包括粗线故障纪律也比陆上更高，本身成本非常高，维护起来很不方便。这种情况下对设备来讲高可靠性也是非常重要的。

第三个就是状态监测。这跟高可靠性互相相关联的。是否能对机组故障进行更好的判断和预警，这也是控制系统要解决的关键技术。