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对载荷优化有几个主要的技术点:第一就是独立变桨控制技术,通过独立控制三个叶片桨距角,限制风轮输出功率的同时改善机组所受气动载荷
独立变桨控制是在统一变桨控制的基础上,叠加一个偏差角,将叶片载荷分解,提取不平衡载荷进行控制。
传动链阻尼控制技术:
塔架阻尼控制技术:通过控制桨距角改变风机叶轮推力的变化,抑制塔筒前后的振动。
智能监测技术:主要是提供传动链的状态监测。传动链包括主轴、发动机等等,这几个环节上要进行在线监测分析,对它的振动频谱信号进行监测、分离、判断,进行故障判断。在线检测技术要对整个机组运行数据、故障信息进行提取分析,判断准备的故障点,同时对可能发生整机故障包括零部件的故障进行预警。
可靠性技术:三个方面考虑:第一个是对变桨备用电源管理。它的容量是非常关键的,所以是容量在线监测技术。再一个电源健康状态监测,是否老化或者是否能够正常充放电,包括被动电源最佳效率充电,以及能量什么状态情况下可以进行顺桨一系列的管理。第二个是从控制和机组安全保护盲从的。是关于安全链保护的设计,包括机组极端广况下的保护技术。第三个就是冗余设计。是关于整个电气、软硬件综合的冗余设计保护技术。
产品需求:变流器的需求
变流器是整个发电机和电网之间连接的设备,它随着机组功率增加,它的功率电流以及电压需求都在相应的增加,在这样的情况下变流器采用什么样的方式更高效,更可靠也是需要解决的关键问题。
第二个就是高可靠性的问题,第三个就是电网适应能力。这对变流器来讲是一个永久话题。
首先从解决大功率脱铺结构我们分析有三点:包括多层次并联技术。一个是解决均流问题,第二是解决均流和环流问题,再个解决均流和主从控制问题。
第二个是中压多电平技术:包括二级管签位多电平脱铺结构。中点电压平衡,第二个就是H桥脱铺结构,采用低压功率单元模块技术。第三是从点气设计角度,采用更成熟的产品并联提高电气电流耐受能力,采用期间串联采用耐压。
两电平变流器并联:优点是结构简单、冗余度强,可靠性高,易于模块化设计。缺点就是有均流和环流,系统开关频率较高,损耗大,效率偏低。二级管钳位多电平脱铺结构,优点是多电平输出,谐波较低。
电网适应性技术:有三个方面,一个是主动行营恶劣电网,一个是故障穿越能力,再一个是无功支撑能力。
高可靠性包括三个方面:环境适应能力、故障诊断、结构模块化设计
三、超大功率机组发展趋势
1、超大功率风电机组现状
10MW超级大功率风电机组整机和零部件设计关键技术研发,科技部已在十二五规划中布局,目前国内各单位正在处于研发阶段。
长寿命及高可靠性设计方案、简单轻量化的新型传动技术、抗灾害性大风的气动和结构设计技术、抗盐雾和防腐蚀材料工艺设计及机械制造工艺设计技术,解决这些关键技术是超大关键机组未来追求的目标。
国外目前10MW级产品进展:英国Clipper、挪威SWAY、美国AMSC、GE都有这样的计划,可见10WM风机是未来海上风机的平台。
控制技术展望:海上尤其10MW风机,可能因为海上风电投资,风机当中占的比重远远低于陆上,对于投资者来讲肯定愿意把更多的钱投到真正发电的设备上。对于海上,尤其深海来讲,功率等级越大投资收益度越高。所以深海就是10MW级的。对于海上资源来讲风况非常稳定,但是湍流强度非常大,极端风况对风机来讲破坏度最高。对控制来讲,就要考虑应对极端风况下能够使机组避免过渡载荷和风轮超速故障。是否能对极端工况预测,包括极端必须要停机情况下如何停机,这是控制系统需要研究的课题。
对于变流器来讲,10MW级是非常大的功率等级,首先能否有更高功率的模块化设计,更高能量密度的功率模块,如何更好的方便的维护,包括IGCT以及其它的包括赛米控也正在考虑全密闭的功率器件提高耐压耐流。
第二个就是拓扑结构,包括中压多变流。
第三个还是电网适应性问题更加深入。海底和风机之间的影响,包括海底电缆的阻抗特性,包括风机离岸的电网架构,对风机来讲提出了更高的要求。
提问:对于5MW变流器,你刚刚提供了很多方案,比如说有并联,和变流器并联,包括采用中压的极联或者说三电平的技术,你认为目前来看,如果中压情况下,哪一种更具优势?技术上都能实现,但是怎样在性能达标的情况下,商业化的角度来说是最好的?
李海东:这个问题非常好,首先这两个技术是两个不同的技术路线,从技术上来讲都可以实现,而且我也可以直接告诉你,我们公司目前这两种技术路线都在走。我们目前低压的方案是可以最先实现产业化的,可以最先产品化的。因为我们做的东西要有一定的客户,目前情况是我们低压方案会最先产品化,中压也在做。但是从实现的先后角度来讲,要比低压的稍微慢一点。
主持人:下面有请沈阳工业大学邢作霞副教授,她报告的题目是“风力发电机主控系统动态仿真实验台的开发与研究”!
邢作霞:一、人才培养。从06年开始教育部批的第一个本科教育之后,开展了本科教育,随之开展了很多高职教育,本着人才的需求,包括运营维护和设计开发人才需求启动。去年开始本科专业已经改名了,不叫风能与动力工程了。我经常跟学校说我们的风能与动力工程专业是“熊猫专业”,就7年期间有,可以算算屈指可数,我们培养了多少风能与动力专业的学生,所以用人单位各位领导们,以后看到这个专业证书这个专业不要歧视,去年开始已经叫“新能源科学与工程”专业了。各个高校设置这个专业的时候大多数括号一下,风电方向,或者光伏方向。
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