2024大功率海上风电电气设备关键技术.docx
大功率海上风电 电气装备关键技术中国海上风电概况海上风电变流器技术海上风电远程运维技术海上风电无功补偿技术a中国海上风电概况 中国海上风电资源分布 海上风电发展趋势大型化 海上风电发展趋势远海化中国海上风电资源分布累龙江Ihli尸潮间带中一深海域内蒙占中国有1800Okm海岸线。海上风电资源主要在辽宁、江苏、上海、福建、浙江、广东。525m水深、50m高度海上风能约2亿千瓦；2550m水深、70m高度海上风能约2亿千瓦；5075m水深、70m高度海上风能约5亿千瓦。海上风电将迎来飞跃发展截止2019年3月底：已投运海上风电项目36个，容量3.7GW ,机组1017台。在建海上风电项目34个，总容量IoGW。已核准（公示）未开建的海上风电项目87个,容量41.4GW。45000400003S000300002500020000150100OOS0大功率海上风电机组对降低基础设施成本和运维成本有重要意义。西门子放弃早期开发的4MW海 上风电平台，主流海上风电平 台覆盖6MW-8MW ,最新海上 风电平台IOMW起步。VESTAS 的 V164-10MW 是在V164平台研发而来,如今已经 可以进行销售。首台商用风机 将于2021年安装。G E销售单机6 M W和7 M W海 上风电，开计划2019年提供 12MW样机，2021年实现 Hiliade-Xi2MW 量产。中国海上风电机组发展四个阶段:1）陆地风电衍生机型2.5MW,3MW居多；2）中大功率海上机组:4MW级;,上海电气4.0MW,远景能源4.2MW。海上机组：5MW/6MW/7MW7金风6.7MW,湘电5MW,海装5MW,明阳7MW,运达5MW,东汽5MW。4）下T弋超大功率海上机组：8MW12MW;F金风8MW,湘电8-11MW,海装8-12MW,/明阳8-12MW,东汽8-12MW。IOMW机组预研;东方电气喜获国内首张IoMW等级海上风力发电机组设计认证证书；金风正在进行下一代超大功率8MW机组开发和预研和样机设计中国海装启励下T弋IOMW级海上风电技术海上风电建设呈现抢占资源、近海开工、远海观望的态势。潮间带及近海资源日渐瓜分殆尽中国海上风电未来TT可避免地走向远海抗 腐 蚀 性匹 程1 维变流器无 功 补 偿海上风电发展趋势远海化海上风电变流器技术 海上风电变流器分类 330OV三电平海上风电变流器 114OV三电平海上风电变流器 690V两电平海上风电变流器 大功率海上风电变流器可靠性研究筒下面，扭缆设计困难, 7MW是当前方案的极限35kV电缆输送到塔筒下部。传统风电电机电压为690V5MW额定电流=550OkW690VL7320.9=5114A6MW额定电流=660OkW690V1.7320.9=6136A8MW额定电流=660OkW690V1.7320.9=8182A330OV系统电压：电机安装机舱，变流器,箱变安装在塔筒。3.3kV电缆输送到塔筒下部。114OV系统电压：电机安装机舱,变流器,箱变安装在塔筒。1.14kV电缆输送到塔筒下部。690V系统电压：电机,变流器,箱变安装在机舱上。330OV三电平海上风电变流器一器件 1997年ABB在GTc)基础上推出了IGCT器件(integratedgate-commutatedthyristor) 相比GTO,IGCT导通损耗低，开关速度快,更加可靠 应用难度远高于IGBT,也阻碍了国内的批量应用。禾望电气是国内首家成功产品化IGCT变流器的企业，打破ABB和SiemenS的垄断。330OV三电平海上风电变流器拓扑jm.ZYVLNPNP故障概率高，难度大，ABB放弃该方案。NP三相桥臂共用箝位吸收电路ABB-ACS1000二一八VIZTrrTLLNP_TABB大量使用该方案，可靠性在方案1和方案3之间。三相桥臂共用di/dt电抗器ABB-ACS6000ABB-ACS8000可进一步提升IGCT利用率，提升单机容量。330OV三电平海上风电变流器拓扑IGCT是变换器的核心器件，约占成本50%,提高IGCT利用率可以有效降低成本。 增加针对IGCT的RCD吸收电路； 大幅度降低IGCT的关断损耗； IGCT开通损耗略有升高； 可提升变换器的系统输出能力约27%; 但是变换器整体损耗上升，效率会下降;RLCD箝位吸收电路+RCD吸收电路。开通瞬态过程损耗对比LossDLossRLossDsLossRsLossDtLossIGCT252015关断瞬态过程损耗对比RLCDRCDRLCDRLD÷R11÷RCDLossDsIo、DAVLossIGCT330OV三电平海上风电变流器一一模块设计建立精确的器件仿真模型和变流器仿真系统。2对器件换流过程进行了大量仿真和实验研究。模块3从理论、仿真、测试出发改进散热器设计；设计4从器件、模块多角度进行热设计仿真；5从功率密度、性能、可维护性等多维度开展模块设计；模块设计ANPCffiJb；传励到14MVA;风电8MW/10MWABB-ACS8000重量20Okg（对比国外35Okg）;体积小，机柜Im宽，1.2m深,2.2m高;维修简单，20min维护；1.biJr2frfrTQI33Q*r工 传统三电平拓扑； 传励到IOMVA; 风电5MW/7MWABB-ACS6000-PCS6000Siemens-ML2-SM150Ansaldo-SilcovertIOMW NPC+RCD拓扑； 传助到14MVA; 风电8MW/10MWAnsaldo-SiIcovert12MW变流器设计 ；330OV三电平海上风电变流器整机设计a1汲取禾望电气I。套大功率水冷变流器的设计经验；a分析变流器各种运行状态，精确计算开同状态下的损耗；7针对IGCT变流器，构建了机-电-热多物理场模型和设计方法；使用内部风水换热实现变流器减少气体交换，提升防护性能；II330OV三电平海上风电变流器结构方案11L*QM.IJI.I出eft465/6/7/8/10MW统一结构设计，轻松安放在5800内径塔筒内部。13f.水冷柜机侧开关柜网侧滤波柜网侧开关柜I887Z三机侧功率柜ICnQ直流柜Q网侧变流柜A控制柜8QQ3600单位：E330OV三电平海上风电变流器现场应用株洲湘潭电机实验室应用华创5/7MW风电变流器应用湘电实验室Zhuzhou1 Hunan Province 2016华创海上风电Tsingtao Huachuang, 2017张北风电场Zhangbei,2015张北中压风电变流器应用兴化湾海上风场Putian,FujianProvince,20185MW海上风电变流器传统风电电机电压为690V塔筒直径6m,变流器安装塔筒内5MW额定电流=550OkW690V1.7320.9=5114A东汽5MW，明阳5.5MW，靛5MW，太重5MW6MW额定电流=660OkW690V1.7320.9=6136AI金风6.7MW,明阳6MW,海装6MW7MW额定电流=770OkW690V1.7320.9=7159AI一明阳7.6MW，已经达到该方案的极限8MW额定电流二880OkW690V1.7320.9=8182A扭缆问题，8MW以上无法采用变流器塔筒安装方案变流器机舱安装对震励、安全有较高 要求，国内尚TT成熟，电机电压提高 到114OV时，可以解决8-12MW机组 变流器塔筒安装的扭缆问题，丐开显 著增加系统成本，是海上超大功率机 组电气塔筒安装的一个方案。电机电压为114OV8MW额定电流=8800kW1140V1.7320.9=4952AIOMW额定电流二10800kW1140V1.7320.9=6078A12MW额定电流=1290OkW1140V1.7320.9=7259A15MW额定电流=16000kW1140VL73209=9004A传统低压IGBT模块构建I型三电平功率模组，电压114OV功率模组构建变流器整机禾望电气提供3-12MW/114OV三电平海上风电变流器解决方案优点：解决大功率机组扭缆多无法布置的问题；传统风电变流器的量产器件,成熟供应链；成本无显著增加，业主和集成商接受度高；发电机电压114OV-vm变沌踢KslhOO14kV,'3RSkV齿轮箱和发电机置于机舱变流器置于塔筒内部或塔基三相电缆将电机能量输送到变流器扭缆数量大幅减少解决方案扭缆数量多的问题690V双馈：1.5MW/2.2MW/2.5MW陆上风电，成本低，可利用小时数低，可靠性稍低，开契合海上风电需求690V全功率：1.5MW/2.2MW/2.5MW/3.3MW成本较双馈高，可利用小时数高，可靠性较双馈高，契合海上风电需求研制低压690V超大功率风电变流器（4MW以上）;适应海上高湿高盐雾的特性挑战；海上风电高可靠性需求挑战；海上风电对高效率需求挑战；海上风电机组超长使用寿命需求挑战；适应海上风电机组对运维的需求。器件数量也成比例上升，大容量单机故障率会大幅上升采用开联技术，提升冗余度减少故障停机次数。2.5MW 3MW2.5MW 3MW5MW6MW3.5MW +3.5MW =7MW4.0MW4.0MW8MW4.5MW4.5MW9MWn*1.5MW1.5-12MW开机均流性能：先进的开机通讯功能，保障通讯的及时性和可靠性；良好的均流控制保证1+1=2;冗余切换性能：多台变流器无扰切换技术，提升系统整体运行效率；任意变流器故障开影响其它变流器运行，整机降载运行。良好的开联均流性能实现1+1=2的扩容效果。风机主控下发功率命令；
