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大功率海上直驱永磁同步风电变流器与控制关键技术

2024-02-04 19
技术领域: 风能
应用领域: 输配电及控制设备制造
发展阶段: 量产
转化方式: 技术转让、技术服务、合作开发
专利情况: 实用新型专利4
技术标签:
永磁同步,风电变流器

团队名称:

项目负责人: 刘昌明

研究方向:

核心人数:

标准化评价

研发团队

成果简介
成果简介

  1. 成果简介
攻克10MW 及以上大功率海上风电变流器设计及控制关键科技难题,是突破技术瓶颈,实现我国海上风电产业变道超车的重要途径。10MW 级大功率风电变流器需统筹考虑、全局优化系统效率、电能质量和功率密度三个关键指标。而这三个要素相互耦合制约,其设计及控制面临着严峻挑战,是我国大功率风电装备发展中亟待解决的关键科学问题。此外,冷却系统故障问题,是影响兆瓦级大功率变流器长久稳定运行的重要因素。本项目着力于兼顾效率、电能质量及功率密度优化的大功率海上风电变流器设计和控制技术研究以及其冷却系统可靠性研究,助力我国10MW 及以上大功率海上风电变流器研发及产业化,推动山东半岛海上风电产业链技术进步。
技术水平

标准化评价

技术成熟度:系统级

技术创新度:第一级

技术先进度:第二级(标准达标)

结果综述

综合来看,当前成果项目整体细分等级达到“技术产业化阶段E”级,从技术可行性角度来说属于“风险等级:中低;价值潜力:一般”的成果项目。

应用场景

应用领域: 输配电及控制设备制造

应用案例

技术优势
知产信息

技术特色

本项目立足世界技术前沿,前瞻产业发展趋势,将重点在以下几点实现颠覆性技术突破:从传统控制策略产生瓶颈问题的根本原因出发,并计及海洋永磁直驱大功率风电变流器高效率、高电能质量和高功率密度需求,实现统筹考虑转动惯量、转接弹性、摩擦及饱和热损耗等因素影响的多目标非线性先进预测控制技术突破,从算法底层实现对风机变流器动稳态性能的大幅提升;针对大功率风电变流器极低开关频率下线性控制无法优化系统电能质量的问题,结合最优脉宽调制技术和预测控制技术的长处,充分发挥预测控制算法灵活性高、扩展能力强的突出优势,开发出最优脉宽调制预测控制策略,以期在开关频率不高于1500Hz的前提下,实现最优电能质量控制;针对现有大功率风电系统故障穿越能力不强、预警机制不够完善的问题,研究10MW级海洋风电变流器故障穿越时快速瞬态转换控制技术及变流器冷却系统可靠预警方法,进而实现系统的长寿命、高可靠性运行;(4) 研究高功率密度大功率变流器无源部件优化设计技术并与科诺伟业联合开发容量不低于2MW的全功率永磁直驱风电变流器及其实时控制系统实验样机,做到技术与样机相结合,研究与实际相结合,充分发挥海上风电系统无源

同行对比

应用前景
应用前景:

应用前景所取得成果主要应用于大功率海洋风力发电系统经济效益成果预期在效率、电能质量和功率密度方面突破当前阻碍微电网电能变换和海洋风力发电发展的关键技术,掌握其核心技术,在提高效率的同时增强系统运行的稳定性,有利于孵化电力电子高端装备产业转化,促进能源产业转型升级。成果可应用于工程实践借鉴,为解决远距离驱动系统过电压问题,减小绝缘设备损耗,增加电机等设备使用寿命。社会效益项目注重研制开发具有自主知识产权、适用于实际工程应用的核心装备,致力于高校先进理论与产业界工程实践能力的深度融合,切实有效推进关键理论和核心技术的成果转化。该成果所研究的适用于微电网电能变换和海洋风力发电的关键控制技术,助力新旧动能转换,有利于发展海洋经济,提高对海洋风能的利用程度,进而提高风力发电占比,为能源结构调整优化提供一定的技术支撑,为降低火电占比(2018年全国为71.0%,山东省为95.7%),实现能源、环境可持续发展提供动力。环境效益解决海洋风力发电关键技术问题有助于提高海洋风能利用率,优化我国能源消费结构,从而缓解我国化石能源的传统发展方式带来的严重的能源和环境问题,减少污染。该成果所提海洋风电变流器多目标优化及控制策略可促进大规模海洋风电产业的发展,对建设友好型新时代能源体系具有十分重要的意义。

效益分析:

风险预期
政策风险

无政策风险

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