3MW变速恒频双馈异步风力发电机的深入研究

1、3MW变速恒频双馈异步风力发电机的深入研究立项的目的与意义立项的目的与意义 人类社会的发展和经济的增长需要能源供应的支撑。但是，能源消费带来的环境污染，反过来又会制约社会经济的发展。各国政府高度重视能源问题，调整能源战略，积极开发利用可再生能源和新能源以应对未来能源挑战。国家发改委提出到2020年全国建设4000万千瓦风电装机容量的目标，并在全国开展大型风电建设项目的前期工作。立项的目的与意义 国内政策环境趋好，为本土风机厂商的壮大和风力发电行业的全面成长提供了保障。风机厂商的壮大带动上游风力发电机厂商的迅速全面发展。目前，风力发电机的国内机型以为主，并且已经批量生产。3MW风力发电机国外已经

2、开始生产。研究开发3MW风力发电机可以填补国内风力发电机制造业的空白，为 实现发电机的国产化打下坚实的基础。 主要研究内容目前世界上应用较广泛的系统为变速恒频双馈异步风力发电机系统。将双馈风力发电机的定子绕组接入工频电源，转子绕组接到一个频率、幅值和相位都可以调节的变频电源上。现代变速风电机组能十分精确地控制功率因数，可以向电网输送无功，改善系统的功率因数。由于以上原因，变速风电机组越来越受到风电界的重视，特别是在目前发展的大中型机组中都在采用变速恒频技术。 主要研究内容 图1 系统主回路主要研究内容 基于变速恒频双馈异步风力发电机的优点、工作方式、工作特点，研究开发适合国内风电场用的3MW-

3、6P水冷变速恒频双馈异步风力发电机（机座号：630），按照风电场风力发电机系统进行专门设计，通过与风电成套制造商开展合作，使发电机的电气性能实现最优化，使得发电机在全负载及部分负载的情况下均能达到很高的电气性能。同时使我国的变速恒频双馈异步发电机达到世界先进水平。因此，需要研究解决的主要技术难点和问题分析如下： 主要研究内容 异步发电机与异步电动机在理论上只是异步电机的两种运行状态，但在设计上还是有区别的，因此在电磁计算方法上需要进行研究。通过电机三维电磁场数值计算及有限元分析，定量分析槽配合、槽形、绕组设计、等因素对电机磁场分布的影响，分析在不同转速不同转子励磁情况下谐波磁场的含量及对电机振

4、动噪声、温升、对并网发电影响的研究；以及发电机在不同功率因数下电机温度场的研究。1、电磁设计部分主要研究内容 风力发电机温度场分析。在建立风洞试验的基础上，结合电机内流体场与温度场的综合计算及有限元分析，在采用最小的水压及水流量的基础上确定电机表面散热系数，优化通风结构和风扇设计的技术研究；2、温度场分析部分噪声和振动的要求是该发电机的关键，电机的负载噪声很重要的一部分是电磁噪声，从计算上无法判断电磁噪声的大小，必须通过试验得到。因此需要进行这方面的试验研究。通过采用有限元分析的方法，研究满足R级振动要求的机械结构方面的技术；同时，需要研究由于塔架等受风的影响，振动、摇晃等等对风力发电机的影响

5、等 。 。主要研究内容 3、噪声和振动的研究主要研究内容 对机座等水冷结构部件的焊接、防腐等寿命可以工作20年以上可靠性的研究；为满足发电机20年的可靠性，以及发电机转子电源为变频的要求，需要进行绝缘结构的技术研究；高寒低温环境下对发电机主要零部件的影响的研究；4、可靠性研究主要研究内容 异步风力发电机实验室内试验方法的研究，以及试验设备的研究；5、试验方法的研究主要研究内容 6、工艺方面的研究由于转子结构特殊，为保证工艺的可靠性，需进行工艺方案的先期验证方面的研究；转子并头套氩弧硬钎焊工艺研究；冲片毛刺控制在以内工艺研究；研究方法、技术路线 研究方法： 应用先进的有限元分析软件、模型仿真软件

6、等理论计算与试验相结合的方法进行计算分析。技术路线： 该项目拟采取与国内大学及科研院所等进行合作，走独立自主研发的技术路线。 研究方法、技术路线主要技术指标与国内外对比 主要技术指标与国内外对比 主要技术指标与国内外对比 主要技术指标与国内外对比 目前，国内风力发电机成套公司的所有控制技术来自国外的成熟技术，而控制设备均在国外购买，因此，对风力发电机的技术参数要求（见表1）与国外完全一样，并且，国内目前还没有生产3MW风力发电机的厂家，因此，该电机为目前国际先进水平 。主要技术指标与国内外对比 主要技术指标与国内外对比 主要技术指标与国内外对比 主要技术指标与国内外对比 主要技术指标与国内外对

7、比 预期达到的目标 预期达到的目标 随着本项目的实施不仅推动企业经济发展，为国内风力发电机制造行业奠定坚实的基础，同时大幅度提升我国风力发电机的设计制造水平，将使我国兆瓦级变速恒频双馈异步风力发电机得到全面提升，该产品的实施将带动国内风力发电机的更新换代，淘汰原有的发电机，替代进口产品而起积极作用。对促进我国发电机行业高新技术产业化，拉动地区经济，合理利用资源，增强国内外市场竞争力，进一步实现发电机行业的产品结构调整和产业升级做出积极的贡献。还可以为我国发电机行业制定出相应的标准法规。另外，该项目的实施可节约大量的能源，减少二氧化碳和二氧化硫的排放量，保护我们的环境，迎合目前世界环保和节能的大

8、格局，为我国节能与环保事业的发展起到示范作用。 本项目立足先进制造技术领域，依托“佳木斯电机股份有限公司”为生产企业，面向各类机械行业的用户的需求为研究重点，坚持走产、学、研、用发展之路，具有巨大的应用市场，应用前景广阔。 该项目的研究成果具有较高的实用性和应用价值，开发变速恒频双馈异步风力发电机不仅推动电机行业的发展，还会带动其他相关机电产业的发展，因此，变速恒频双馈异步风力发电机的实施可显著提高产品的市场竞争力和占有率，对进一提升我国机电装配制造业技术水平，具有巨大的社会效益和经济效益。 预期达到的目标 项目完成后，预期申请专利（包括实用新型专利和发明专利）34项、发表论文专著15-16篇

9、，推进变速恒频双馈异步风力发电机的标准化设计，最终实现产业化生产。 预期达到的目标 经费构成 经费构成 本项目预计经费4000万元，主要用于科研支出及成立专门的风电车间而新增必要的生产工艺设备等等。经费来源为企业自筹2500万元，申请国家经费补助1500万元。 社会效益、经济效益 社会效益、经济效益“能源与污染”是全球面临的共性问题，做为电机制造企业应从节约能源、减少污染角度出发，为国家做出自己贡献。 根据国家“十一”五期间国家节能减排的要求，为了有效利用我国丰富的风能资源，促进我国风电建设的更快发展，国家发展和改革委员会提出了到2020年全国建设4000万千瓦风电装机容量的目标。并且到2050年装机容量达到4亿千瓦，占总发电量的12%左右。如果一台发电机为3MW那么到2020年将达到几万台电机，甚至更多。因此市场前景非常好，经济效益将非常可观。 社会效益、经济