MW级双馈变流器项目-北京市技术进步奖答辩材料1-上传

111北京市科学技术进步奖答辩MW级双馈变流器关键技术研究及应用三一电气有限责任公司任晓峰，韩艳娟2011年9月2汇报目录1、立项背景2、总体思路3、主要技术内容及创新点4、主要技术指标的先进性5、市场竞争力6、知识产权的情况7、应用推广8、经济社会效益情况

风电产业仍然处于快速发展时期，对变流器的需求量大。根据目前国家规划，2020年风电装机达到150GW，变流器约占整机成本的10%，预计变流器市场为52-55亿/年。变流器是风机的关键部件。风电电能质量的好坏；电网故障时，低电压穿越能力；风电场有功、无功调度能力，关键取决于变流器的品质。三一电气作为整机厂商，要不断提高风机品质，需要掌握变流器关键技术。据欧洲风能协会统计，导致风机停机，故障率最高的部件，变流器排在第二位。1、立项背景—产业背景风机变流器主要依靠进口。进口品牌市场占有率超过95%。国内产品变流器产品的主要问题：

1.产品的可靠性。国内变频器厂商，按大功电动机变频器的思路去开发，双馈风力发电特点认识不足；大功率PWM整流技术、逆变技术积累的欠缺，等等问题，造成变流器故障率高。

2.低电压穿越问题（电网适应性问题的一部分）；1、立项背景

——国内变流器行业的挑战2、研发及产品化总体思路

在关键技术上突破，由点带面，提高产品竞争力。做好电网适应性、环境适应性。包括高精度的矢量控制，低电压穿越技术，大功率电子电路的水冷技术可靠性在第一位。做好实验检测体系，质保体系。建立好团队。培养勤奋、严谨、勇于承担责任的团队精神。75kW和1.5MW对拖试验台高低温试验设备高低气压试验设备三一电气整机试验台1.5MW双馈变流器产品3、主要技术内容及创新点1）该技术保证了矢量控制精度。矢量控制是关键技术之一。高精度、快速矢量控制前提，是矢量角度精确计算。

2）避免变流器上电调试时，人工设定参数。减化了调试维护工作，3）可监测编码连接完好状态。

4）领先其它厂商申请专利，2008年11月。3.1双馈电机转子初始位置角度检测技术3.2

低电压穿越能力突然断电Powerfailure电压突降Powersag电压突升Powersurge持续低电压Undervoltage持续高电压Overvoltage

1.LVRT功能，在2011年已经成为变流器必备功能。当电网中风电比重比较大时，在电网故障时，机组脱网会加剧故障，不利于电网稳定。因此要求实现不脱网运行(即LVRT，低电压穿越)，且可以向电网提供一定的补偿。2.三一电气公司已经在张北满井实验风场，建立1.5MW实验风机，正在进行国家电网电力科学院的测试认证LVRT研发中，解决了以下关键技术点：

1)控制器的快速跟踪电网电压能力。

2)在电网跌落等扰动的情况下，锁相技术。

3)辅助硬件电路的设计4）电网电压跌落模拟装置的开发1.5MW风机，电网电压跌落50%的典型过程。电压跌落实例690V侧,张北风场2011-11-16日通道1:电网电压200V/grid通道2：网侧电流200A/grid通道3：直流侧电压200V/grid电网线电压直流侧电压网侧相电流图中可以看到，电压跌落特点，电流冲击特点，直流侧控制特点3.3局部电网保护功能（1）多台风机发电组成的电网运行特点（2）风电场所处电网偏远，管理制度粗糙（3）出现局部电网时，迅速发出大量感性无功平衡，减少发电机有功出力

本项目开发了一种液冷与空调混合冷却的散热方式，解决了变流器的防护与散热问题，既可防风沙、海上盐雾腐蚀，又满足器件的散热要求。整机柜体防护达到IP54。根据选配不同的配置，变流器可运用于海上和陆上。采用水冷配合空调散热代替传统风扇散热方式，借鉴汽车散热结构，水冷柜四面装置散热片，散热效果优异且可靠性高，该技术属同行业同类产品首创，已经申请专利，授权公告号：CN201515587U。3.4高效实用的液冷系统，提高了产品的环境适应性解决大功率电子电路的电磁干扰问题。通过磁环、EMI滤波器及合理布线与接地，较好的解决了电磁干扰问题。控制电路与强电电路完全隔离，防止EMI和雷电干扰网侧控制板DSP2808机侧控制板DSP2808PLC控制器采样电路板编码器电路板CAN总线光隔离磁隔离汇流铜排LEM传感器3.5可靠的硬件系统研究

1）友好的人机操作界面，已申请软件著作权登记，登记号：2010SR008490。

2）持续记录数据功能，便于客户随时调用数据3）具有统计计算功能，方便客户管理。3.6完善的保护功能4、主要技术指标的先进性发电机控制有关参数Sany标杆产品电机参数1.主要参数，如Lm自动计算2.矢量定向角度自动调整，不依赖参数，1.主要参数，如Lm自动计算2.矢量定向角度依赖参数转矩响应时间<15ms<10ms，(ABB)或<15ms(GE)保护电机过压，过载，过流，接地，防雷击保护过压，过流，过载，接地，防雷击保护sany标杆电网电压

1.适应电网电压缓变，突变，闪变2.具有高、低电压穿越功能3.具有局部电网保护功能1。适应电网电压缓变，突变，闪变2。具有低电压穿越功能短时高电压穿越功能电网电压不平衡度、畸变不平衡度<4%VTHD<8%不平衡度<4%VTHD<8%低电压穿越直流侧chopper电路，和有源crowbar电路无源crowbar电路或有源crowbar电路电网频率+/-5%，可定制+/-5%电网适应性有关参数环境适应性sany标杆产品温湿度1.电阻加热对抗温度和高湿度2.全封闭空调环境，提高电子设备可靠性电阻加热对抗温度和高湿度散热风扇冷却电感、变压器2.运行时环境温度-30-453.电感和变压器设计为自然冷却1.风扇冷却电感、变压器2.运行时环境温度-30-45功率模块1.水冷2.驱动电路全封闭空冷水冷，或风冷驱动电路风冷使用友好性

Sany标杆产品通讯Can通讯，支持canOpenSCI通讯Can通讯，支持canOpenSCI通讯水冷借鉴三一液压系统，更可靠的水冷设计通用的水冷设计维护正面操作，方便维护，操作安全操作安全，方便维护上位机软件专门开发，适应国内需要、功能强大的上位机件数据记录，故障分析功能1.通用变频器产品改装2.数据记录，故障分析功能5、产品市场竞争力

（1）具有更好的电网适应性（2）更优质的售后服务

（3）产品的可靠性更高（4）产品销售和维护成本更低6、知识产权的情况该项目，三一电气专利申请了16项，其中1项发明专利已授权，2项实用新型专利已授权，7项专利已受理，6项专利已提交申请。7、推广应用情况

2009年5月，自主研发1.5MW双馈变流器通过了地面型式试验；12月份，2.0MW双馈变流器样机开始进行风场试验，至今运行正常。现有40台1.5MW三一变流器在网运行，33台完成静态调试。

8、经济社会效益情况