中车风电赵燕峰：风电机组集成电气系统开发与应用

中车风电风电机组集成电气系统分析开发与应用2025年3月14日目录中国中车股份有限公司版权所有20152风电机组集成电气系统分析第一部分发电量提升第二部分可靠性提升第三部分应用及结论第三部分一、风电机组集成电气系统分析中国中车股份有限公司版权所有20153整合电气传动链各单元建立模型，在整机电气模型的基础上分析损耗构成，建立全运行范围效率Map图；发现双馈机组在中低风速段发电效率较差。一、风电机组集成电气系统分析中国中车股份有限公司版权所有20154低风速下效率差主要由于最低并网转速存在导致叶片能量捕获效率差，由于双馈电机铁耗固定占比大，最低并网转速还导致传动链摩擦损耗占比大。整机集成电气模型分析表明，在小风段降低双馈机组的最低并网转速、减少电机铁耗有利于机组发电效率提升。机械损耗大变流器损耗大风能捕获效率差发电机电磁损耗占比大冷却系统自耗电占比大杂散损耗占比大双馈机组最低并网转速限制了风轮空气动力性能发挥，低风速时Cp较差小功率运行时仍需保持较高的转速，导致齿轮箱、发电机等部件机械损耗占比大小功率运行时，变流器仍需输出较大励磁电流，变流器损耗占比大低风速效率差的原因一、风电机组集成电气系统分析中国中车股份有限公司版权所有20155在整机电气模型基础上，建立全场电气模型，集成系统分析表明场级损耗主要于在箱变、线路等单元固有感性属性引起额外输电损耗和无功补偿装置SVG/SVC的运行损耗。一、风电机组集成电气系统分析中国中车股份有限公司版权所有20156单台机组通过适当的无功调度，既能补偿输电过程中产生的感性无功，提升输电效率，还能提供足够无功，使SVG/SVC无需投运产生额外损耗。目录中国中车股份有限公司版权所有20157风电机组集成电气系统分析第一部分发电量提升第二部分可靠性提升第三部分应用及结论第三部分二、发电量提升中国中车股份有限公司版权所有20158集成电气系统分析计算和在此基础上的各类仿真分析，为电气传动链维度提升发电量提供基础，主要从如下5方面提升发电量：1、超级双馈；2、虚拟电阻；3、新型变流器控制策略；4、额定功率拓展；5、最优传输运行策略和场内损耗优化。二、发电量提升中国中车股份有限公司版权所有20159发电量提升1__超级双馈

：由集成系统分析计算可知，双馈机组在低风速下风能利用率Cp与理想值差距较大，根本原因在于双馈机组的调速范围受限。空气密度1.225kg/m3，年平均风速6m/s，威布尔分布（k=2）二、发电量提升中国中车股份有限公司版权所有201510发电量提升1__超级双馈：通过在低风速下将电机由三角连接转换为星型连接，降低主磁通，从而拓展双馈系统调速范围，将真实Cp向理想Cp靠近。二、发电量提升中国中车股份有限公司版权所有201511发电量提升1__超级双馈：采用超级后，从提升低风速Cp、降低发电系统电磁损耗、降低传动链机械损耗、减少自耗电等方面增加发电量；二、发电量提升中国中车股份有限公司版权所有201512发电量提升1__超级双馈

：现场实测功率曲线和整机效率提升如上；基于等时间片切换的实测数据表明，对于年平均风速5m/s的机组，发电量提升比例为3%。二、发电量提升中国中车股份有限公司版权所有201513发电量提升2__虚拟电阻：对于电气传动链中采用RC滤波回路的机组，损耗约为3kW，通过虚拟电阻技术，将实体电阻的功能由软件实现，从而减少电阻损耗提升发电量。二、发电量提升中国中车股份有限公司版权所有201514发电量提升2__虚拟电阻：实测数据表明提升发电量0.6%。二、发电量提升中国中车股份有限公司版权所有201515发电量提升3__优化变流器控制策略：通过优化变流器IGBT的开关频率、直流电压利用率、最小脉宽等，减少IGBT器件的运行损耗，全运行范围内，损耗减少2-3.3kW，同时还显著降低机侧变流器温升，改善变流器过温问题。二、发电量提升中国中车股份有限公司版权所有201516发电量提升3__优化变流器控制策略：通过减少变流器模块损耗从而提升发电量，年发电量提升约0.6%。二、发电量提升中国中车股份有限公司版权所有201517发电量提升4__额定功率扩展：绝大多数场址、机位的风况、湍流、载荷等均未达设计限；通过优化整机运行策略、提高机侧变流器调制比、优化机侧功率因数、限定电气系统安全工作条件等措施，使整机具备功率扩展能力；依据机位点具体风速、湍流等，将机组额定功率由1.5MW扩展到1.6MW，部分机位可以进一步扩展到1.8MW。二、发电量提升中国中车股份有限公司版权所有201518发电量提升4__额定功率扩展：通过扩展机组额定功率，提升高风速段发电量；WT1500机型、标准空气密度，额定功率由1.5MW提升到1.6MW，年平均风速5m/s机组，发电量提升2%年平均风速7m/s机组，发电量提升3%。额定功率扩展二、发电量提升中国中车股份有限公司版权所有201519发电量提升5__场内损耗优化：风电机组从箱变入口将有功传输至并网点，由于各个节点功角变化，产生无功形成额外损耗；同时为了满足入网要求风电场SVG/SVC将有功转换为无功产生运行损耗。二、发电量提升中国中车股份有限公司版权所有201520发电量提升5__场内损耗优化：通过最优无功运行策略，使传输效率最优，同时满足并网点关于功率因数的需求，SVG/SVC无需投入运行。通过减少风电场内部输电损耗和无功补偿装置的运行损耗提升入网电量，典型值为1-3%。目录中国中车股份有限公司版权所有201521风电机组集成电气系统分析第一部分发电量提升第二部分可靠性提升第三部分应用及结论第三部分三、可靠性提升中国中车股份有限公司版权所有201522变流器故障长期占据风电机组故障率前三，双馈电机本质是感应绕线异步电机，具备异步电机的基本特性。故障率高三、可靠性提升中国中车股份有限公司版权所有201523现状：发电是风电机组最根本的性能，现状是变流器故障后风电机组只能停机，失去发电功能。新功能：变流器故障后，将双馈电机转换为绕线异步电机，双馈机组转换为变桨定速机组，仍然具备发电功能，发电量为正常状态下60%以上。三、可靠性提升中国中车股份有限公司版权所有201524虚拟电阻技术：通过虚拟电阻技术，将实体电阻的功能由软件实现，极大减少滤波回路故障，降低运维成本，提升机组可靠性。虚拟电阻目录中国中车股份有限公司版权所有201525风电机组集成电气系统分析第一部分发电量提升第二部分可靠性提升第三部分应用及结论第三部分四、应用及结论中国中车股份有限公司版权所有201526提升发电量提升项点提升比例可变拓扑运行策略(超级双馈)3%虚拟电阻0.6%新型变流器控制策略0.6%额定功率拓展2-3%最优传输运行策略和场内损耗优化1%-3%总计7.2%-10.2%四、应用及结论中国中车股份有限公司版权所有201527可靠性提升提升项点原状态现状态变流器容错停机，失去发电功能，从电网消耗电能转换为变桨定速机组，仍然正常发电。虚拟电阻某风场全年直