3超大功率變流器助力海上風電發展-汕頭20231128.pdf

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1、2023 Copyright SUNGROW.Confidential密級：公開密級：公開演講人：2023 Copyright SUNGROW.Confidential超大功率變流器助力海上風電發展宋健2023 Copyright SUNGROW.Confidential密級：公開密級：公開大功率雙饋變流器關鍵技術和挑戰超大功率風電變流器技術探討3.2.1.海上風電發展趨勢目錄總結4.2023 Copyright SUNGROW.Confidential密級：公開海上風電發展趨勢3深遠海風電開發是海上風電發展方向，機遇和挑戰并存漂浮式 海上制氫制氨 直流/低頻傳輸 復雜自然環境“十四五”280

2、GW規劃逐步成型，海上風電高速發展根據11個沿海省份規劃，未來三年，預計國內海上風電每年約14GW的裝機或并網規模單機功率15MW機組加速推出，大兆瓦雙饋機型批量機組可靠性要求提升友好型電網/電機控制技術復雜源網荷交互特性中東南部陸上規劃預計50GW三北大基地陸上122GW海上新增規劃20GW海上首批規劃30GW十四五沙戈荒陸上60-70GW2023 Copyright SUNGROW.Confidential密級：公開4整機電氣系統（發電機、變流器、電纜、變壓器等）成本控制變為焦點；雙饋風力發電系統DFIG全功率風力發電系統G深遠海自然環境復雜、惡劣，變流器環境適應性能力要求進一步提升；單機

3、功率進一步提升，涉網、涉機控制和智能化保護，診斷，運維等要求提升；關鍵零部件供應鏈可控、國產化能力提升。海上風電發展趨勢/風電變流器技術發展挑戰2023 Copyright SUNGROW.Confidential密級：公開密級：公開大功率雙饋變流器關鍵技術和挑戰超大功率風電變流器技術探討3.2.1.海上風電發展趨勢目錄總結4.2023 Copyright SUNGROW.Confidential密級：公開大功率雙饋變流器關鍵技術與挑戰/系統拓撲方案GMDFIG雙饋變流器雙饋變流器抑制箱變空載環流優化定子均流GMDFIG雙饋變流器發電機定子雙繞組GMDFIG雙饋變流器定子中壓（10.5kV、2

4、0kV、35kV）常規方案2023 Copyright SUNGROW.Confidential密級：公開大功率雙饋變流器關鍵技術與挑戰/電氣系統方案7大功率風冷散熱應用，高防護設計覆蓋海上應用場景聯合整機開展機艙或者塔筒風道熱設計功率密度提升3MW6.25MW15MW風冷散熱液冷散熱塔基系列上置系列中壓系列3.xMW-10.XMW5.xMW-10.XMW6.xMW-15MW2023 Copyright SUNGROW.Confidential密級：公開大功率雙饋變流器關鍵技術與挑戰/電磁暫態8電網故障時雙饋發電機存在電磁暫態過渡過程，大功率雙饋變流器面臨更大暫態電流沖擊。data1無附加控制

5、策略 data25分別采用不同的策略電網暫態過程轉子無功電流響應-2-101230.3 pu0.25 pu0.2 pu0.15 pu轉子側電流轉子側電流/pu3.53.23.02.8發電機轉子漏感對變流器暫態過程的影響轉子電流感生多種頻率電流發電機轉子感生高反電動勢變流器承受暫態沖擊電流變流器電流控制裕度和跟蹤精度降低雙饋電磁暫態沖擊與發電機參數息息相關雙饋電磁暫態過渡受參數與控制策略影響明顯變流器IGBT功率模組需滿足穩態帶載能力+抗沖擊能力，同時要考慮傳動鏈的瞬時轉矩沖擊耐受能力，需約束發電機漏感設計2023 Copyright SUNGROW.Confidential密級：公開大功率雙饋

6、變流器關鍵技術與挑戰/同步速運行9雙饋機組同步速附近電流流向IGBT結溫波動仿真雙饋發電機在同步轉速附近運行時，轉子電流頻率接近0Hz，變流器機側換流頻率很低。低的換流頻率會導致IGBT功率模組結溫波動加劇，需關注機組在同步速持續運行時最大轉矩及持續時間。大功率雙饋機組在同步轉速附近的電流隨著機組功率提升不斷增大，對變流器硬件設計提出更高要求。2023 Copyright SUNGROW.Confidential密級：公開大功率雙饋變流器關鍵技術與挑戰/思考10重點關注同步速附近運行工況、電網故障情況下的暫態電流沖擊、傳動鏈允許的最大沖擊扭矩。雙饋發電機、齒輪箱與雙饋變流器等需聯合開展設計，尋

7、求系統全局最優。要充分考慮各種電網特性下電網適應能力，重點關注雙饋機組控制特性和電網阻抗匹配能力。2023 Copyright SUNGROW.Confidential密級：公開密級：公開大功率雙饋風電變流關鍵技術和挑戰超大功率風電變流技術探討3.2.1.海上風電發展趨勢目錄總結4.2023 Copyright SUNGROW.Confidential密級：公開超大功率風電變流器技術探討/發展需求12風電變流器發展需求可控電流可控電壓可控頻率功率密度性價比使用壽命響應速度/可控無功電能質量接入穩定大功率化風電機組大型化快速發展，大功率變流器方案必須是成熟的，尤其在關鍵部件供應鏈保障和國產化方面

8、要有可持續性。高可靠性大功率機組運維成本高/難度大。海上風電走向深遠海時，可靠性要求更高。電網友好柔直/低頻傳輸復雜了風電接入電網環境，網源交互出現振蕩、諧振風險高。變流器的電網適應性和支撐能力要有技術儲備。葉片齒輪箱發電機變壓器電網風電變流器2023 Copyright SUNGROW.Confidential密級：公開超大功率風電變流技術探討/挑戰1310MW+全功率變流產品15MW以上機組帶來的技術挑戰變流器+升壓變壓器 下置：15MW+發電機電纜數量增加帶來的機組扭纜問題，電纜成本增加；變流器+變壓器上置：15MW+過高的電流，部件散熱及機艙系統散熱和EMC帶來挑戰；高壓變流器拓撲，高

9、壓功率器件供應鏈單一，國產化難度高，供應鏈風險高，系統造價成本高；1140V/10.XMW平臺并機4.xMW-6.xMW單機8.5MW-13MW3300V/10.XMW1140V/10.XMW平臺3300V/10.XMW2023 Copyright SUNGROW.Confidential密級：公開超大功率風電變流技術探討/電壓提升方案14減少變流器件數量，提高轉換效率大幅降低風電機組電纜使用數量助力大功率風電機組系統優化設計顯著優勢電網接入提升至1800V變流器體積和重量降低1/3技術特征發電機端電壓可達2000V 新一代大功率工業級封裝模塊，功率密度高；封裝簡潔，并聯搭配靈活；系統模塊數量

10、少 高結溫、耐沖擊2023 Copyright SUNGROW.Confidential密級：公開超大功率風電變流技術探討/電壓提升方案15主要系統參數備注并網功率18MW網側電壓1140V10%1800V10%網側額定電流10988A6959A1800V系統網側電流可降低37%機側電壓1380V2000V機側額定電流8856A5933A1800V系統機側電流可降低33%典型直流電壓2050V3000VIGBT數量5761081800V系統IGBT數量減少30%2023 Copyright SUNGROW.Confidential密級：公開超大功率風電變流技術探討/海上電力傳輸方案16 高壓交

11、流(High Voltage AC，HVAC)高壓直流(High Voltage DC，HVDC)現有海上風電傳輸方式 海底電纜產生充電功率進而引發電壓控制、電能質量、故障穿越、諧振等問題。柔直使風電場對電網頻率變化體現出無阻尼特性，電網頻率穩定性降低?，F有技術問題 變流附加改進控制或新型拓撲結構，改善并網穩定性。采用新型輸電方式，如低頻輸電技術（Low Frequency AC，LFAC）等解決方案展望2023 Copyright SUNGROW.Confidential密級：公開超大功率風電變流技術探討/低頻傳輸方案17低頻傳輸方案，因頻率降低對變流器和變頻電源均提出更高要求變流器涉網框架

12、斷路器低頻分斷能力要求提高；網側變流器IGBT低頻結溫波動增加，帶載能力要求提高；變流器同容量下低頻時的電網等效阻抗更大，阻抗適應及寬頻帶振蕩問題重點關注；變頻電源可靠性要求高，具備冗余功能；變頻電源變頻電源1風電變流器風電變流器G G35kVac，20Hz隔離變壓器400KVA1140V/1140V50Hz輔助變壓器400KVA1140V/690V/400V50Hz箱變變壓器35kV/1140V20Hz輸入:1140V,20Hz輸出:1140V,50Hz變頻電源變頻電源2負載負載400V2023 Copyright SUNGROW.Confidential密級：公開超大功率風電變流技術探討/

13、低頻傳輸方案1816MW-20HzPSCAD是專業大規模電力系統仿真計算軟件；單機試驗功能驗證；場站模型驗證；仿真模型116MW功率等級；滿載運行；高低穿測試；仿真數據22023 Copyright SUNGROW.Confidential密級：公開密級：公開大功率雙饋變流器關鍵技術和挑戰超大功率風電變流器技術探討3.2.1.海上風電發展趨勢目錄總結4.2023 Copyright SUNGROW.Confidential密級：公開總 結20超 大 功 率 雙 饋 機 組 批 量 下 海，雙 饋 變 流 器 的 電 網 適 應（故 障 穿 越 和 電 網 適 應 性）能 力 除 了 依 賴自

14、身 控 制 算 法 和 硬 件 選 型 外，電 網 特 性、發 電 機 參 數、載 荷 需 求 影 響 巨 大，需 要 在 整 機 的 牽 引下，電 氣 系 統 上 下 游 等 聯 合 開 展 前 期 設 計。已 有 低 壓 或 者 高 壓 三 電 平 全 功 率 變 流 系 統 方 案，在 系 統 造 價 持 續 降 低 的 要 求 下，單 機 更 大 功 率等 級 時 的 變 流 器 相 關 器 件 裕 量、穩 定 運 行 邊 界 將 進 一 步 壓 縮，在 一 些 嚴 酷 的 應 用 場 合，機 組 的電 氣 系 統 可 靠 性、穩 定 性 風 險 加 劇，需 要 引 起 高 度 重 視。技 術 創 新 和 系 統 方 案 持 續 優 化 設 計，是 實 現 機 組 單 瓦 造 價 持 續 降 本 和 性 能 提 升 的 最 佳 方 案。在超 大 功 率 風 電 機 組 中，由 于 把 變 壓 器 深 度 納 入 電 氣 系 統 的 創 新 方 案 中，提 高 電 網 電 壓 至 1 8 0 0 V系 統 將 會 是 一 個 有 益 的 嘗 試。2023 Copyright SUNGROW.Confidential密級：公開2023 Copyright SUNGROW.Confidential謝謝