大容量风电变流器技术创新项目「大功率风电变流器」

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随着风力发电机组单机容量的不断提升，风电变流器也面临着单机功率提高、机组纽缆、散热冷却、可靠性等问题和挑战，690V电压等级的机组效率、降本已近瓶颈，难有革新性突破。变流器在当前“双碳”背景及建设以新能源为主体的新型电力系统环境下，需要进一步提升电压等级及涉网性能，以满足风电行业大规模、高比例、高质量、市场化发展需求。

电压等级提升方案

通过风电变流器电压等级的提高，可以进一步降低损耗、提高转换效率、减少电缆数量。当前，如NB/T 31014-2018《双馈风力发电机变流器技术规范》、NB/T 31015-2018《永磁风力发电机变流器技术规范》等标准，借鉴了1140Vac电压等级在牵引、给排水、石油、矿山等领域应用情况，提高了网侧变流器电压等级优选范围。

1000VAC系统：成熟可靠的低压IGBT器件，1700V等级IGBT，与690VAC系统两电平方案器件共用。

3300VAC系统：三电平方案，采用4500V等级IGBT，适用于10MW以上机组优势进一步突出。

数据来源：阳光电源

利用大功率风冷双馈变流器，兼容电压提升方案（兼顾定子高压，如6kV、12kV），进一步提升功率等级，适用于风电大基地项目。

风电变流器网侧机柜放置于塔基，机侧机柜放置塔顶，通过正负直流母线传输，提升载流效率，减少电缆；同时，机侧变流器置顶可进一步降低du/dt影响。

涉网性能提高方案

国家标准GB 38755—2019《电力系统安全稳定导则》，提出了“新能源应具备一次调频、快速调压、调峰能力，且应满足相关标准要求”；GB/T 19963.1—2021《风电场接入电力系统技术规定》，提出了“风电场应具备惯量响应和一次调频功能，可根据电网运行实际情况需要启动与禁止。”综上，对于风电在内的新能源均提出了更高的涉网要求。

风储集成的风力发电机组，协同运行以解决风电波动性大、支持能力不足、辅助服务成本高等问题。在平滑出力波动、提升风电机组对电网频率/电压主动支撑、参与电力辅助服务市场等方面有良好的应用前景。

平滑出力方面：改善机组功率特性，提升风电机组的出力稳定性和调控准确性，有助于解决多机运行控制目标协调复杂等问题。

频率支撑方面：风储协同通过快速频率响应控制可实现对系统惯量的有效支撑，以及良好的一次调频性能。

暂态支撑方面：暂态故障时，机组能够减少硬件保护动作，优化暂态响应过程，在特定场景下可降低机组的冲击载荷和疲劳载荷。

当前，大规模风电并网使得电力系统呈现“高比例”与“弱电网”形态，风电并网需实现由跟随到组网的角色转变，风电变流器以实现功率模块国产化、三电平拓扑结构产业化应用为导向，大力开展电压源型风电机组研制及示范应用为主攻方向。对此，能源行业风电标委会风电电器设备分标委正在开展“并联型风电变流器控制系统技术规范”、“风力发电机组储能变流器技术要求与试验方法”、“风力发电机组变流器功率模块选用导则”等相关标准制修订工作，拟从风力发电机组变流器系统角度，对其技术要求、试验方法进行规范，助力风电行业高质量发展。