以下為演講實錄：

 

　　非常榮幸有這個機會和各位嘉賓和領導共同分享大功率海上風電電器裝備關鍵技術。今天我花一分鐘的時間對我們的禾望電氣做介紹，再進行海上風電變流器和遠程運維技術以及無功補償的技術交流。

 

　　禾望電氣是總部位于深圳市的高新技術企業，我們主要從事新能源電控和傳動產品的研發、生產、銷售和服務，現在大概有1011人，有651人是非生產人員，大概有51%是屬于研發團隊。總部在深圳，大概有2萬平的研發（面積），生產是在寶安、松崗還有蘇州、東莞、鹽城，總共有10萬平的面積。目前我們有3條完整的產品線：風電產品線、光伏產品線和傳動產品線，基本上每一塊業務都可以生產相關行業的全部電器設備。

 

　　關于海上風電變流器，目前有三個方向：一個是3300V三電平海上風電，一個是1140V三電平海上風電，第三個是690V三電平海上風電。

 

　　傳統的大功率海上風電都是把變流器安裝在塔筒下，這樣有一個扭纜的問題比較難解決。基本在6兆瓦的時候我們的電流在6000A，也就是當前接受的最大電流，當功率大于6MW-8MW的時候基本上不能把這個電流器安裝在塔筒下面。這樣有三個解決方案：第一個是把電壓提升在3300V，然后把3300V的電壓送到塔筒下面；第二個是1140V的方案，同樣和3300V是一樣，但是它可擴升的容量相比3300要小一些；第三個是傳統的690V的系統電壓，把箱變、變流器放在機艙上，通過35千瓦的電纜把電流輸送到塔筒下面。

 

　　傳統的功率器件有低壓的IGBT，高壓的IGBT還有IGCT、GTO。在這里面IGCT是值得關注的器件，它是1997年ABB在GTO的基礎上推出來的，導通損耗、開關速度快。但是IGCT也有一個問題就是電流的器件，這也是阻礙IGCT在國內大規模應用的限制。

 

　　關于IGCT的常用拓撲主要有這四種。第一種是供應緩沖電桿還有公用緩沖電路，但是這種拓撲換流路徑非常復雜，需要設置相間的錯插，這個是最早ABB使用的方案，但是基本上ABB放棄這個方案。第二個是方案是供應緩沖電桿，這種方案比第一種方案高一些，現在ABB大量使用的是第二個方案，代表性產品是PSC和ACS電流線，也是在大規模風電上應用的拓撲；第三個是拓撲是以西門子為代表的，西門子有這個代表產品ML2和MS10，這個方案的可靠性是最高的；第四個方案是以前ABB的專利，是前位二級管并聯前位的IGCT，進一步提升單機的容量，提升IGCT的利用率。

 

　　IGCT是供壓變流器的核心器件，約占總成本的50%，怎么提高IGCT的利用率是降低成本的有效措施。提升IGCT利用率方面，可以在ICGT旁邊并聯RCD吸收電路，這樣我們可以大幅度降低IGCT的關斷損耗，但是開通損耗略有提升。這種方案可以使IGCT的利用率提升27%，但是變流器的整體效率略有下降。下面是我們的一個仿真計算的結果，就是在開關的過程中大家可以看到IGCT的開通損耗略有上升，但是在關斷損耗會大幅度下降，這樣整體的IGCT的損耗會大幅度下降，我們可以把IGCT變流器單機容量做很大的提升。

 

　　現在常用的IGCT第一個拓撲是傳統的三電平拓撲，傳動到10MVA，風電可以到5MW和7MW。第二個我們研究的方案是NPC+RCD拓撲，在風電領域可以達到單機8-10MW，傳動可以到14MVA；第三個是ANPC的拓撲，它會把T1和TC管的開關損耗轉移到T2管上，同時把T2管上的導通損耗轉移到T5和T6管上，這樣容量可以大幅度提升，傳動可以到14MVA，風電可以達到8-10MW。同時采用高強度的鋁框架結構可以把模塊里面的整體重量下降，國外的模塊單模塊重量在350公斤，現在我們做的這個模塊的重量達到200公斤，而且體積非常小，相比國外的維護也非常簡單，基本上可以實現20分鐘的維護。

 

　　這樣單機的5、6、7、8、10MW可以統一結構設計，選用不同的器件可以功率放維，輕松安放在5800內徑的塔筒里面。現在我們這種單機10兆瓦的大功率的海上風電的方案基本上可以低壓在系統方案上，系統成本上做到持平，基本上8MW和10MW的大批量應用的條件，但是8MW和10MW的性能會獲得大幅度的提升，比如可靠性非常高，成本會非常低。可靠性非常高是性能更優。

 

　　下一個方案是1140V的方案。大家知道傳統的690變流器放在塔筒上面，基本上它的容量達到7MW，已經達到極限了，再往上基本上解決不了扭纜的問題。1140的方案基本上可以實現大功率海上風電8-12MW變流器安裝在塔筒上面，可以解決扭纜的問題。第二個使用傳統的低壓IGBT器件，構建IGBT的三電平模塊，再用三電平模塊構建IGBT的三電平振極。這個方案的優點是解決扭纜多的問題，同時這個器件承受度非常高，成本和低壓的IGBT基本上差不多，略有提升，同時業主和集成商接受度是非常高的。使用這個方案就可以把我們的電機還有我們的齒輪箱放在塔筒上面，用1800V的電纜放在塔筒下面，再送到電網。

 

　　關注1140V的變流器，行業有一個顧慮，1140到底是不是中壓系統？我查過IEC和國標的標準，IEC的61800和60646和國標的516，基本上定義的這個就是UN大于1000V是屬于中壓系統，但是UN大于1000V是這樣的，UN的定義是這樣的，低于TN系統的話，UN是相變壓，就是1140V它的相變壓是650V，就是沒有達到中壓系統的，但是1140V用在用在IT系統下的1140V應該是屬于中壓系統的。目前國內使用1140V的系統基本上屬于TN系統，所以是可以劃到低壓系統中的。

 

　　對于傳統的690V的變流器，如果用在超大功率海上風電的話器件數量會不會大幅度提升？怎么提升系統的可靠性呢？使用無擾切換技術在單機故障時，另外一臺機器正常運行，可以大幅度降低變流器運行的故障率，提升可靠性，同時假如采用這種無擾切換的技術可以提升變流器運行的效率。在并流方面要求非常良好的通訊功能，保證通訊的及時性和可靠性，我們可以做到1+1等于2。

 

　　這是并聯的無擾切換技術。風電變流器最高效率點一般在50-70%的負載之間，假如我們在小功率的時候停掉一部分的變流器，只要小部分的變流器運行50-70%負載的時候，那我們就可以提升整體的變流器的運行效率。右側的柱狀圖可以看到藍色是常規的變流器的效率，它在10%特別是小功率的時候，效率是比較低的；但是如果使用無擾切換把多流的變流器切除掉，保證系統運行在最高效率點，紅色是無擾切換效率圖，可以看到低功率段的效率獲得大幅度的提升。下面是無擾切換的一個線性圖，藍色部分是兩種方案對比的效率提升。

 

　　海上風電和陸上風電的最大區別是它的高濕、高鹽。假如我們沒有使用高濕高鹽霧的處理，結構性的器件基本上有一些鹽霧的腐蝕，達到不能使用的地步。

 

　　針對海上的高濕高鹽霧我們認為要做到下面幾點：首先制定嚴格的開發標準，鹽霧試驗方面高于行業要求的試驗，做到多循環的試驗；經驗積累也是非常重要的，針對海上風電要求有非常有經驗的加熱除濕的方案，保證內部的變流器的溫度持續高過外部的溫度，才能抵抗外部的鹽霧侵蝕；在防護等級方面海上風電都要做到IP54的發電；噴涂材料通過C4、C5等各種噴涂；材料方面根據不同的部位選擇304、316噴附鋁鋅板；包裝塑封抽真空包裝，減少運輸和儲存環境的影響。

 

　　大家知道變流器的壽命，我們研究這種載波移相的技術和不同的發波方式對母線紋波的影響，我們發現不同的載波移相和不同的發波方式會對母線紋波的有比較大的影響，我們選擇比較好的移相方式和發波方式降低母線紋波的電流，提升母線電流的使用壽命。

 

　　海上風電的運維受到多重的挑戰，比如氣候影響、距離影響、交通工具的影響、故障定位和施工難度、備品備件。海上風電的運維首先必須對海上風電的運行狀況進行實時的監控，運用信號故障運行對風機進行監控；同時對這樣易損部件定期進行故障檢測和更換，假如發生故障以后要快速定位故障的原因，故障的部件快速維護、恢復運行。

 

　　變流器的大數據是非常好用的，變流器的大數據是包含電器齒輪箱、電網、變壓器的所有數據，而且數據的實時性非常高，種類非常豐富，分辨率也非常高。變流器的數據分辨率可以達到4K赫茲，使用變流器的大數據，同時結合軟硬件的組網，結合變流器廠家的專業技能可以做到遠程智能運維。

 

　　所謂遠程智能運維我們覺得應該做到下面幾點：運行數據的實時監控、智能故障診斷、遠程運維協同，所謂遠程運維協同就是現場的人員和專家進行協同工作，第四個是生產管理功能，通過這樣的軟件智能運維系統可以實現風場的實時監控、快速的定位故障、預知提前檢修、縮短維修周期、降低人工成本，我們認為基于變流器大數據的遠程智能運維系統是未來海上風電運維的重要幫手。產品體系軟件系統包括單機的Hopeinsight、hopeview等整體的系統工具。

 

　　使用這種智能運維系統，我們可以看到全國所有風場的運行概況，每一個風場可以看到每一臺風機的運行概況，也可以看到所有的風機的風場運行的電網電壓所有的系統概況。進入每一臺風機可以看到這一臺風機的所有運行情況，而在單機的里面，我們可以看到這是一個故障錄播的功能，就是把故障前一段時間和故障后的一段時間的所有數據記錄下來，針對故障分析、故障診斷有非常大的幫助，這個數據的分辨率可以達到4k赫茲，這是遠高于之前的Scada數據的分辨率。同時手機端也有一個終端，在手機端進行監控故障診斷并且維護。

 

　　我們現在海上風電基本上是高壓交流出電，假如我們使用220千伏一千平的海纜的話，輸送距離在100千米的時候輸送，80%的是輸送有功的，到120千米的時候輸送有功和輸送無功的能力基本上相當，大于120千米以后，它輸送有功的能力快速衰減，基本上上面全是無功了。也就是海纜的強容性對無功補償提出更高的要求，但是未來提出高壓直流，會解決無功補償的問題。

 

　　針對海上風電的無功補償有兩種方案：第一種是SVC，是靜態無功補償裝置，由電容和和電抗器組成，成本低，無功補償容量大，但是不能響應新能源的無功條件高動態的響應；但是SVG可以滿足這個需求，SVG就是靜態無功發生器，由電抗器、濾波器、三相半導體橋和直流電組成，優點就是響應速度快等等。

 

　　SVG采用這種集聯的拓撲方案，把很多的功率模塊集聯進來，集聯模塊根據連接電網的方式和電網的電壓可以分為10千伏直掛式的SVG，350KV的直掛式SVG，和35千伏降壓式SVG。這是SVG的單相等效電路，當電網電壓低于額定電壓的時候，SVG向電網發出無性無功支撐電網電壓，當電網電壓低于額定電壓的話發出感性無功降低電網電壓，通過SVG支撐電網的電壓，它一般是使用載波移相的控制方式，假設有N個模塊集聯的話我們就有N個載波，N個載波的載波移相就是N分之180度，這樣的話輸出的變頻數量就是2N+1，輸出的諧波電壓和諧波電流非常小，這樣就可以實現我們對高送諧波的補償。

 

　　傳統意義的SVG是用來補充電網的無功，用來降低罰款的，但是風電的SVG功能和傳統的SVG的功能有很大的差別。風電的SVG是提供電網的無功支撐穩定電網的運行，所以我們現在要求風電使用的SVG要有高電壓穿越、低電壓穿越、諧波動態補償等功能，就是電網電壓高于額定電壓時發出感性無功把電網電壓降低，當電網電壓低于額定電壓的時候進行低穿把電網電壓提升上來，同時當電網電壓產生比較多的諧波的時候通過諧坡技術把電網的諧波補償回來。還有發生單向短路和兩向短路的時候進行校正把電網拉到平衡的電壓。

 

　　這是兩個SVG的典型應用，一個是內蒙古的通遼市高力風電場，第二個是青島光伏電站的解決方案，這是一個超高原的應用，解決電網的功率波動、高次諧波和功率波動的問題。

 

　　感謝各位專家的聆聽。

 

　　（內容來自現場速記，未經本人審核）