风电变流器

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双馈异步风力发电系统，Gamesa公司 永磁同步发电机系统，Lagerway公司 电励磁同步发电机系统，Enercon公司
风轮机
发电机
控制
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风力发电技术现状
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风力发 风轮机的限速调速系统的研究 电系统
风力发电运行方式的研究 不同类型研制以及控制方法的研究 风力发电系统的软并网和软解列 MPPT，MEPT，储能等 风轮机 发电机 控制
2009全球风机新装机容量为38.3GW 比十年前增长10倍！
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2009全球风机累计装机容量排名
中国超过德国累计装机容量跃居全球第二！
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2009全球新增装机容量各国份额
2009 年中国新增风电装机容量为：13.8GW， 跃居全球第一！
清华大学 PEMC Lab
2009年
上海东海大桥102MW海上风电场的 34台3MW风电机组全部并网成功。
2010年我国首轮海上风电场项目特 许权招标将在今年9月开始投标包 括两个300MW的近海风电场和两个 200MW的滩涂风电场项目。
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三、风电变流器技术概况
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风力发电技术现状
功率调节依靠叶片的气动特性 一般采用双速鼠笼发电机 代表产品：NEG MiconNM2000
高速型：双馈、全功率（发电机体积最小！）
永磁发电机与齿轮箱的集成——紧凑、高效
中速型：全功率（发电机体积中等！）
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双馈电压型风机变流器拓扑
690V 接触器 EMI 升压变压器 接触器 核心控制单元 核心控制单元
LCL 滤波器
du/dt 抑制器
Vdc
DFIG
SVPWM
EMI
iL1 iL2
预期：1）到2020年70%以上的海上风电市场将由直驱风机组成； 2）未来1-2年3MW机型的成本可下降3-5%； 2）直驱风机在陆上风电市场的份额也会增加； 3）直驱机组将在2020年占到总新装机量的20%（目前占 14%）。
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2009-2014年中国风电变流器市场规模
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改造完毕形成的产业市场容量达1000亿元！
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解决问题之道二：新能源
水电、风电、太阳能、生物质能！
如全球风能的资源是巨大的，每年高达53万亿千瓦 小时，是水能资源的10倍！是2020年全球电力需求的 两倍！此外，风能还是一种清洁的、可再生的能源！ 最近20年来，风力发电机的单台功率增大了100倍， 成本随之大幅下降，已接近火力发电的成本。目前世 界上有5万兆瓦（MW）的风电机组在工作，为2000万人 口提供电力，带来很好的环境和社会效益。 我国风电2009底装机总容量达26000 MW ，2009年新增 装机13600 MW。
五、可再生能源的储能技术
抽水蓄能 压缩空气储能 蓄电池 超级电容 超导储能 飞轮储能
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超导储能
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将能量以直流磁场能的形式储存于 低温的超导线圈中 超导线圈，变换器低，温冷却装置 和真空低温容器 系统转换效率高，响应快，但是成 本太高，系统复杂
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超导储能系统
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风电变流器技术现状
前风电制造行业国产化水平较低的部件之一；
风电变流器属于风力发电机组核心部件，也是目
国内变流器市场一直以来被几家外资巨头垄断；
近年来国内企业在风电变流器研发及产业化方面
进行了巨大投入，并且有了长足的进步！
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风电机组类型：
低速型：全功率（发电机体积最大！）
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超级电容
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Simplicity——Eliminates complication of charge circuits. Longevity——Eliminates the cost and hassle of changing and handling of batteries. Efficiency——1/3 the weight of leadacid batteries, over three times the life
全球风机生产十强企业名单
我国华锐、金风、东汽三家企业 进入2009年全球风机生产十强！
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二 国内外风力发电状况
2009年我国新增风电装机排名 前10家企业市场份额(MW）
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二 国内外风力发电状况
2009年我国累计风电装机 排名前12家企业市场份额
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地热，生物质能，燃料电池，核能
地热能储量十分丰富
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二、国内外风力发电状况
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2001~2009全球风机总装机容量（单位：MW）
2009年全球风机装机总容量为：159.213GW， 年增长率为31.7%，是十年来增长最快的！
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2001~2009全球风机新装机容量（MW）
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一、 概
述
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我国面临的特殊难题 ----能源效率低下，造成大量浪费
技术落后还造成我国总能源效率低（32％）， 低于世界平均水平10％。单位GDP能耗是美国的 3.5倍，欧盟的5.9倍，日本的9.7倍，印度的1.6倍， 世界平均水平的3倍！我国近年来每年消耗全球 钢材、水泥、煤炭的30％左右，而GDP只占世界 的7％！每年平均给法国每人提供三双鞋子，换 回来几辆空客和大批电子垃圾。大量资源被浪费 不说，还变成废物，污染了江河，湖泊！
其中：CONVERTEAM、ABB、EMERSON等占有国内前几位的市场份额
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国内风机变流器的生产企业

南 车 株 洲 电 力 机 车 研 究 所 有 限 公 司
鞍 山 容 信 电 力 电 子 股 份 有 限 公 司
重 庆 科 凯 前 卫 风 电 设 备 有 限 公 司
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陆上三峡工程
哈密
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密开关站
方案一
大南湖 马鬃山 安西 敦煌 玉门 400 160 酒泉 372 金昌 330 279 嘉酒煤电基地 30 30 嘉酒直流外送
二厂
鱼 卡开关 站
230 乌兰 格尔木 194
日月 山 羊曲
拉萨
永登 西宁
白银
茨哈 峡 玛尔 挡
黄
拉西 瓦
黄 官亭
临洮
宁木 特 河
180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007
个
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我国新能源状况
风能
陆上可开发的储量为2.53亿kW
海上可开发的储量为7.5亿kW
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太阳能
年辐照总量大于502万kJ/m2
清华大学 PEMC Lab
风力发电核心技术变换器
发展趋势
清华大学电机系
李永东 2010.9
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主要内容
概述 国内外风力发电状况 风电变流器技术概况 风电变流器产业趋势 可再生能源的储能技术 结论
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一、 概
述
人类当前面临的世纪性难题 ----能源短缺和环境污染
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我国有效风功率密度分布
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我国风力发电
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到2009年 底，我国 已经建立 了200多个 风电场， 总装机容 量达到 26GW
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中国风电装机统计
中国累计风电机组数(除台湾省)
7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000
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中国累计风电装机容量(除台湾省)
600
台
0 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007
装机容量(万千瓦)
500 400 300 200 100 0 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007
中国累计风电场数量(除台湾省)
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节能的潜力 解决问题之道一：
如占工业用电30％以上的各种风机、泵类负 载，工况变化较大，如采用交流调速技术实现 变速运行，节能效果明显。以平均节电20％计 算，对全国来说年节电600亿度，同时可以相应 减少2000万吨发电用煤，50万吨二氧化硫和 1200万吨二氧化碳的排放！
节能、节能、再节能！
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风力发 定浆矩失速控制、主动失速控制风机
电系统
变浆矩控制风机
功率调节依靠叶片攻角改变 代表产品：Vestas公司V80
发电机 控制 风轮机 一般使用双馈发电机或者同步电机
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风力发电技术现状
风力发 鼠笼异步风力发电系统，应用广泛 电系统
Optislip结构(RCC)，Vestas公司
天 水 电 气 传 动 研 究 所 有 限 公 司
北 京 能 高 自 动 化 技 术 有 限 公 司
许 继 集 团 柔 性 输 电 系 统 公 司
天 津 瑞 能 电 气 有 限 公 司
国 电 龙 源 电 气 有 限 公 司
哈 尔 滨 九 洲 电 气
海 德 新 能 源 公 司
江 苏 大 权 集 团 公 司
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十一五计划执行情况
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工作进展：
建成1.5MW风电机组变流器年产1000套生产基地。
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离岸型风力发电
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关于直驱机组——发展趋势
尽管初始成本高出 5%-10%，因为大幅 降低了运营成本并 省去了齿轮箱更换 成本，直驱风机对 于海上风电市场具 有成本优势
二 国内外风力发电状况
2004~2009国内风电机组价格走势
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二 国内外风力发电状况
2009年我国新增装机中不同容量机组分布
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二 国内外风力发电状况
2005~2009我国各年新增装机平均功率
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海上风电场概况 2009年全球海上风电新增装机容量 达454MW，增长速度达到30% 目前全球在建的最大海上风电场： 丹麦北部海岸的Horns Rev II 海 上风电场，其装机容量为209MW
据统计，全球石油储量只够使用30~50年，我 国剩余的开采量只有世界人均的1/10。2010年我 国石油进口量将达1.6亿吨， 2020年将达2.5亿吨 （对外依存度>55％ ， 40~140$ /每桶 ）； 2020 年我国需煤炭23亿吨，大半用于火力发电，装机 将达10亿千瓦。尽管我国煤炭储量很大，但人均 也只占世界平均值的1/2，另外火电消耗大量水。
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四、风电变流器产业和趋势
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我国风力发电的前景与对策
预计在2010年时装机达20GW，
预计到2030年，风力发电将占全国总发
前景展望
电量的10％，对电网将产生影响。
问题和对策
加速核心技术如变流器和系统控制的国
产化，使其成本进一步下降， 大力发展离岸型风力发电（5MW以上）。
i g vg
SVPWM
码盘
vc
ir
n is vs
外部通讯
网侧控制器 核心控制单元
转子侧控制器
监控系统
双馈型风力发电机驱动控制变流器
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全功率电压型风机变流器拓扑
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全功率电流型风机变流器拓扑
优点：1）适合于高压大容量系统（功率器件串联相对容易）；2）由于阀侧电压近似正 弦，无需du/dt滤波器；3）良好的短路保护能力和LVRT特性 缺点：1）功率器件及供货问题；3）储能电感体积大、增加了损耗；2）系统的动态响 应和振荡问题
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2009-2014年中国风电变流器需求
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2009-2014 年中国每年风电变流器供需缺口
源自文库
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2009-2014 年中国每年全功率变流器供需缺口
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2009-2014 年中国每年双馈型变流器供需缺口
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国外主流风机变流器生产商
合 肥 阳 光 电 源 有 限 公 司
深 圳 市 禾 望 电 气 有 限 公 司
东 方 日 立 电 控 设 备 有 限 公 司
北 京 科 诺 伟 业 科 技 有 限 公 司
北 京 清 能 华 福 风 电 技 术 有 限 公 司
山 东 新 风 光 电 子 科 技 发 展 有 限 公 司
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一、 概
述
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人类当前面临的世纪性难题 ----能源短缺和环境污染
此外，大量的煤炭没有经过深加工就被烧掉， 不但热利用率很低，还造成对环境的严重污染。 世界上10个空气污染最严重的城市，有6个在我 国，每年造成33万人因肺病、呼吸道疾病而死亡。 我国CO2 ， SO2 的排放将很快超过美国，居于全 球第一；另外，汽车废气排放已造成全球性的温 室效应，也是造成我国城市近年来空气污染的主 要原因之一，将来用不着计划生育了。