MW级风力发电用变流器现状及发展研讨

码盘 外部通讯
二 风电变流器及产业概况
全功率电压型风机变流器拓扑
二 风电变流器及产业概况
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
2001~2009全球风机新装机容量（单位：MW）
2009全球风机新装机容量为38.3GW 比十年前增长10倍！
一 国内外风力发电状况
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！
一 国内外风力发电状况
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！
❖ 目前，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
二 风电变流器及产业概况
❖ 风电变流器属于风力发电机组大型核心部件之一， 也是目前风电制造行业国产化水平较低的部件之 一；
二 风电变流器及产业概况
二 风电变流器及产业概况
二 风电变流器及产业概况
2009-2014 年中国每年风电变流器供需缺口
二 风电变流器及产业概况
2009-2014 年中国每年全功率风电变流器供需缺口
二 风电变流器及产业概况
2009-2014 年中国每年双馈型风电变流器供需缺口
二 风电变流器及ห้องสมุดไป่ตู้业概况
二 风电变流器及产业概况
电流型+电压型的风机变流器
优点： 1）主变流器采用电流型拓扑且以方波调制以减低损耗 2）次变流器采用电压型拓扑且以低容量实现有源滤波 3）较快的动态影响和稳定性
缺点： 1）变流器结构复杂； 2）控制复杂
二 风电变流器及产业概况
矩阵型风机变流器
优点：无中间储能环节，效率高； 功率管的热应力相对较低（与电网频率相关） 开关损耗减少（半数的功率器件处于自然换流）；du/du低
一 国内外风力发电状况
2009年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！
一 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）
一 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
一 国内外风力发电状况
二 风电变流器及产业概况
二 风电变流器及产业概况
国外主流风机变流器生产商
其中：CONVERTEAM、ABB、EMERSON等占有国内前几位的市场份额
二 风电变流器及产业概况
ABB 风机变流器
❖ 一类是应用于双馈发电系统的ACS800-67系列（ 0.85 MW至3.8 MW） ❖ 一类应用于永磁同步电机且无齿轮箱的ACS800-77系列（ 0.8 MW至6
❖ 国内变流器市场一直以来被ABB 等几家外资巨头 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！
二 风电变流器及产业概况
风电机组类型：
低速型：全功率（发电机体积最大！）
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！）
二 风电变流器及产业概况
双馈电压型风机变流器拓扑
690V
升压变压器
接触器
EMI
核心控制单元 LCL 滤波器
接触器 核心控制单元
Vdc
EMI
du/dt 抑制器
DFIG
SVPWM SVPWM
iL2 ig vg
iL1 vc
网侧控制器
转子侧控制器
核心控制单元
ir
n is vs
监控系统
双馈型风力发电机驱动控制变流器
2004~2009国内风电机组价格走势
一 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
一 国内外风力发电状况
2005~2009我国各年新增装机平均功率
一 国内外风力发电状况
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
MW）
特点： ❖ 采用直接转矩控制（DTC） ❖ 三相半桥模块化设计 ❖ 全封闭紧凑型设计
ACS800-67LC 液冷型适用于 3MW 机组的双馈风电变流器
ACS800-77LC液冷型适用于5MW 以下机组的全功率风电变流器
配备有最新的软件和硬件， 以支持各个地区的电网法规。 如E.ON、R.E.E 和FERC Order 661
报告提纲
❖ 国内外风力发电状况 ❖ 风电变流器及产业概况 ❖ 超大功率风电变流器方案 ❖ 关于LVRT(FRT) ❖ 结语
一 国内外风力发电状况
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！
一 国内外风力发电状况
二 风电变流器及产业概况
ABB 风机变流器
二 风电变流器及产业概况
ABB 风机变流器
二 风电变流器及产业概况
科孚德机电 (Converteam) 变流器
❖ 科孚德机电 (Converteam) 前身是法国知名 企业阿尔斯通 (Alstom) 机电部，于2005年 成为独立的公司
❖ Converteam 中国区总部科孚德机电(上海)有 限公司位于上海市莘庄工业园区内，从2005 年发展到现在已有110 余名员工，并拥有 2000 余平米的生产基地
缺点：采用双向功率器件，且数量较多； 输入输出耦合，FRT性能差
二 风电变流器及产业概况
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
预期：1）到2020年70%以上的海上风电市场将由直驱风机组成（包括混合型）； 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%）。