[01593863]高效高可靠风力发电机组关键技术及应用

中国风力发电已成为继火电和水电之后第三大发电方式，风电装机容量连续七年位居世界第一。但与传统火/水电相比，风电成本仍较高，成为替代传统能源的主要瓶颈。风电机组常年工作于风沙、冰雪及盐雾等恶劣环境，极易造成机组运行故障，机组停运直接意味着能量流失。提升风电机组年发电能力是降低风力发电成本的有效途径，必须从提高风电机组自身运行效率和减少机组停运时间两方面入手。因此，开展高效率、高可靠风电机组的研究，是实施风电大规模开发利用的必然选择。项目依托国家自然科学基金重点项目、国家863计划、国家973计划等十余项课题，围绕发电机精准设计与效率优化、机组可靠运行和带故障发电三大关键问题，开展了基础理论研究与关键技术攻关，取得了重大创新突破。 1、揭示了激励源、涡流等多要素对发电机损耗的影响规律，提出了综合考虑直流偏磁、旋转磁化、各向异性导热、接触热阻等因素的损耗与温升精确计算方法，建立了电、磁、热多场耦合的发电机/变流器一体化设计理论，发明了风电变流器多桥臂协同调控及低风速相组优化控制技术，实现了风电机组精准设计和高效运行。发电机铁心损耗计算误差降低至7.5％，温升计算偏差小于3K，发电机谐波电流降低30％，低风速下变流器损耗降低15％以上。 2、揭示了多相组发电机拓扑演变规律，建立了多相组发电机拓扑优化理论，发明了冗余热备份多相组发电机系统；提出了转矩和磁链双闭环转矩波动抑制方法，发明了多相组发电机空间矢量解耦映射转矩优化控制技术；提出了风电机组三叶片独立变桨和多目标最优控制方法，解决了最大风能跟踪和风电机组疲劳载荷抑制之间的矛盾。传动链疲劳载荷减小20％以上，单台机组日均故障率降低95％，年发电量增加达5％。 3、发明了风电机组全电气信号的多类型故障特征提取与诊断技术，实现了风电机组故障隐患的快速识别和准确定位；提出了最大化利用健康部件的带故障运行方法，发明了串联耦合补偿、直流侧集成储能的低电压穿越技术，有效提高了风电机组故障状态下的持续发电能力。故障状态下机组发电能力损失减少50％。 获授权发明专利44件，相关技术成功应用于国电联合动力UP2000-115、UP2000-121和长风新能源MW级发电机等产品，并通过中国船级社测试认证，近二年新增销售34亿余元、利润3.6亿余元。发表SCI论文64篇，ESI高被引论文4篇，8篇主要论文SCI他引262次；编著教材《可再生能源发电技术》并被100多所高校采用。获中国产学研合作创新奖、江苏省专利发明人奖、IEEE IAS博士论文竞赛一等奖等学术奖12项。项目第一完成人成为该学科国内首位IEEE和IET双Fellow，该学科国内首位IEEE工业应用学会“Distinguished Lecturer”；培养了国家杰青1人、国家优青2人、青年长江学者1人、江苏省杰青1人等创新人才。