[00939825]大型并网风电机组控制系统关键技术及成套设备

中国风力发电已进入大规模开发时期，但核心的控制技术长期依赖国外。中国风电机组的运行环境与国外差异较大，特别是内地山区的高湍流、低风速和三北地区大规模风电集中接入弱电网。2010年中国风电机组因控制系统对风湍流和电网扰动不适应引起大规模风电机组脱网事故193起。核心控制技术的缺失，严重阻碍了中国风力发电健康持续发展。该项目在国家863计划、国家科技支撑计划的持续支持下，经过10余年的攻关，有效解决了风电机组在风轮扫掠面风速分布不均匀、随机变化以及并网环境复杂、伴随瞬时故障条件下安全高效运行的一系列突出难题，在国内完成了大型并网风电机组主控系统及变桨变流控制系统一体化的自主开发与应用，成功替代国外控制系统实现早期安装的国内外风电机组升级，突破了大型并网风电机组控制系统的关键核心技术，取得了以下创新成果：在国内研究并提出了大型风力机的能量转换效率与风速、转速和桨叶节距角的非线性关系，提出了跟踪最佳功率曲线的完整控制方案，解决了风速的不可测量性、风速变化的不可跟踪性和单独变桨控制不稳定等难题，实现了额定风速以下最佳风能转换、额定风速以上恒速恒功率运行的控制目标，最大能量转换效率超过0.46，达到国际先进水平（丹麦Vestas为0.46)。提出了复杂电网环境下双馈异步发电机系统协调控制策略，解决了大型风电机组在复杂电网扰动、变流器应力过载及控制系统响应不及时等引起的停机脱网问题，卓越地完成了大型并网风电机组故障穿越技术的开发与应用，低电压和高电压穿越性能均达到国际最高标准（德国E·ON等）要求。提出了动态载荷优化和独立变桨控制技术，解决了大直径叶轮在空间气流场载荷不均衡问题，有效降低了高湍流、低风速地区风电机组的疲劳载荷，提高了机组运行可靠性，并使机组结构效率达到国际先进水平。项目获发明专利15项、实用新型专利13项、软件著作权29项，制定国家标准1项，出版专著3部，发表论文50余篇（SCI收录20余篇）。论著被国内外专家他引3500余次。世界风能协会（GWEA)主席评价项目第一完成人，系统地提出了风电机组变桨变速控制技术的理论与方法，对中国风电机组控制技术进步和产业发展起到积极的推动作用。成果获省部级特等奖1项、一等奖2项。成果自2010年开始应用于兆瓦级变速恒频风电机组，先后完成了1.5MW、2.0MW、2.5MW和5MW风电机组控制系统的开发，以及进口兆瓦级风电机组的升级，特别是支撑开发了全球单位千瓦风轮扫掠面积最大的WD115/2.0MW低风速机型，使得年均风速6m/s以下的广大地区具有开发价值，极大地拓展了中国风能资源的利用范围，2014年低风速市场占有率国内第一。开发的控制系统已装备兆瓦级风电机组1877台，累计销售额超过20亿元，取得显著经济社会效益。成果的应用，突破了国外对大型并网风电机组关键技术的垄断，为中国特定环境条件下风能开发利用及风电机组的大规模并网提供了重要的技术支撑。