2013年10月17日下午，北京国际风能暨展览会——电气及控制技术。来自北京科诺伟业股份有限公司的李海东博士演讲：5MW风电机组电控技术发展现状与展望。以下是全文：
李海东：各位来宾、各位朋友，大家下午好!下面由我来代表北京科诺伟业科技股份有限公司为大家介绍一下“5MU风电机组电控技术发展现状与展望”。报告分四个部分：
一、5MW风机发展现状的分析
二、5MW风机电控系统关键技术跟大家做一个分享
三、超大功率风电机组发展趋势
四、超大机组电控技术发展展望
一、5MW风电机组发展现状
它的功率等级在逐步增加，相应叶片直径在放大，可以看到在2005年的时候全球率先推出了5MW风级。
中国从2006年到2011年单机容量的变化趋势：到前年中国的装机容量是1.5MW的功率等级。最新的统计，全球2012年整个新增的单机平均容量是1.85MW，比2011年提高了0.17MW数量。整个发展形式来讲大型化趋势非常明显，其中欧洲，由于海上风电发展比较快，丹麦最快，达到了3M五W，英国、德国平均容量也超过了2.3MW，我们去年是1.65MW，比1.5MW也有所提升。由于我们2MW机组的增加，我们的2MW机组由2011年17%，去年达到了30%，发展来讲整个机组大型化发展是发展必然的趋势。
随着海上风电逐步的启动，5MW必将成为海上风电的主要流机型。
(图)这是国外目前部分公司5MW级风机机组的研制进展，包括VESTAS、GE、西门子、BACD等公司，都有5MW级别的产品推出。其中BARD公司和VESTAS公司大功率产品批量装机。与此相对国内华锐、东气、联合动力、湘电、南车这些公司，在最近一段时间，包括去年年底，再早之前都有相应的样机运行，另外明阳等都是在研制阶段，年底大概都可以推出样机。
针对过外统计情况，首先传动链做一个简单的数据分析：可以看到国内直驱占60%，高速传动占40%。国外是直驱、高速和中速三种类型，各占55%、18%、27%。
发电机类型：就是永磁和双亏，各占80%和20%。永磁发电机是5MW发动机主要的类型，是因为它简单方便。
二、5MW级但孔系统关键技术
(一)控制系统关键技术
控制系统包括变桨。从技术需求来讲，5MW技术包括传离带，叶轮巨大，受力不均，降低疲劳载荷，国内有一家做160多米的叶片开发，包括轮度高度在150米，这样叶片受力不均匀，而且希望它有更长的寿命，那么载荷优化肯定是一个非常关键的技术。
第二个就是高可靠性。海上这种特殊的环境下，包括烟雾、腐蚀、雷电，甚至台风，这种情况下，会对机组设备造成更多的损坏，包括粗线故障纪律也比陆上更高，本身成本非常高，维护起来很不方便。这种情况下对设备来讲高可靠性也是非常重要的。
第三个就是状态监测。这跟高可靠性互相相关联的。是否能对机组故障进行更好的判断和预警，这也是控制系统要解决的关键技术。
对载荷优化有几个主要的技术点：第一就是独立变桨控制技术，通过独立控制三个叶片桨距角，限制风轮输出功率的同时改善机组所受气动载荷
独立变桨控制是在统一变桨控制的基础上，叠加一个偏差角，将叶片载荷分解，提取不平衡载荷进行控制。
传动链阻尼控制技术：
塔架阻尼控制技术：通过控制桨距角改变风机叶轮推力的变化，抑制塔筒前后的振动。
智能监测技术：主要是提供传动链的状态监测。传动链包括主轴、发动机等等，这几个环节上要进行在线监测分析，对它的振动频谱信号进行监测、分离、判断，进行故障判断。在线检测技术要对整个机组运行数据、故障信息进行提取分析，判断准备的故障点，同时对可能发生整机故障包括零部件的故障进行预警。
可靠性技术：三个方面考虑：第一个是对变桨备用电源管理。它的容量是非常关键的，所以是容量在线监测技术。再一个电源健康状态监测，是否老化或者是否能够正常充放电，包括被动电源最佳效率充电，以及能量什么状态情况下可以进行顺桨一系列的管理。第二个是从控制和机组安全保护盲从的。是关于安全链保护的设计，包括机组极端广况下的保护技术。第三个就是冗余设计。是关于整个电气、软硬件综合的冗余设计保护技术。
产品需求：变流器的需求
变流器是整个发电机和电网之间连接的设备，它随着机组功率增加，它的功率电流以及电压需求都在相应的增加，在这样的情况下变流器采用什么样的方式更高效拓扑?更可靠也是需要解决的关键问题。
第二个就是高可靠性的问题，第三个就是电网适应能力。这对变流器来讲是一个永久话题。
首先从解决大功率脱铺结构我们分析有三点：包括多层次并联技术。一个是解决均流问题，第二是解决均流和环流问题，再个解决均流和主从控制问题。
第二个是中压多电平技术：包括二级管签位多电平脱铺结构。中点电压平衡，第二个就是H桥脱铺结构，采用低压功率单元模块技术。第三是从点气设计角度，采用更成熟的产品并联提高电气电流耐受能力，采用期间串联采用耐压。
两电平变流器并联：优点是结构简单、冗余度强，可靠性高，易于模块化设计。缺点就是有均流和环流，系统开关频率较高，损耗大，效率偏低。二级管钳位多电平脱铺结构，优点是多电平输出，谐波较低。
电网适应性技术：有三个方面，一个是主动行营恶劣电网，一个是故障穿越能力，再一个是无功支撑能力。
高可靠性包括三个方面：环境适应能力、故障诊断、结构模块化设计
三、超大功率机组发展趋势
1、超大功率风电机组现状
10MW超级大功率风电机组整机和零部件设计关键技术研发，科技部已在十二五规划中布局，目前国内各单位正在处于研发阶段。
长寿命及高可靠性设计方案、简单轻量化的新型传动技术、抗灾害性大风的气动和结构设计技术、抗盐雾和防腐蚀材料工艺设计及机械制造工艺设计技术，解决这些关键技术是超大关键机组未来追求的目标。
国外目前10MW级产品进展：英国Clipper、挪威SWAY、美国AMSC、GE都有这样的计划，可见10WM风机是未来海上风机的平台。
控制技术展望：海上尤其10MW风机，可能因为海上风电投资，风机当中占的比重远远低于陆上，对于投资者来讲肯定愿意把更多的钱投到真正发电的设备上。对于海上，尤其深海来讲，功率等级越大投资收益度越高。所以深海就是10MW级的。对于海上资源来讲风况非常稳定，但是湍流强度非常大，极端风况对风机来讲破坏度最高。对控制来讲，就要考虑应对极端风况下能够使机组避免过渡载荷和风轮超速故障。是否能对极端工况预测?包括极端必须要停机情况下如何停机?这是控制系统需要研究的课题。
对于变流器来讲，10MW级是非常大的功率等级，首先能否有更高功率的模块化设计?更高能量密度的功率模块?如何更好的方便的维护?包括IGCT以及其它的包括赛米控也正在考虑全密闭的功率器件提高耐压耐流。
第二个就是拓扑结构，包括中压多变流。
第三个还是电网适应性问题更加深入。海底和风机之间的影响，包括海底电缆的阻抗特性，包括风机离岸的电网架构，对风机来讲提出了更高的要求。
以上就是我的报告，谢谢大家!
主持人：谢谢李海东。
提问：对于5MW变流器，你刚刚提供了很多方案，比如说有并联，和变流器并联，包括采用中压的极联或者说三电平的技术，你认为目前来看，如果中压情况下，哪一种更具优势?技术上都能实现，但是怎样在性能达标的情况下，商业化的角度来说是最好的?
李海东：这个问题非常好，首先这两个技术是两个不同的技术路线，从技术上来讲都可以实现，而且我也可以直接告诉你，我们公司目前这两种技术路线都在走。我们目前低压的方案是可以最先实现产业化的，可以最先产品化的。因为我们做的东西要有一定的客户，目前情况是我们低压方案会最先产品化，中压也在做。但是从实现的先后角度来讲，要比低压的稍微慢一点。
