风电机组超级双馈改造项目技术应用案例

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风电机组超级双馈改造项目技术应用案例WT2000D121风电机组超级双馈改造项目技术应用案例，风电场全寿命周期度电成本作为风电发展的关键指标越来越受到业界重视，因此，如何提升风电机组发电量是风电机组面临的重要课题。

一、背景

风电场全寿命周期度电成本作为风电发展的关键指标越来越受到业界重视，因此，如何提升风电机组发电量是风电机组面临的重要课题。

双馈风电机组在大功率运行下表现出高效率，但由于固有最低并网转速存在，且定子并网电压为电网电压不可调节，使双馈系统在中小功率运行时的效率相对不足。

如何提升双馈风电机组在小功率工况下捕获的风能能量，同时降低自身损耗是双馈风电机组急需解决的问题。为此，中车时代电气国家变流中心创新的提出了超级双馈技术，在多个风电场的中车风电WT2000D121机组上应用了该技术，并取得显著效果。

目录

一、应用案例

在湖南华电郴州太平里风电场、湖北华润栗溪等风电场先后中车时代电气国家变流中心创新的提出了超级双馈技术。技改前和技改后功率—转速曲线如下图所示，技改机组发电量比未技改机组发电量平均提高3%以上。

二、技术要点

双馈机组电气拓扑如图所示，变频器直接连接发电机转子，通过调节励磁幅值、频率等，实现定子与电网保持同步。大功率工况下，大部分电能由定子直接并网送出，运行方式使双馈系统具有极高的效率；不足20%的电能经变频器送入电网，能量分配方式使双馈系统具备很高的经济性。但是，双馈风电机组受限于逆变器输出电压，使机组必须在一定电机转差范围内运行。因此导致机组在小风时转速存在最小值，不能实现最优Cp追踪，风轮不能发挥最大潜力。此外，由于转速相对较高，小风工况时齿轮箱的摩擦损耗也较高。同时，并网电压恒定使双馈电机铁耗不可调节，变频器励磁损耗无法减少。这些因素使得双馈机组小风工况下效率较低。

超级双馈技术依据运行风况，通过新增双馈电机定子△（三角形）/Y（星形）切换电路，优化主控与变流器算法，自动改变发电机定子绕组拓扑，实现低风速段最优Cp运行以提升效率，其对双馈风机性能的优化堪称超级。具体原理是主控依据风况，控制接触器柜对发电机定子进行拓扑转换，小风工况转换为适合小风工况的星型结构，大风时转换为适合大风的三角形结构，主控和变频器根据发电机拓扑自动转换相应控制算法。机组调速范围增大50%以上，达到与直驱相同的范围，完全释放风轮在低风速下的潜力从而增加前端能量输入；电路拓扑变换将发电机铁耗等固定损耗降到原来的1/3，将变频器励磁电流降低到不足原来的1/2从而大幅降低变频器损耗；转速降低将齿轮箱摩擦损耗降低到原来的1/2，系统损耗显著减少后散热系统耗电大幅减少，通过以上措施，增加整机前端能量输入，降低转换环节损耗从而提升转换效率，最终提升发电量。

理论上WT2000D121机组在小风时段风能捕获效率增加，机组对应Cp变化如图。

三、应用前景

使用中车时代电气国家变流中心创新的提出了超级双馈技术的风电机组，将获得如下性能提升。

1、并网转速降低；

2、切入风速下降至不高于2.5m/s；

3、年发电量提升不少于50满发小时数。

机组启动条件比原来容易满足，机组更早进入发电状态，最优Cp起始风速由原来的4.5m/s下降至2.2m/s，2.2m/s风速即开始实现最优Cp追踪，显著提升低风速下的风能利用率。

保守估计，目前国内在运和将运双馈风电机组10万台以上，项目应用前景非常广阔。