風電機組超級雙饋改造項目技術應用案例

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風電機組超級雙饋改造項目技術應用案例WT2000D121風電機組超級雙饋改造項目技術應用案例，風電場全壽命周期度電成本作為風電發展的關鍵指標越來越受到業界重視，因此，如何提升風電機組發電量是風電機組面臨的重要課題。

一、背景

風電場全壽命周期度電成本作為風電發展的關鍵指標越來越受到業界重視，因此，如何提升風電機組發電量是風電機組面臨的重要課題。

雙饋風電機組在大功率運行下表現出高效率，但由於固有最低併網轉速存在，且定子併網電壓為電網電壓不可調節，使雙饋系統在中小功率運行時的效率相對不足。

如何提升雙饋風電機組在小功率工況下捕獲的風能能量，同時降低自身損耗是雙饋風電機組急需解決的問題。為此，中車時代電氣國家變流中心創新的提出了超級雙饋技術，在多個風電場的中車風電WT2000D121機組上應用了該技術，並取得顯著效果。

目錄

一、應用案例

在湖南華電郴州太平里風電場、湖北華潤栗溪等風電場先後中車時代電氣國家變流中心創新的提出了超級雙饋技術。技改前和技改後功率—轉速曲線如下圖所示，技改機組發電量比未技改機組發電量平均提高3%以上。

二、技術要點

雙饋機組電氣拓撲如圖所示，變頻器直接連接發電機轉子，通過調節勵磁幅值、頻率等，實現定子與電網保持同步。大功率工況下，大部分電能由定子直接併網送出，運行方式使雙饋系統具有極高的效率；不足20%的電能經變頻器送入電網，能量分配方式使雙饋系統具備很高的經濟性。但是，雙饋風電機組受限於逆變器輸出電壓，使機組必須在一定電機轉差範圍內運行。因此導致機組在小風時轉速存在最小值，不能實現最優Cp追蹤，風輪不能發揮最大潛力。此外，由於轉速相對較高，小風工況時齒輪箱的摩擦損耗也較高。同時，併網電壓恆定使雙饋電機鐵耗不可調節，變頻器勵磁損耗無法減少。這些因素使得雙饋機組小風工況下效率較低。

超級雙饋技術依據運行風況，通過新增雙饋電機定子△（三角形）/Y（星形）切換電路，優化主控與變流器算法，自動改變發電機定子繞組拓撲，實現低風速段最優Cp運行以提升效率，其對雙饋風機性能的優化堪稱超級。具體原理是主控依據風況，控制接觸器櫃對發電機定子進行拓撲轉換，小風工況轉換為適合小風工況的星型結構，大風時轉換為適合大風的三角形結構，主控和變頻器根據發電機拓撲自動轉換相應控制算法。機組調速範圍增大50%以上，達到與直驅相同的範圍，完全釋放風輪在低風速下的潛力從而增加前端能量輸入；電路拓撲變換將發電機鐵耗等固定損耗降到原來的1/3，將變頻器勵磁電流降低到不足原來的1/2從而大幅降低變頻器損耗；轉速降低將齒輪箱摩擦損耗降低到原來的1/2，系統損耗顯著減少後散熱系統耗電大幅減少，通過以上措施，增加整機前端能量輸入，降低轉換環節損耗從而提升轉換效率，最終提升發電量。

理論上WT2000D121機組在小風時段風能捕獲效率增加，機組對應Cp變化如圖。

三、應用前景

使用中車時代電氣國家變流中心創新的提出了超級雙饋技術的風電機組，將獲得如下性能提升。

1、併網轉速降低；

2、切入風速下降至不高於2.5m/s；

3、年發電量提升不少於50滿發小時數。

機組啟動條件比原來容易滿足，機組更早進入發電狀態，最優Cp起始風速由原來的4.5m/s下降至2.2m/s，2.2m/s風速即開始實現最優Cp追蹤，顯著提升低風速下的風能利用率。

保守估計，目前國內在運和將運雙饋風電機組10萬台以上，項目應用前景非常廣闊。