[00828569]风电电力变换及机网柔化控制关键技术与应用

该项目属于电气工程学科。 伴随着风电规模的快速增长，中国大型风电机组产业得到跳跃式发展，这种高速发展也带来了产品的运行效率低、故障率高、寿命短的问题，致使风能的实际利用率、成本与期望值还有很大差距。与此同时，随着风电的高比例并网，电网对风电机组也提出了更高的要求。柔化风力机的尖峰载荷、提升机组稳态发电量和暂态控制能力，对减少机组故障率、延长使用寿命、降低发电成本意义重大。该团队在上海市科委、国家863计划、自然科学基金等项目的支持下，历经十余年攻关，突破风电高效可靠变换、机组载荷柔性化与电网友好的暂态控制和风电机组最优发电与多控制环节综合集成三大关键技术，研发了相应的关键设备并在产业中推广应用： 1)并联型风电变流器的效率与可靠性提升技术。 提出了风电变流器并联优化运行、环流控制与桥臂故障重构控制技术，解决了变换器并联及热控制难题，达到变流器平均损耗降低15%、各相电流不均衡度小于5%，能主动防止散热器上“凝露”现象，变换器桥臂故障时可容错运行，提高了电力变换的效率和可靠性，此外并联组合技术也使变流器的产业化成本大幅降低。 2)兼顾机组载荷柔性化与电网友好性的暂态控制技术。 发明了电网故障瞬间串联阻抗的变流器不间断运行技术，大幅提升了机组的暂态可控性，无功支撑能力比国内外机组提高了2/3；提出了变流器自适应改变风电机组轴系刚度和阻尼的镇定方法、具有抑制次同步振荡和惯性响应能力的变流器电压源型控制方法，降低了风电机组的突变载荷及疲劳损耗、提升了风电机组与电网交互的友好性。 3)风电机组最优发电控制及多控制环节综合集成应用技术。 提出了一种额定风速以下变速-变桨协调的风电机组最优发电控制技术、最大功率曲线自校正技术和协调最优发电与功率平滑的分频控制技术，实现了多控制环节综合集成应用。攻克了风电机组大跨度的多时间尺度动态行为模拟难题，首次建立了基于Bladed和RTDS的风电机组联合实时模拟平台，能够准确模拟风力机部分与电气部分百ms级时间尺度的动态交互行为。 项目成果在上海电气、南瑞科技、运达和华锐实现变流、变桨和主控设备的产业化，并实现了国产变流器的首次海上应用、风电机组的首次虚拟同步控制示范。近三年新增产值约68亿元，利税8亿元，实现风力发电约208亿千瓦时，效益显著。 项目已获授权发明专利30件、软件著作权15件、发表SCI/EI论文82篇、科学出版社出版专著1部、制定国家标准4项、行业标准2项，培养风电领域博士12名、硕士37名。论文被多位IEEE Fellow引用并给出了积极的评价。 项目成果经多位院士及同行资深专家鉴定，认为该项目成果整体技术达到国际领先水平，其中主动防凝露、抑制机组轴系扭振的风电变流器控制、风电变流器电网故障不间断运行、风电机组惯性同步电压源型控制、风速分频跟踪控制、基于Bladed+RTDS的风电机组模拟系统等技术为国际首创。