《面向低风速区的风力发电关键技术及应用》

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发展风电是构建我国清洁低碳、安全高效能源体系的重要战略举措。我国低风速资源面积占全国风能资源量的68%以上且处于负荷中心,技术可开发量达10亿千瓦。研发风能捕获能力强、适应高湍流运行工况与复杂并网环境的低风速风力发电关键技术对我国风能开发利用可持续发展意义重大。

项目团队在国家973计划、863计划的持续支持下,通过自主创新与攻关,有效解决了低风速区能量密度低、山地风电场运行环境恶劣及配电网电压不平衡,故障扰动频发等一系列国际性难题,突破了低风速风电机组的关键核心技术,完成了系列机型的开发,建立风电场50余座,覆盖全国所有低风速省区,开启了我国低风速区风力发电新阶段,产生了显著的经济与社会效益。其主要发明点如下:

(1)发明了矢量变换风电机组独立变桨控制理论与方法。将叶轮三相旋转动态载荷转换为两相静载荷,解决了超大叶轮风电机组在空间气流场不均衡载荷的精确控制问题,将叶轮在高湍流工况下的疲劳载荷降低25%,能量捕获能力提升20%以上,有效解决了低风速区的能量密度不足问题。该发明被国际权威机构DNV-GL认定为是下一代风电机组轻量化的必备技术。

(2)发明了高增益风速观测环境自适应风电机组优化控制技术。针对高湍流风况下叶轮扫掠面有效风速难以测量、系统参数变化难以跟踪等国际性难题,发明了基于风速观测与参数辨识的风电机组环境自适应控制技术,解决了风电机组在高湍流、高海拔、台风、冰冻等环境条件下发电效率低,停机时间长等难题,保障了机组可利用率达到99%以上。

(3)发明了高比例分散接入配电网稳定控制及主动支撑技术。针对配电网电压不平衡严重/故障扰动频发的特点,发明了多自由度协同控制、比例积分谐振调节器及动态锁相同步技术,攻克了风电机组并网控制响应不及时、变流器应力极限约束等难题,提高了风电机组的在电网故障时的可控性及其主动支撑性,经TÜV-SÜD检测,其电网适应性指标优于国际同类产品。

项目获发明专利31项(核心发明获欧洲专利)、实用新型专利16项、软件著作权17项,主导创建国家及行业标准4项,出版专著3部,发表论文46篇(SCI、EI收录36篇),论文专著国内外他引4100余次;获省部级科技一等奖3项;主要技术发明获国际权威机构的高度评价。由程时杰、周孝信等院士专家组成的鉴定委员会认为:项目整体技术达到国际领先水平。

项目成果率先应用于2.0MW、3.0MW、5.0MW系列低风速风电机组,已装机1500余台,并出口哈萨克斯坦、伊朗等一带一路国家,近3年累计实现销售收入130亿元,利润9.15亿元。成果的推广应用,实现了低风速风电技术的国际引领,使得年平均风速6m/S以下的广大地区具备开发价值,极大拓展了我国风资源的利用范围,支撑了我国风能开发利用的可持续发展。

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