近日，全球首臺16MW級海上低頻機(jī)組在電氣風(fēng)電汕頭基地成功下線。該機(jī)組是在海神平臺基礎(chǔ)上應(yīng)用20Hz低頻輸電技術(shù)，面向低頻輸電市場定制化開發(fā)的又一款創(chuàng)新型產(chǎn)品。
該款機(jī)組將應(yīng)用于浙江海上風(fēng)電低頻示范項目。該項目的成功實施將進(jìn)一步鞏固浙江在清潔能源領(lǐng)域的地位，為區(qū)域經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展做出重要貢獻(xiàn)。
服務(wù)國家戰(zhàn)略
直面深遠(yuǎn)海遠(yuǎn)距離輸電需求
《“十四五”可再生能源發(fā)展規(guī)劃》提出，開展深遠(yuǎn)海風(fēng)電規(guī)劃，完善深遠(yuǎn)海風(fēng)電開發(fā)建設(shè)管理，推動深遠(yuǎn)海風(fēng)電技術(shù)創(chuàng)新和示范應(yīng)用，探索集中送出和集中運維模式，積極推進(jìn)深遠(yuǎn)海風(fēng)電降本增效，開展深遠(yuǎn)海風(fēng)電平價示范。
電氣風(fēng)電積極以服務(wù)國家戰(zhàn)略需求為導(dǎo)向，依托于技術(shù)研發(fā)的持續(xù)創(chuàng)新，制造工藝的精益求精，產(chǎn)品質(zhì)量的嚴(yán)格控制，市場需求的精準(zhǔn)把握，成功推出16MW級海上低頻機(jī)組。
在產(chǎn)品開發(fā)的過程中，團(tuán)隊克服了多重挑戰(zhàn)，形成四大成果，保障了產(chǎn)品的高質(zhì)量交付：
01、支撐標(biāo)準(zhǔn)體系構(gòu)建
低頻輸電技術(shù)自我國首次提出以來，目前只有臺州工程、杭州區(qū)域互聯(lián)工程兩處陸上示范，在海上風(fēng)電大規(guī)模應(yīng)用更是前所未有。在20Hz條件下，風(fēng)機(jī)整機(jī)的設(shè)計驗證和并網(wǎng)、大部件設(shè)計與試驗等方面均無成型的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范。
以塔筒用GIS開關(guān)設(shè)備為例，作為受頻率變化影響最大的設(shè)備之一，對其設(shè)計方法及質(zhì)量的驗證沒有現(xiàn)成標(biāo)準(zhǔn)可參考。電氣風(fēng)電聯(lián)合業(yè)界內(nèi)高校、電力科學(xué)院、成套設(shè)計方、權(quán)威檢測中心、供應(yīng)鏈等相關(guān)單位的專家和權(quán)威機(jī)構(gòu)，逐項分析了設(shè)計參數(shù)指標(biāo)和技術(shù)要求，專研了各項試驗的試驗條件、試驗方法和驗證目的，共同制定了低頻條件下GIS整體、斷路器、隔離開關(guān)和接地開關(guān)的設(shè)計方法及試驗大綱，從方案評審到驗證完成前后歷時近一年。
此外，低頻變壓器、變流器、變頻電源等部件的型式試驗、出廠試驗等驗證標(biāo)準(zhǔn)也均為海上風(fēng)電首創(chuàng)。在整個開發(fā)過程中，電氣風(fēng)電形成了超百余份的設(shè)計規(guī)范、測試方案、試驗大綱和驗收標(biāo)準(zhǔn)，保障產(chǎn)品在國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)缺位的情況下有據(jù)可依。
02、突破性原創(chuàng)設(shè)計
16MW級別的大容量風(fēng)電機(jī)組本已處在行業(yè)技術(shù)前沿，疊加針對性的低頻設(shè)計百尺竿頭，更進(jìn)一步。創(chuàng)新設(shè)計的整機(jī)電氣拓?fù)?，以及變頻電源-輔助變壓器耦合設(shè)計，保證了自用電設(shè)備最大化程度沿用平臺化設(shè)計，減小產(chǎn)品的整體風(fēng)險。
電源具備低頻電網(wǎng)環(huán)境下的自啟動系統(tǒng)，以及高可靠冗余回路設(shè)計，保障風(fēng)機(jī)相較工頻機(jī)組在調(diào)試并網(wǎng)環(huán)節(jié)沒有任何新增步驟與工具工裝，對高低穿等極端電網(wǎng)工況、高風(fēng)況下偏航等極端負(fù)載工況均有極為可靠的耐受能力。
針對低頻下重量體積提升了近70%的機(jī)艙主變壓器，通過機(jī)械與電氣系統(tǒng)的耦合性設(shè)計，尋找到了機(jī)械布局與電氣參數(shù)的最優(yōu)解，在保證低頻電氣性能的同時將整機(jī)載荷與振動水平降至最低，保持了前機(jī)架與驅(qū)動鏈的平臺通用化設(shè)計，最大程度減小了對供應(yīng)鏈保障、生產(chǎn)制造、安裝運維等方面的負(fù)面影響。在此過程中，電氣風(fēng)電形成了一系列獨有的知識產(chǎn)權(quán)，牢牢占據(jù)了低頻風(fēng)電領(lǐng)域的先發(fā)位置。
03、低頻驗證條件創(chuàng)新
20Hz作為一種特殊的輸電頻率，其電力環(huán)境需要進(jìn)行特別構(gòu)建，為保證機(jī)組在該特殊環(huán)境下穩(wěn)定運行，整機(jī)及其部件的驗證需要開發(fā)特殊的路徑。
以前文提到的變頻電源為例，它在整機(jī)系統(tǒng)中不但起到給自用電設(shè)備供電的作用，還在低頻電氣系統(tǒng)的驗證中作為提供低頻輸入的測試工裝。因為難以構(gòu)建低頻電網(wǎng)環(huán)境，無法提前對整機(jī)進(jìn)行并網(wǎng)實測，電氣風(fēng)電創(chuàng)新性地提出了“工頻實測+低頻仿真”的驗證方案，將工頻樣機(jī)實測數(shù)據(jù)與工、低頻的仿真結(jié)果進(jìn)行強(qiáng)耦合，使低頻風(fēng)機(jī)的涉網(wǎng)性能在商業(yè)投運前得到充分驗證。種種創(chuàng)新性的驗證方法，能夠有力保障風(fēng)電機(jī)組在非工頻電網(wǎng)條件下，亦如在工頻環(huán)境中穩(wěn)定可靠。
04、技術(shù)革新到商業(yè)化產(chǎn)品跨越
在此產(chǎn)品之前，低頻風(fēng)電大部件和整機(jī)的技術(shù)相較常規(guī)工頻更多的停留在紙面，電氣風(fēng)電在短短時間內(nèi)完成了從理論技術(shù)到商業(yè)化產(chǎn)品應(yīng)用的跨越，依靠的是對技術(shù)的強(qiáng)大整合與轉(zhuǎn)化能力。
一方面，從概念設(shè)計到概要設(shè)計、詳細(xì)設(shè)計都沒有常規(guī)可遵循，反復(fù)論證、評審，涉及風(fēng)電場系統(tǒng)的方面需要同步各方、聯(lián)合設(shè)計;另一方面，小到一個斷路器、電流互感器元件，大到整個機(jī)組，都經(jīng)歷了貼合實際環(huán)境下的重新驗證，行業(yè)內(nèi)沒有成品可供選擇。
在此過程里拉通上下產(chǎn)業(yè)鏈，保持與最終用戶的高頻連接，深入管控各級供應(yīng)商的質(zhì)量及進(jìn)度，使得產(chǎn)品在整個誕生的過程中都牢牢圍繞著用戶的現(xiàn)實需求與產(chǎn)業(yè)鏈最優(yōu)水平的有機(jī)結(jié)合，確保最終方案相較成熟的工頻產(chǎn)品，在發(fā)電能力、載荷控制水平、抗臺風(fēng)能力、控制保護(hù)能力、抗電網(wǎng)故障能力、電能質(zhì)量水平上均保持同一高水準(zhǔn)，甚至更為提升;同時繼承了海神平臺高可靠性、易于安裝、運維便利以及大部件可空中更換的優(yōu)異特質(zhì)。
低頻海上風(fēng)電產(chǎn)品的成功投產(chǎn)，也將為柔性低頻輸電技術(shù)的推廣提供堅實支持，助力電氣風(fēng)電在海上風(fēng)電領(lǐng)域的持續(xù)領(lǐng)跑。
關(guān)于柔性低頻交流輸電技術(shù)
柔性低頻交流輸電技術(shù)是我國自主原始創(chuàng)新的新型輸電技術(shù)，是應(yīng)對當(dāng)前風(fēng)電行業(yè)中遠(yuǎn)海長距離輸電、大容量新能源電力消納、區(qū)域弱電網(wǎng)增強(qiáng)等場景的重要技術(shù)方向。
