海上风电变流器的设计和应用方案
海上风电变流器设计综述
海上风电变流器设计综述摘要：随着风力发电的发展，国内已逐渐向海上大规模、大功率方向发展，从海上风力发电机组塔筒安装环境的制约因素，综合阐述了适用于海上风力发电机组的变流器发展方向。
关键词：风能变流器海上风力发电1 体积设计风电机组中，叶桨、发电机、齿轮箱等大件重量决定了机舱重量，机舱载苛决定了塔筒直径，塔筒直径决定了变流器设计的最大体积，塔筒内主控、冷却设备、塔筒门朝向、爬梯的布局等，进一步限定了变流器宽、深、高三个维度的尺寸。
单从设备方面而言，为了提升变流器对各整机厂商塔筒尺寸的兼容性，需要将变流器的体积压缩到最小，即不断提升功率密度。
行业内，多数整机厂对变流器的尺寸要求，基本上取决于首家合作的变流器厂家对应设计尺寸，一般不再轻易变更变流器主体尺寸，变流器的尺寸改变，会带来塔筒中安装变流器的金属底板与承重梁位置的改变，还会带来整个塔筒布局的改变，以及安装孔、电缆穿线孔的改变。
过高的功率密度意味着在变流器内部散热方面的投入需要加大。
因此，变流器体积的限制一方面需要调研各家不同功率等级的塔筒直径设计，确定变流器尺寸上限，另一方面需要结合变流器的热仿真、温升实验确定变流器尺寸下限。
最终，在两者之间取得平衡，保障最大的塔筒适应能力和最低的热设计投入成本。
表面看，只要变流器尺寸满足塔筒安装要求，客户（包含整机厂、业主）并不需要关注变流器体积尺寸的最终确定。
其实不然，由于海上风电机组的单机容量不断提升，塔筒直径也随之增大，如对此空间不做充分利用，一方面会带来变流器直材成本的提升，另一方面随着被动散热器件的投入数量增加，故障率也必然上升。
风扇的寿命通常在几万小时(比如40000小时)，且与使用环境温度直接相关，因此，除了减少数量以外，为了保障可靠散热，海上应用需要对变流器内部风扇状态进行在线监测。
[1]在塔筒空间得到充分利用前提下，变流器体积得到最优化设计。
将变流器内部散热从被动化为主动的效益仍可以进一步考虑。
基于模型预测控制的海上风电场变流系统设计
基于模型预测控制的海上风电场变流系统设计随着可再生能源的持续发展和对环境问题的关注，海上风电场成为了一种受欢迎的清洁能源发电方式。
而风电场的中心环节就是变流系统，它将海上风电机组发出的交流电转换为交流电，并通过电网输送到用户家中。
为了确保风电场的可靠运行和高效发电，基于模型预测控制（Model Predictive Control, MPC）应运而生，成为海上风电场变流系统设计的重要方向。
MPC是一种强大的控制策略，它通过使用数学模型和最优化算法来预测系统未来的动态行为，并在每个时刻选择最佳控制行动。
海上风电场变流系统设计中，MPC能够实现快速响应和优化能力，提高风电场的发电效率，同时保证系统的安全性和可靠性。
首先，在海上风电场变流系统设计中，MPC需要建立准确的数学模型。
这个数学模型通常包括风电场的风速、风向、海流等外部环境变量，以及变流器的控制变量和输出。
通过对这些变量进行模型建立，并考虑风电机组的动态响应特性，可以得到一个准确可靠的风电场变流系统模型。
其次，MPC通过预测未来的系统行为来进行控制决策。
在海上风电场变流系统中，MPC可以通过预测未来的风速、风向等外部环境变量，从而优化变流器的控制策略。
例如，在预测到风速将增大的情况下，MPC可以提前调整变流器的输出功率，以使风电场在各种天气条件下都能够稳定运行。
第三，MPC通过最优化算法求解最佳的控制策略。
海上风电场变流系统设计中，MPC需要考虑多个约束条件，如变流器的输出功率范围、电网的电压限制等。
通过使用最优化算法，MPC可以在满足约束条件的前提下，选择最佳的控制行动，以使风电场实现最大的发电效率和经济效益。
MPC在海上风电场变流系统设计中的应用还可以进一步扩展。
例如，可以考虑多个风电机组之间的协同控制，以进一步提高整个风电场的发电效率。
此外，MPC还可以与其他智能控制算法相结合，如神经网络、模糊控制等，以进一步提高风电场的控制精度和鲁棒性。
海上风电机组用环保型交流66kV电气系统方案设计与应用
海上风电机组用环保型交流66kV电气系统方案设计与应用随着人们对可再生能源的需求不断增加，海上风电成为了备受关注的发展方向。
海上风电的优势在于风资源更加充足稳定，同时对大气环境的影响也更小。
在海上风电中，海上风电机组用环保型交流66kV电气系统方案设计与应用，成为了关键的技术问题。
本文将对海上风电机组用环保型交流66kV电气系统方案进行详细的介绍和分析。
让我们来了解一下海上风电机组用环保型交流66kV电气系统的基本原理。
海上风电机组用环保型交流66kV电气系统主要包括变频系统、变压器、接地系统、保护系统等多部分组成。
变频系统是海上风电机组发电的核心部分，它将风轮转动产生的机械能转换为电能，并通过变压器将电能升压至66kV，然后通过海缆输送至岸上的变电站。
变频系统的设计和应用对整个海上风电系统的安全稳定运行至关重要。
海上风电机组用环保型交流66kV电气系统方案设计需要考虑到的几个关键问题。
首先是对海上风电机组的电气系统的准确计算和合理规划，包括电压、电流、功率等参数的计算和分析；其次是对环保型电气系统的设计，这需要考虑到海上环境的特殊性，包括盐雾、高温、高湿等恶劣气候条件对电气设备的影响；最后还需要考虑安全可靠性，包括对海上风电机组用环保型交流66kV电气系统的保护、监控、维护等方面进行设计和规划。
接下来，我们将介绍一下关于海上风电机组用环保型交流66kV电气系统方案设计与应用的具体案例。
以某海上风电项目为例，该项目采用了环保型变频系统，通过特殊材料和工艺处理，能够有效抵御海上恶劣环境对电气设备的侵蚀，保障系统的运行稳定性和安全性；在变频系统的设计方面，考虑到海水对设备的腐蚀性，采用了特殊的材料和封装工艺，提高了系统的抗腐蚀能力；该项目还针对海上风电机组用环保型交流66kV电气系统的安全可靠性进行了全面规划，包括对系统的保护、监控、维护等方面进行了详细的设计和部署，确保系统能够在恶劣海上环境中稳定运行。
基于多电平变流器的海上风电集群变流系统设计
基于多电平变流器的海上风电集群变流系统设计随着能源需求的增长和对可再生能源的需求不断增加，海上风电成为了一种具有巨大潜力的能源生产方式。
为了有效地利用海上风力资源，建设一个稳定可靠的海上风电集群变流系统显得尤为重要。
该系统采用了多电平变流器技术，以下将详细介绍基于多电平变流器的海上风电集群变流系统的设计。
一、引言海上风电集群变流系统是将多个风力发电机的直流电能转化为交流电能，再输入到交流电网中的关键部分。
该系统包括多个电站和电力网互连装置。
其中，多电平变流器是核心部件，通过将低电平的直流电能转换为高电平的交流电能来提高转换效率。
因此，基于多电平变流器的海上风电集群变流系统设计具有重要意义。
二、多电平变流器的原理及应用多电平变流器是一种能够将直流电能转换为多个跨电平的交流电能的装置。
采用双反馈回路可以控制电路工作时的电流和电压波形，提高功率转换效率。
多电平变流器适用于大功率、高电压的电力系统，广泛应用于风能、太阳能等可再生能源发电中。
三、多电平变流器在海上风电集群中的应用1.电压平衡控制海上风电集群中，每个风力发电机产生的电压可能存在差异。
多电平变流器可以通过控制电路的开关频率和占空比，使得每个电压单元输出相同的交流电压，从而实现整体电压平衡。
这有助于提高系统的稳定性和可靠性。
2.功率调节海上风能是一种不稳定的能源来源，多电平变流器可以通过控制电路的开关频率和占空比，实现对风力发电机的功率调节。
当风力较大时，可以适当降低电路的开关频率和占空比，以保证系统的稳定性；当风力较小时，可以适当增加电路的开关频率和占空比，以提高系统的发电效率。
3.谐波滤波多电平变流器可以利用其多个电平，对风力发电机产生的谐波进行滤波。
通过调整不同电平之间的交流电压波形，可以抑制谐波的生成和传播，提高系统的电能质量。
四、基于多电平变流器的海上风电集群变流系统的设计原则1.稳定性与可靠性稳定性和可靠性是设计海上风电集群变流系统的重要指标。
低压穿越海底电缆的海上风电场变流器设计与验证
低压穿越海底电缆的海上风电场变流器设计与验证近年来，随着对可再生能源的需求不断增长，海上风电场成为了新兴的能源领域。
而作为海上风电场中至关重要的组件之一，变流器的设计与验证则直接影响着整个系统的性能和可靠性。
本文将围绕低压穿越海底电缆的海上风电场变流器的设计与验证展开讨论。
首先，我们需要明确低压穿越海底电缆的特点和要求。
由于海上风电场位于离岸的环境中，变流器需要将由风力发电机产生的交流电能转换为直流电能，并通过海底电缆输送到陆地上。
因此，变流器需要具备高效能、可靠性强、适应性好等特点，同时能够抵抗海水侵蚀和海上恶劣环境的影响。
在设计变流器时，首先需要选择适合的变流器拓扑结构。
根据海上风电场的特点和要求，可以考虑使用多级变流器拓扑，如基于VSC（Voltage Source Converter）的MMC（Modular Multilevel Converter）拓扑。
MMC拓扑具有分段能力强、可扩展性好、谐波性能优秀等优点，同时能够适应低压输电特点和海上恶劣环境。
其次，还需要选择合适的控制策略，以实现变流器的高效性和可靠性。
例如，可以采用基于模块电流控制和谐波消除的控制策略，来实现变流器的高效能和电压质量。
在验证变流器性能方面，首先需要进行仿真模拟。
通过建立准确的数学模型，可以模拟变流器在不同工况下的性能，并对其进行分析和评估。
同时，还可以优化变流器的设计和控制策略。
在模拟过程中，需要考虑变流器的热稳定性、过电压保护和短路保护等关键问题。
除了仿真模拟外，实验验证也是评估变流器性能的重要手段。
通过搭建实验平台，可以对变流器的工作性能和可靠性进行全面测试。
实验过程中，需要关注变流器的效率、温度、电压和电流波形等指标，以及其对海水侵蚀和海上环境的适应性。
实验验证的结果将直接反映出变流器设计的优劣以及是否满足海上风电场的要求。
在验证过程中，还需要密切关注变流器的可靠性和故障处理能力。
针对变流器可能遇到的故障情况，需要制定相应的故障检测和处理方案。
基于分布式控制的海上风电场变流系统设计
基于分布式控制的海上风电场变流系统设计近年来，海上风电场作为一种可再生能源的重要代表，得到了广泛的关注和快速发展。
而变流系统作为海上风电场的关键部分，起到了将风能转化为可用电能的重要作用。
本文将基于分布式控制的海上风电场变流系统设计进行深入探讨，旨在提供一种高效、可靠的变流系统设计方案。
1. 引言海上风电场由风力发电机组、海上变电站和陆上电网三部分组成，其中变流系统起到了将风能转化为可用电能的关键作用。
基于分布式控制的海上风电场变流系统，是指将整个变流系统模块化，分布在风电机组中，并通过现代控制技术实现多机组之间的协调运行。
这一设计方案具有灵活性高、可靠性强等优点，是海上风电场发展的趋势。
2. 变流系统的组成基于分布式控制的海上风电场变流系统由多台风力发电机组、集中式变流器和协调控制系统组成。
每个风力发电机组包含风力发电机、转子、齿轮箱和发电机控制器等部分。
集中式变流器将每个风力发电机组产生的电能集中转换为交流电，并与协调控制系统进行通信，实现多机组之间的协调运行。
3. 协调控制系统的设计协调控制系统是实现基于分布式控制的海上风电场变流系统的核心。
该系统的设计需要考虑以下几个方面：3.1 拓扑结构采用分布式控制的变流系统可将整个系统分为多个子系统，每个子系统包括风力发电机组和对应的协调控制器。
采用类似于总线结构的拓扑结构，可以实现子系统之间的数据交换和通信。
3.2 控制策略控制策略是协调控制系统设计中最为关键的一部分。
在基于分布式控制的变流系统中，应采用分布式智能控制策略，通过各子系统之间的通信和协调，实现多机组的协同运行，提高整个系统的效率和可靠性。
3.3 通信协议协调控制系统的设计需要选择合适的通信协议，以确保风力发电机组和集中式变流器之间的可靠通信。
可以考虑采用现有的工业通信协议，如Modbus、Ethernet 等，也可以结合现代通信技术实现更高效、更稳定的通信。
3.4 安全性设计海上风电场的变流系统设计还需要考虑系统的安全性。
海上风力发电用变流器的PWM调制技术研究
海上风力发电用变流器的PWM调制技术研究摘要：海上风力发电是一种具有巨大潜力的可再生能源，而变流器作为海上风力发电系统中的关键设备之一，起着将风能转化为电能并输送到电网的重要作用。
PWM 调制技术是目前海上风力发电用变流器中常采用的一种电力转换技术，本文通过对PWM调制技术的研究，探讨其在海上风力发电用变流器中的应用，以及存在的问题和解决方案。
1. 引言海上风力发电作为一种清洁、可再生的能源利用方式，受到了广泛关注。
而变流器作为将风能转化为电能的核心设备，其性能和效率直接影响着整个发电系统的输出能力。
PWM调制技术能够有效地控制变流器的输出电压和电流，因此在海上风力发电用变流器中得到了广泛应用。
2. PWM调制技术概述PWM调制技术是一种通过控制开关器件的导通和关断时间来控制电压输出的技术。
它通过将直流电源的电压转换为定幅、定频的脉冲信号，然后经过滤波器得到所需的交流电压。
PWM调制技术主要包括固定频率PWM调制和变频PWM调制两种方式。
3. 海上风力发电用变流器中的PWM调制技术海上风力发电用变流器中的PWM调制技术主要应用于将直流的风能转化为交流电并通过电网输送。
在PWM调制技术的应用过程中，需考虑到以下几个方面的问题：3.1 电流谐波抑制PWM调制技术在转换过程中会产生谐波，这些谐波会对电网带来较大的干扰。
因此在海上风力发电用变流器中需要采取一些措施来抑制谐波的产生，例如采用滤波电路进行滤除。
3.2 功率因数改善海上风力发电系统需要将发电的直流电流转换为交流电流，而这个过程中存在功率因数的问题。
PWM调制技术可以通过控制开关器件的导通和关断时间来实现功率因数的改善。
3.3 控制策略优化在海上风力发电系统中，PWM调制技术的控制策略对于系统的性能和效率具有重要影响。
通过优化控制策略，可以提高变流器的响应速度和稳定性，增强整个系统的运行效果。
4. 存在的问题与解决方案在海上风力发电用变流器的PWM调制技术中也存在一些问题，如多电平PWM技术在实际应用中会带来电路复杂度高、成本较高等问题。
海上风电机组用环保型交流66kV电气系统方案设计与应用
海上风电机组用环保型交流66kV电气系统方案设计与应用【摘要】本文针对海上风电机组用环保型交流66kV电气系统方案进行研究与应用。
在介绍了研究背景、目的和意义。
在正文中，对电气系统进行了概述，分析了设计要求，并探讨了关键技术方案。
系统构建与优化部分讨论了如何提高系统性能。
最后进行了性能测试与应用效果评估。
在结论中，总结了研究成果并展望未来发展方向，最终得出结论。
本研究为海上风电行业提供了重要的参考，有助于推动环保型电气系统的应用和发展。
【关键词】海上风电机组、环保型、交流66kV电气系统、设计、应用、优化、性能测试、未来发展方向、结论1. 引言1.1 研究背景海上风电是一种绿色、清洁的能源，因其具有丰富的资源、稳定的发电效率和低碳排放的特点，正受到越来越多的关注和重视。
随着全球对可再生能源的需求不断增长，海上风电的规模和数量也在快速扩大。
海上风电站受到海洋环境的影响，电气系统的设计和应用面临着诸多挑战。
传统的海上风电机组用电气系统存在着诸多问题，如功率损耗大、系统稳定性差、维护成本高等。
研究海上风电机组用环保型交流66kV 电气系统方案设计与应用，对提高海上风电系统的运行效率、降低维护成本、提升系统可靠性具有重要意义。
为了解决目前海上风电机组用电气系统存在的问题，本研究旨在通过设计环保型交流66kV电气系统方案，探讨关键技术方案，构建优化系统，并进行性能测试与应用效果评估，为海上风电系统的发展提供技术支持和指导。
通过本研究的开展，将为海上风电行业的可持续发展做出积极贡献。
1.2 研究目的研究目的：海上风电机组是海洋风能利用的重要形式，而电气系统作为海上风电机组的关键组成部分，直接影响到整个风电系统的稳定性和效率。
本研究旨在针对海上风电机组所需的环保型交流66kV电气系统进行方案设计与应用研究，通过对系统的分析与优化，探讨关键技术方案，并进行性能测试与应用效果评估。
研究旨在提高海上风电机组的运行效率和能源利用率，推动风能开发与利用的可持续发展，为我国海上风电产业的发展提供技术支持与指导。
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海上风电变流器的设计和应用方案
保持敬畏最终面对：从陆上进军海上，变流器有哪些变化：
风电变流器环境与可靠性
•环境试验•可靠性试验•耐久性试验
•跟踪市场表现•问题分析、解决•预防措施指导设计
•环境适应性设计•可靠性设计•可靠性分析
•收集客户需求•识别应用环境•制定标准/规格
全面需求识别恰当的设计合理的测试
问题跟踪闭环
生命周期
港口或者码头
工厂
多次转运
温度、湿度、淋雨、盐雾
安装到塔筒
拆包
温度、湿度、淋雨、盐雾、吊装、跌落
工程船吊装运
输温度、湿度、淋雨、盐雾、振动、倾斜&摇摆
海上塔基安装海运
温度、湿度、淋雨、盐雾、
霉菌、地震、雷电
调试后运行服务和维护
报废拆除
在海上用变流器全生命周期内遇到哪些环境条件？
在环境条件下存在的环境
因素
环境因素对变流器造成的
影响
气候条件生物条件化学活性物质机械活性物质水文条件机械条件
器件参数随温度的变化而变化
太阳直射引发的温度升高温度的变化引发材料龟裂温度的变化引发凝露
气候条件对产品造成的潜在影响
电化学腐蚀密封胶条老化漆层起泡和脱落化学活性物质对产品造成的潜在影响
主框架变形器件松动机械条件对产品造成的潜在影响
满功率工作降额工作
存储范围水冷器件的设计和选择
整机热设计布局和仿真
过线密封方案
密封组件
IP54机柜
防湿度和盐雾门板密封局部密封密封接口
满足机械应力要求
机柜随机振动分析
接插件减震器
软连接
机柜固有频率仿真
标准到测试方案方法的提取
GB/T25387《风力发电机组全功率变流器》
GB/T25388《风力发电机组双馈式变流器》
NB/T31014-2011 双馈风力发电机变流器制造技术规范NB/T31015-2011 永磁风力发电机变流器制造技术规范
NB/T31041-2012 海上双馈风力发电机变流器
NB/T31042-2012 海上永磁风力发电机变流器
GB/T12668.2-2002 调速电气传动系统/IEC61800-2 GB 12668.501-2013 调速电气传动系统/IEC61800-5-1
NB/T 31094-2016 风力发电设备海上特殊环境条件与
技术要求低温型：-30℃~+45℃，
常温型：-20℃~+45℃；各2h。
低温型：-40℃~+45℃，
常温型：-20℃~+45℃；各2h。
低温型：-30℃~+45℃，
常温型：-20℃~+45℃；各16h。
40℃，16h
-20℃~+45℃，16h
实验项目
机械类
特殊类
气候类
低温贮存高温贮存恒定湿热贮存交变湿热贮存低温工作高温工作恒定湿热工作交变湿热工作温度循环试验
IP 防护
交变盐雾试验
中性盐雾试验霉菌试验
吸湿性尘试验
运输试验吊装试验倾斜试验随机振动试验正弦振动试验跌落试验
机柜喷涂层防腐试验机柜喷涂层通过了ISO12944-6 C5-M等级的防腐试验。
典型元器部件及材料霉菌试验28天
缩小变流器柜体及部件的交变盐雾试验
相同材质和防护工艺设计的缩小柜体、典型元器部件进行了28天的交变盐雾试验。
全功率变流器整机通电盐雾试验
海上风电机组关键电器设备环境耐久性技术研究项目
1•自然环境试验
•在海南三亚大气环境试验站开展现场试验
2•实验室人工模拟实验
•开展盐雾、交变湿热等人工模拟试验
3•电器设备防护技术研究
•开展电器设备防护方法研究，解决关键电器环境失效问题
组织者南方海上风电联合开发有限公司（业主方牵头）
中国电器科学研究院有限公司（工业产品环境适应性国家重点实验室）（项目主导方）
海上风电机组关键电器设备环境耐久性技术研究项目三亚自然暴露现场试验
时间：2017年4月
地点：中国船舶重工
集团公司第七二五研
究所的三亚海洋环境
试验站
4MW全功率变流器整机通电的振动试验
样机质量及尺寸振动量级条件备注
全功率4MW 4.5Ton
（2500*1600*23000）
5~9Hz；3.5mm；
9~200Hz；10m/s2
1）进行扫频，1Oct/min若无共振点进行120min扫频试验；2）Q大于2的共振点
上进行90min耐振动；3）测得的几个危险频率点接近，采用120min扫频试验。
通电，开环发波
运行
•环境试验•可靠性试验•耐久性试验
•跟踪市场表现•问题分析、解决•预防措施指导设计
•环境适应性设计•可靠性设计•可靠性分析
•收集客户需求•识别应用环境•制定标准/规格
全面需求识别恰当的设计合理的测试
问题跟踪闭环。