从掌握风电机组核心控制系统开始,这家公司一路向前,依次打开了变频器、变桨、叶片、发电机和齿轮箱的黑匣子。而这,或将引发连锁反应,加快中国风电走向世界强国的步伐。
10 年前,业内把掌握风电整机的核心控制比作打开制约中国风电发展的黑匣子,那时远景已经打开了这个黑匣子,但同时也意识到,打开变频器等关键大部件的黑匣子并掌握其核心技术,才是持续推动中国风电发展的根本所在。
到2017 年9 月,远景已经打开了风电整机所有关键大部件的黑匣子,且将最先进的技术用于这些部件的设计和制造中——这无疑会为这家公司在风电行业一路向前增加重量级砝码,关键大部件技术在风电领域的重要作用或将引发连锁反应,加快中国风电走向世界强国的步伐。
为什么要打开变频器的黑匣子
远景早在2009 年10 月就开始自研风电机组变频器了,即便已经量产实现了规模化应用,也还是刻意在低调行事。事实上,这家公司研发和扩产变频器的脚步从未停歇。
远景能源副总经理王晓宇博士回忆说,2010 年,中国市场上的风电机组采用的变频器大多来自外资品牌,它们掌握了中国风电变频器市场的话语权,而中国整机厂商也为此付出了较高的成本。但即便如此,变频器故障率仍是整机厂商挥之不去的痛点。
远景自研变频器项目团队在对国内市场变频器故障率及故障类型进行深度研究后,得出一个重要结论:变频器与机组控制系统的协同不畅,不仅会诱发变频器故障,还会影响机组的发电量。正是受此启发,站在系统优化的层面上,远景不仅仅将变频器定位成一个实现电能变换的独立子部件,而是更多地考虑如何使其帮助提高系统性能和寿命。
2011 年3 月, 远景自研的首台1.5MW标准变频器样品在启东风电场成功并网,后经安徽鲁山等风电场的批量化运行业绩验证,远景自研变频器正式步入产业化进程。
来自远景产品质量部门的数据显示,2014年,远景自研变频器导致的停机平均1 年2 次,到了2017 年,自研变频器导致的停机平均3年才有1 次。远景智慧电气卓越中心负责人李磊博士解释:“对自己的产品做改进能快速闭环,因为深入理解风机和变频器产品的机理,对系统的精准改善可以实现事半功倍。”
正是得益于从风机整机系统层面对变频功能组件的深刻理解,远景的变频器还拥有自行开发的寿命模型,可以对一系列关键子部件的寿命做出预测和实时状态监测,这些模型输出的动态边界能力不仅能够最大程度地帮助风机在过速过载等危险工况下安全运行和停机,更在机型设计之初即成为整机系统优化设计不可分割的一部分。
“远景在设计变频器的同时,也自主开发了自动化仿真控制软件平台,其全息模型可以定义现场所有可能出现的电压、电流、功率、频率以及工况场景,仿真精度和现场运行实况完全吻合。先进的高精度全息仿真模型,为自研变频器配置先进的控制算法提供了技术支持。”从仿真模型的角度出发,远景自研变频器项目团队王晓钰博士解释了自研变频器高性能背后的技术逻辑。
实际上,远景的高精度全息仿真系统为变频器设计注入了优质基因,这就不难理解为什么自研变频器具有协同机组优化控制系统的能力——变频器是距离发电机最近的智能单元,作为机组最底层的控制单元,其性能好坏和智能程度直接决定了机组能在何种场景及尺度下进行整机运行控制。
从设计层面看,作为控制单元,变频器在执行机组指令时的协同配合,不仅能实现电气传动链的效率优化,也可从整体上保证远景智能风机控制策略的执行。王晓钰博士强调,“自研变频器与风机的集成设计,提高了风机的并网友好性,减少了因涉网特性差导致的风电场弃风损失。”
不止如此,远景自研变频器中的机组传动链振荡抑制算法,还可以更有效地抑制机组传动链在运行过程中出现的低频振荡,防止传动链部件疲劳,从而保证传动链部件的使用寿命。在李磊博士看来,通过变频器的控制算法保护传动链部件全生命周期的安全,也是自研变频器的价值所在。但他也强调,客户对服务响应更为敏感,由于自研变频器不存在技术壁垒,研发人员可直接面对现场,并在3 小时内给出解决方案、24 小时内给出根因分析,不但能快速闭环,还可将一些现场问题输入产品设计中,最终实现产品性能的优化。
须提及的是,由于远景自研变频器与整机系统的协同优化,在远景机组内,传统分立的主控柜和变频柜已合并成一个柜体,但更为重要的在于,从系统设计层面,传统的主控柜和变频器的边界已经模糊了,在软件系统设计上,也已经成为不可分割的整体。