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江苏大全凯帆电器股份有限公司的绿色能源发展之路
作者：顾文潭 工作单位：江苏大全凯帆电器有限公司 总经理助理
摘要
江苏大全凯帆股份有限公司积极配合国家"十二五"规划发展目标，在风电和太阳能发电等新能源领域通过与中国人民解放军海军工程大学“产学研”的结合，迅速研发并量产了风力发电变流器、太阳能光伏逆变器，使企业迅速完成产业转型并走上快速发展的道路。
关键词 新能源、风力发电变流器、太阳能光伏逆变器、产业转型
大全集团是国家级大型企业集团，现有 23 家子公司，其中 7 家是与德国西门子、德国默勒、美国伊顿、瑞士赛雪龙、丹麦安凯特等公司合资的企业,在江苏扬中市、南京江宁开发区、重庆万州区、北京高新区建有四大产业基地，拥有国家级博士后科研工作站、院士工作站、国家能源研发中心、国家级企业技术中心、国家级电气检测站，科技研发人员 600 余人，科技研发能力和技术装备水平居于国内同行业前列。大全集团是国家创新型企业、国家重点高新技术企业、国家科技部 863 计划成果产业化基地、国家 863 计划 CIMS 示范企业、中国机械工业 100 强企业和中国电气工业领军企业，先后荣获"中国驰名商标"、"中国名牌产品"、"国家免检产品"等称号， 在中国电气工业自主创新中名列第一。
江苏大全凯帆电器股份有限公司是大全集团旗下属专业从事新能源产业研发、生产和销售的全资子公司，公司成立于2000年，是国家重点高新技术企业，致力于以一流的产品和服务打造中国新能源电气行业民族品牌。随着人类社会飞速进步、人口的迅速膨胀以及经济的高速发展，常规能源的供应问题及其带来的环境问题日益突出，电力供需矛盾日趋突出，能源问题和环境问题已成为当今世界各国面临的重大问题。开发新能源和发展可再生能源，实现环境保护、经济快速可持续发展，已成为人类社会的共识。为了配合国家"十二五"规划中新能源行业发展目标，公司在风电和太阳能发电等新能源领域通过与中国人民解放军海军工程大学“产学研”的结合，迅速研发并量产了风力发电变流器、太阳能光伏逆变器，使企业迅速完成了产业转型并走上了快速发展的道路。
一、风力发电变流器
风电变流器属于大型风力发电机组核心部件之一，也是目前风电制造行业国产化水平较低的部件之一。一直以来国内变流器市场被ABB等几家外资巨头垄断，但是国家近年出台了很多政策和举措支持民族品牌的发展，为大型企业提供了政治和经济支持。国家发布了关于风力发电方面的一大批科技支撑计划项目，在风电机组控制系统及变流器的研发及产业化方面投入了大量资金，从而使得最近几年来国内风电变流器企业迅速崛起。
江苏大全凯帆电器股份有限公司从2009年4月开始立项开发风力发电变流器，通过与解放军海军工程大学的紧密合作，在短短4个月内，就完成了第一套样机的试制。2009年8月份，风力发电变流器运到湖南湘电集团进行了业界最严酷的2MW 500小时全功率试验并一次性通过，随后产品在大唐公司位于福建漳浦六鳌镇的风场进行了三个月的挂网发电试验，期间通过了国家电网电科院的电能质量测试，标志着该产品完全具备风场运营的条件。2010年2月27日，该产品在湖北武汉召开了产品暨科技成果鉴定会，在国家能源局的组织下，三位中科院院士以及多名行业专家对产品的技术以及生产工艺进行了考察，专家一致认为大全集团开发的风力发电变流器技术领先，工艺先进，达到了国际一流水平并完全具备与ABB、Converteam等国外知名厂家竞争的能力。
风力发电变流器的研发分为两部分进行。江苏大全凯帆电器股份有限公司有着丰富的机械设计以及制造经验，因此主要负责柜体的结构设计与样机生产；中国人民海军工程大学在电力电子研究领域有着很高瞩目的科研成就，因此主要负责产品的电气设计、软件设计以及调试。双方紧密配合在高质量研制出产品的同时，还取得了以下的科研成果。
(1)研制出了一种2MW等级的大容量低压全功率永磁直驱式风力发电变流器系统，其以背靠背三相两电平PWM高频整流/逆变的拓扑结构为核心，采用CAN总线通讯及光纤传输控制，可4象限运行；
(2) 针对电网不平衡状况，运用双dq正负序分解理论，提出了使用数字滤波替代传统硬件滤波器的改进算法，结合软件锁相环技术、信号延时补偿算法、前馈及反馈控制，采用了一种改进的过调制PWM方法，实现了系统的有功、无功解耦控制；
(3) 提出了一种新颖半桥功率模块组件，由IGBT功率子模块、驱动子模块、支撑电容子模块、吸收电容子模块和冷却装置构成，所述各子模块集成为一个模块，形成一个完整的接收脉冲和返回故障的功率执行器件，具有很高的通用性，可以用来搭建各种电力电子拓扑。同时，拆卸修理相对方便；
(4) 采用独特的闭式循环液冷混合冷却技术，相对传统风冷系统而言，功率密度高。在变流器内部产生的热量经相应的空气液体或液体散热基板交换后，由循环冷却液体带出系统外部。并对系统内部温度实时监控，实现变流器内部部件温度控制，防护等级可达IP54。
(5) 采用了独特的功率母线排连接工艺。设计了独特的功率母线排压接螺母的工艺，同时进行了镀镍、喷漆工艺，在满足电流载荷量标准的同时，减小了体积，实现了全正面维护，大大弥补了满足了风力发电设备维护空间小，检修困难的不便。
(6)变流器系统的性能试验及国家电网电能质量测试认证结果表明，该变流器系统系能指标符合相应技术协议及国家标准要求。
样机成功研发完毕后，江苏大全凯帆电器股份有限公司积极开展了市场推广与开拓活动，由于该产品的性能好，价格相对于进口产品有较大优势，迅速得到了国内直驱主机厂家的关注。目前，已经与湘电风能、东方电气、沈阳华创、航天万源等多家主机厂建立了长期合作。大全人希望通过该产品的顺利产业化成功摆脱进口产品在国内市场的垄断地位，提高风电行业设备的国产化率，为中国新能源行业作出自己的贡献。
二、太阳能光伏逆变器
大全集团于2007年涉足太阳能光伏产业，旗下拥有多家从事太阳能光伏相关产业的公司，产品自上而下覆盖多晶硅原料生产、单晶硅拉棒切片、太阳能电池组件生产、太阳能电池板安装以及光伏逆变器制造。
大全新能源有限公司坐落于重庆万州，于2007年底建成投产，是国内多晶硅生产的领军企业之一，目标是成为一个垂直整合光伏产品制造商，其生产出的高品质多晶硅用于加工硅锭、硅片、电池和组件等光伏太阳能产品。2010年6月30日，公司多晶硅产能达到3300吨/年，一举跻身于国内规模最大的多晶硅生产企业行列。大全新能源计划到2012年年底将年产能扩大至10000吨。大全新能源有限公司采用改良西门子法生产工艺，全闭环式运行，生产物料利用率更高，能耗更低，更环保。为满足客户要求和确保多晶硅质量，公司对所用原材料进行严格进料检查，对生产中各个环节进行严密的在线质量控制，最后对生产出的每一批次的产品进行一系列完整的质量测试。公司管理层拥有国际化的团队背景，谙熟国内外市场，经验丰富。
同时，大全新能源利用多晶硅高质量的优势，结合大全集团在电气设备行业的专业知识，将其新能源产业链扩展至硅片和太阳能光伏组件制造行业。大全新能源在南京设立了200兆瓦光伏组件制造工厂。大全新能源旨在世界范围内为广大客户提供开发、制造、销售高质量和具有成本效益的太阳能光伏组件。
为了进一步完善光伏产业链，江苏大全凯帆电器股份有限公司2010年上半年决定着手研发太阳能光伏并网逆变器，一方面满足集团内部需要，另一方面准备出口欧美。光伏并网逆变器是光伏并网发电系统的核心控制器件，逆变器通过大功率电力电子器件将不稳定的直流电逆变为交流电并送至电网。这一次，大全人又是以惊人的研发速度在4个月内完成了首台250kW并网逆变器的样机。
在研发过程中，江苏大全凯帆电器股份有限公司针对目前市场上的光伏逆变器的技术缺陷进行了软件算法改进。目前常用的MPPT算法，基本都假设太阳能电池板的输出功率和输出电压的关系只有一个极大值点，也就是最大功率点。实际上由于制造、阴影、气象条件、布置位置等原因，必定会出现多个极大值点。因此，这些算法很容易陷入局部最大值点（LMPP），不能保证搜索到全局最大值点（GMPP）。为此，大全人开发了一种实时全局最大值点搜索算法（GMPPT），提高了光伏发电系统的效率。同时为了方便用户使用以及维护方便，该产品采用了功率模块化设计，可以方便并联得到用户需求的任何大功率，极大地方便了用户的设计和选用。
纵观目前全球太阳能逆变器市场，虽然中国近几年发展迅猛，但欧美国家仍在市场中处于领导地位。以2009年为例，全球太阳能总采购量为16GW，其中德国8GW占据了市场的50%，意大利1GW，美国800MW,日本800MW，中国仅200MW。因此样机研发结束后，公司邀请国内权威机构对产品进行了CE、UL、金太阳等认证，并且在2010年10月参加了美国洛杉矶光伏展，得到了业内人士的广泛关注，在展会现场就与很多知名总包商签订了意向供货合同。
2010年8月，大全集团通过与中国海军总装备部合作取得了南沙群岛海岛太阳能电站的开发与建设权。在岛屿未建太阳能电站之前，海军在哨所的供电主要依靠柴油发电机提供，由于岛礁之间路途遥远，补给船每两个月才对哨所内柴油以及一些生活必须物资进行补给。建成太阳能电站后，首先可以解决官兵的用电问题，同时多余的电力将被利用做海水淡化，大大提高了官兵的生活质量。江苏大全凯帆电器股份有限公司生产的光伏逆变器届时将在严酷的环境下运行，为中国国防作出自己的贡献。
三、产业转型，产能扩大
迅速崛起的新能源市场成为了大全集团后期发展的重要支柱产业，国家政策的引导以及扶持使得江苏大全凯帆电器股份有限公司走上了快速扩张发展的良性循环。为了进一步扩大产能，公司斥资5亿元投资建设了新厂房，建成后能达到年产风力发电变流器500套、光伏逆变器300套的生产能力，预计2011年可实现产值5亿元，到2012年可超10亿。江苏大全凯帆电器股份有限公司希望借助国家大力发展绿色能源的契机，在风力发电、光伏发电等新能源领域研发出更多高技术含量的产品，为客户提供更好更快捷的服务，为绿色能源的发展做出自己的贡献。
四、结束语
可持续发展是当前人类面临的重大任务，能源发展有着特殊重要性，它关系到我国经济建设与国家长治久安，也是构建社会主义和谐社会的重大问题，在未来的发展道路上，大全人将继续秉承 “科技、绿色、和谐”的理念，积极响应国家政策号召，为人类社会和谐和可持续发展贡献自己的力量。
五、参考文献
1.中国人民解放军海军工程大学 肖飞博士 2MW永磁直驱风力发电变流器系统研制
六、作者简介
作者顾文潭，男，1984年出生。
2001年-2005年 就读于东南大学自动控制系
2005年-2007年 大全集团南京因泰莱电器有限公司 研发部工程师
2007年-2009年 大全集团镇江默勒电器有限公司 技术部经理
2010年-至今 江苏大全凯帆电器股份有限公司 总经理助理
