遠(yuǎn)景為什么

2017-10-11 10:41:32 《風(fēng)能》　點擊量：評論 (0)

從掌握風(fēng)電機(jī)組核心控制系統(tǒng)開始，這家公司一路向前，依次打開了變頻器、變槳、葉片、發(fā)電機(jī)和齒輪箱的黑匣子。而這，或?qū)⒁l(fā)連鎖反應(yīng)，加快中國風(fēng)電走向世界強(qiáng)國的步伐。10 年前，業(yè)內(nèi)把掌握風(fēng)電整機(jī)的核心控

從掌握風(fēng)電機(jī)組核心控制系統(tǒng)開始，這家公司一路向前，依次打開了變頻器、變槳、葉片、發(fā)電機(jī)和齒輪箱的黑匣子。而這，或?qū)⒁l(fā)連鎖反應(yīng)，加快中國風(fēng)電走向世界強(qiáng)國的步伐。

10 年前，業(yè)內(nèi)把掌握風(fēng)電整機(jī)的核心控制比作打開制約中國風(fēng)電發(fā)展的黑匣子，那時遠(yuǎn)景已經(jīng)打開了這個黑匣子，但同時也意識到，打開變頻器等關(guān)鍵大部件的黑匣子并掌握其核心技術(shù)，才是持續(xù)推動中國風(fēng)電發(fā)展的根本所在。

到2017 年9 月，遠(yuǎn)景已經(jīng)打開了風(fēng)電整機(jī)所有關(guān)鍵大部件的黑匣子，且將最先進(jìn)的技術(shù)用于這些部件的設(shè)計和制造中——這無疑會為這家公司在風(fēng)電行業(yè)一路向前增加重量級砝碼，關(guān)鍵大部件技術(shù)在風(fēng)電領(lǐng)域的重要作用或?qū)⒁l(fā)連鎖反應(yīng)，加快中國風(fēng)電走向世界強(qiáng)國的步伐。

為什么要打開變頻器的黑匣子

遠(yuǎn)景早在2009 年10 月就開始自研風(fēng)電機(jī)組變頻器了，即便已經(jīng)量產(chǎn)實現(xiàn)了規(guī)?；瘧?yīng)用，也還是刻意在低調(diào)行事。事實上，這家公司研發(fā)和擴(kuò)產(chǎn)變頻器的腳步從未停歇。

遠(yuǎn)景能源副總經(jīng)理王曉宇博士回憶說，2010 年，中國市場上的風(fēng)電機(jī)組采用的變頻器大多來自外資品牌，它們掌握了中國風(fēng)電變頻器市場的話語權(quán)，而中國整機(jī)廠商也為此付出了較高的成本。但即便如此，變頻器故障率仍是整機(jī)廠商揮之不去的痛點。

遠(yuǎn)景自研變頻器項目團(tuán)隊在對國內(nèi)市場變頻器故障率及故障類型進(jìn)行深度研究后，得出一個重要結(jié)論：變頻器與機(jī)組控制系統(tǒng)的協(xié)同不暢，不僅會誘發(fā)變頻器故障，還會影響機(jī)組的發(fā)電量。正是受此啟發(fā)，站在系統(tǒng)優(yōu)化的層面上，遠(yuǎn)景不僅僅將變頻器定位成一個實現(xiàn)電能變換的獨立子部件，而是更多地考慮如何使其幫助提高系統(tǒng)性能和壽命。

2011 年3 月，遠(yuǎn)景自研的首臺1.5MW標(biāo)準(zhǔn)變頻器樣品在啟東風(fēng)電場成功并網(wǎng)，后經(jīng)安徽魯山等風(fēng)電場的批量化運行業(yè)績驗證，遠(yuǎn)景自研變頻器正式步入產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

來自遠(yuǎn)景產(chǎn)品質(zhì)量部門的數(shù)據(jù)顯示，2014年，遠(yuǎn)景自研變頻器導(dǎo)致的停機(jī)平均1 年2 次，到了2017 年，自研變頻器導(dǎo)致的停機(jī)平均3年才有1 次。遠(yuǎn)景智慧電氣卓越中心負(fù)責(zé)人李磊博士解釋：“對自己的產(chǎn)品做改進(jìn)能快速閉環(huán)，因為深入理解風(fēng)機(jī)和變頻器產(chǎn)品的機(jī)理，對系統(tǒng)的精準(zhǔn)改善可以實現(xiàn)事半功倍。”

正是得益于從風(fēng)機(jī)整機(jī)系統(tǒng)層面對變頻功能組件的深刻理解，遠(yuǎn)景的變頻器還擁有自行開發(fā)的壽命模型，可以對一系列關(guān)鍵子部件的壽命做出預(yù)測和實時狀態(tài)監(jiān)測，這些模型輸出的動態(tài)邊界能力不僅能夠最大程度地幫助風(fēng)機(jī)在過速過載等危險工況下安全運行和停機(jī)，更在機(jī)型設(shè)計之初即成為整機(jī)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計不可分割的一部分。

“遠(yuǎn)景在設(shè)計變頻器的同時，也自主開發(fā)了自動化仿真控制軟件平臺，其全息模型可以定義現(xiàn)場所有可能出現(xiàn)的電壓、電流、功率、頻率以及工況場景，仿真精度和現(xiàn)場運行實況完全吻合。先進(jìn)的高精度全息仿真模型，為自研變頻器配置先進(jìn)的控制算法提供了技術(shù)支持。”從仿真模型的角度出發(fā)，遠(yuǎn)景自研變頻器項目團(tuán)隊王曉鈺博士解釋了自研變頻器高性能背后的技術(shù)邏輯。

實際上，遠(yuǎn)景的高精度全息仿真系統(tǒng)為變頻器設(shè)計注入了優(yōu)質(zhì)基因，這就不難理解為什么自研變頻器具有協(xié)同機(jī)組優(yōu)化控制系統(tǒng)的能力——變頻器是距離發(fā)電機(jī)最近的智能單元，作為機(jī)組最底層的控制單元，其性能好壞和智能程度直接決定了機(jī)組能在何種場景及尺度下進(jìn)行整機(jī)運行控制。

從設(shè)計層面看，作為控制單元，變頻器在執(zhí)行機(jī)組指令時的協(xié)同配合，不僅能實現(xiàn)電氣傳動鏈的效率優(yōu)化，也可從整體上保證遠(yuǎn)景智能風(fēng)機(jī)控制策略的執(zhí)行。王曉鈺博士強(qiáng)調(diào)，“自研變頻器與風(fēng)機(jī)的集成設(shè)計，提高了風(fēng)機(jī)的并網(wǎng)友好性，減少了因涉網(wǎng)特性差導(dǎo)致的風(fēng)電場棄風(fēng)損失。”

不止如此，遠(yuǎn)景自研變頻器中的機(jī)組傳動鏈振蕩抑制算法，還可以更有效地抑制機(jī)組傳動鏈在運行過程中出現(xiàn)的低頻振蕩，防止傳動鏈部件疲勞，從而保證傳動鏈部件的使用壽命。在李磊博士看來，通過變頻器的控制算法保護(hù)傳動鏈部件全生命周期的安全，也是自研變頻器的價值所在。但他也強(qiáng)調(diào)，客戶對服務(wù)響應(yīng)更為敏感，由于自研變頻器不存在技術(shù)壁壘，研發(fā)人員可直接面對現(xiàn)場，并在3 小時內(nèi)給出解決方案、24 小時內(nèi)給出根因分析，不但能快速閉環(huán)，還可將一些現(xiàn)場問題輸入產(chǎn)品設(shè)計中，最終實現(xiàn)產(chǎn)品性能的優(yōu)化。

須提及的是，由于遠(yuǎn)景自研變頻器與整機(jī)系統(tǒng)的協(xié)同優(yōu)化，在遠(yuǎn)景機(jī)組內(nèi)，傳統(tǒng)分立的主控柜和變頻柜已合并成一個柜體，但更為重要的在于，從系統(tǒng)設(shè)計層面，傳統(tǒng)的主控柜和變頻器的邊界已經(jīng)模糊了，在軟件系統(tǒng)設(shè)計上，也已經(jīng)成為不可分割的整體。

那么，遠(yuǎn)景自研變頻器的直接結(jié)果是什么呢？

據(jù)遠(yuǎn)景電氣系統(tǒng)采購負(fù)責(zé)人許智強(qiáng)透露，2015 年以后，遠(yuǎn)景陸上全系列機(jī)組已經(jīng)全部配備為遠(yuǎn)景自主知識產(chǎn)權(quán)的變頻器。2018 年以后，遠(yuǎn)景海上全系列機(jī)組也將全部配備遠(yuǎn)景變頻器。許智強(qiáng)進(jìn)一步說，“遠(yuǎn)景通過掌握變頻器產(chǎn)品的全部知識產(chǎn)權(quán)，包括所有的軟硬件設(shè)計，然后通過發(fā)包給類似富士康這樣的代工企業(yè)生產(chǎn)，使得變頻器的采購成本得到了大幅的降低。”

更重要的在于，自研變頻器對整機(jī)的開發(fā)和演進(jìn)產(chǎn)生更多可能的自由度。正是由于對變頻器技術(shù)完全的自主知識產(chǎn)權(quán)，遠(yuǎn)景的機(jī)組整機(jī)開發(fā)團(tuán)隊才可以根據(jù)新的機(jī)組特性，在程序設(shè)計、參數(shù)設(shè)計等算法開發(fā)的核心環(huán)節(jié)進(jìn)行系統(tǒng)整合，更好更快地推出引領(lǐng)市場的創(chuàng)新機(jī)型。

遠(yuǎn)景智能雙模機(jī)組和中壓機(jī)組都是基于其變頻器技術(shù)的創(chuàng)新。遠(yuǎn)景2012 年7 月推出的雙模機(jī)組不但兼具直驅(qū)全功率和雙饋機(jī)組的優(yōu)勢，還有最好的風(fēng)能捕獲優(yōu)勢，在高風(fēng)速工況和低風(fēng)速工況下均有較高的發(fā)電效率。它是一款機(jī)型，也是一項應(yīng)用技術(shù)，已在多個風(fēng)電場批量應(yīng)用。從運行數(shù)據(jù)來看，經(jīng)雙模技術(shù)改造后，機(jī)組的年發(fā)電量比未改造的雙饋機(jī)組最高可提升近2%。

為什么要突破葉片技術(shù)理論

要知道，遠(yuǎn)景設(shè)立在美國科羅拉多的全球葉片創(chuàng)新中心匯聚了全球葉片領(lǐng)域的頂尖人才，當(dāng)空氣動力學(xué)的資深科學(xué)家遇上復(fù)合材料結(jié)構(gòu)學(xué)的頂尖工程師，下一代更輕更具捕風(fēng)效率的葉片就出現(xiàn)在人們的眼前——射陽風(fēng)電場就運行了這樣的葉片。

這款葉片采用了全三維葉片設(shè)計技術(shù)，從借鑒V22 魚鷹機(jī)翼設(shè)計理論到下一代風(fēng)機(jī)葉片技術(shù)突破，遠(yuǎn)景付出了3 年的艱苦努力。

在遠(yuǎn)景，中國葉片工程集成中心研發(fā)總監(jiān)、前LM 研發(fā)總監(jiān)Peter Grabau 先生曾經(jīng)主導(dǎo)開發(fā)了LM 近 1/3 的專利，美國全球葉片創(chuàng)新中心負(fù)責(zé)人、前西門子葉片研發(fā)中心首席工程師Kevin Standish 先生在葉片設(shè)計上的獨特建樹也為遠(yuǎn)景最新的葉片技術(shù)注入了全球最新的研發(fā)思想。一份內(nèi)部文件顯示，遠(yuǎn)景自研葉片團(tuán)隊的全球頂級專家已達(dá)55 人，涉及葉片氣動、結(jié)構(gòu)設(shè)計及載荷、材料及工藝、測試與驗證等多個領(lǐng)域。

這是一個關(guān)乎風(fēng)電整機(jī)開發(fā)的本質(zhì)問題。

風(fēng)電整機(jī)設(shè)計開發(fā)，本質(zhì)上是一個基于葉片空氣動力學(xué)應(yīng)用的流體和結(jié)構(gòu)反復(fù)迭代尋優(yōu)的過程，其中機(jī)組結(jié)構(gòu)載荷、葉片氣動性能和核心控制手段是風(fēng)機(jī)設(shè)計尋優(yōu)的三大變量，也就是設(shè)計工程師所說的LAC 風(fēng)機(jī)設(shè)計尋優(yōu)。

關(guān)鍵在于，風(fēng)機(jī)設(shè)計工程師要真正掌控這些變量，而不是面對僅能輸出或輸入設(shè)計參數(shù)的黑匣子。也正因此，遠(yuǎn)景執(zhí)意要打開葉片設(shè)計的黑匣子，讓葉片氣動成為一個可尋優(yōu)的變量。葉片是把風(fēng)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的核心部件，成本約占風(fēng)機(jī)成本的30%，其氣動載荷主導(dǎo)了風(fēng)機(jī)另外70% 的主要成本。這意味著，如果葉片通過自身的氣動外形卸掉某些風(fēng)況帶來的有害載荷，就會相應(yīng)降低傳動鏈上其他部件的載荷，那么降低整機(jī)用材成本也就水到渠成。

但這取決于遠(yuǎn)景葉片研發(fā)團(tuán)隊對葉片空氣動力學(xué)未知的認(rèn)知程度。在遠(yuǎn)景全球葉片創(chuàng)新中心負(fù)責(zé)人Kevin 先生看來，“這幾乎就是向葉片的基礎(chǔ)理論發(fā)起挑戰(zhàn)！”

責(zé)任編輯：lixin

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