遠(yuǎn)景為什么

2017-10-11 10:41:32 《風(fēng)能》　點(diǎn)擊量：評(píng)論 (0)

從掌握風(fēng)電機(jī)組核心控制系統(tǒng)開(kāi)始，這家公司一路向前，依次打開(kāi)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(guó)風(fēng)電走向世界強(qiáng)國(guó)的步伐。10 年前，業(yè)內(nèi)把掌握風(fēng)電整機(jī)的核心控

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(kāi)制約中國(guó)風(fēng)電發(fā)展的黑匣子，那時(shí)遠(yuǎn)景已經(jīng)打開(kāi)了這個(gè)黑匣子，但同時(shí)也意識(shí)到，打開(kāi)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(dòng)中國(guó)風(fēng)電發(fā)展的根本所在。

到2017 年9 月，遠(yuǎn)景已經(jīng)打開(kāi)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(jì)和制造中——這無(wú)疑會(huì)為這家公司在風(fēng)電行業(yè)一路向前增加重量級(jí)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(guó)風(fēng)電走向世界強(qiáng)國(guó)的步伐。

為什么要打開(kāi)變頻器的黑匣子

遠(yuǎn)景早在2009 年10 月就開(kāi)始自研風(fēng)電機(jī)組變頻器了，即便已經(jīng)量產(chǎn)實(shí)現(xiàn)了規(guī)?；瘧?yīng)用，也還是刻意在低調(diào)行事。事實(shí)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(shuō)，2010 年，中國(guó)市場(chǎng)上的風(fēng)電機(jī)組采用的變頻器大多來(lái)自外資品牌，它們掌握了中國(guó)風(fēng)電變頻器市場(chǎng)的話(huà)語(yǔ)權(quán)，而中國(guó)整機(jī)廠(chǎng)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(chǎng)商揮之不去的痛點(diǎn)。

遠(yuǎn)景自研變頻器項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在對(duì)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)變頻器故障率及故障類(lèi)型進(jìn)行深度研究后，得出一個(gè)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(huì)誘發(fā)變頻器故障，還會(huì)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(gè)實(shí)現(xiàn)電能變換的獨(dú)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(tái)1.5MW標(biāo)準(zhǔn)變頻器樣品在啟東風(fēng)電場(chǎng)成功并網(wǎng)，后經(jīng)安徽魯山等風(fēng)電場(chǎng)的批量化運(yùn)行業(yè)績(jī)驗(yàn)證，遠(yuǎn)景自研變頻器正式步入產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

來(lái)自遠(yuǎn)景產(chǎn)品質(zhì)量部門(mén)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?zhuān)?ldquo;對(duì)自己的產(chǎn)品做改進(jìn)能快速閉環(huán)，因?yàn)樯钊肜斫怙L(fēng)機(jī)和變頻器產(chǎn)品的機(jī)理，對(duì)系統(tǒng)的精準(zhǔn)改善可以實(shí)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(duì)變頻功能組件的深刻理解，遠(yuǎn)景的變頻器還擁有自行開(kāi)發(fā)的壽命模型，可以對(duì)一系列關(guān)鍵子部件的壽命做出預(yù)測(cè)和實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)，這些模型輸出的動(dòng)態(tài)邊界能力不僅能夠最大程度地幫助風(fēng)機(jī)在過(guò)速過(guò)載等危險(xiǎn)工況下安全運(yùn)行和停機(jī)，更在機(jī)型設(shè)計(jì)之初即成為整機(jī)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)不可分割的一部分。

“遠(yuǎn)景在設(shè)計(jì)變頻器的同時(shí)，也自主開(kāi)發(fā)了自動(dòng)化仿真控制軟件平臺(tái)，其全息模型可以定義現(xiàn)場(chǎng)所有可能出現(xiàn)的電壓、電流、功率、頻率以及工況場(chǎng)景，仿真精度和現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行實(shí)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(xiàng)目團(tuán)隊(duì)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(shí)際上，遠(yuǎn)景的高精度全息仿真系統(tǒng)為變頻器設(shè)計(jì)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(chǎng)景及尺度下進(jìn)行整機(jī)運(yùn)行控制。

從設(shè)計(jì)層面看，作為控制單元，變頻器在執(zhí)行機(jī)組指令時(shí)的協(xié)同配合，不僅能實(shí)現(xiàn)電氣傳動(dòng)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(jì)，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(chǎng)棄風(fēng)損失。”

不止如此，遠(yuǎn)景自研變頻器中的機(jī)組傳動(dòng)鏈振蕩抑制算法，還可以更有效地抑制機(jī)組傳動(dòng)鏈在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的低頻振蕩，防止傳動(dòng)鏈部件疲勞，從而保證傳動(dòng)鏈部件的使用壽命。在李磊博士看來(lái)，通過(guò)變頻器的控制算法保護(hù)傳動(dòng)鏈部件全生命周期的安全，也是自研變頻器的價(jià)值所在。但他也強(qiáng)調(diào)，客戶(hù)對(duì)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(duì)現(xiàn)場(chǎng)，并在3 小時(shí)內(nèi)給出解決方案、24 小時(shí)內(nèi)給出根因分析，不但能快速閉環(huán)，還可將一些現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題輸入產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，最終實(shí)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(gè)柜體，但更為重要的在于，從系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jì)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(gòu)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(shí)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(shuō)，“遠(yuǎn)景通過(guò)掌握變頻器產(chǎn)品的全部知識(shí)產(chǎn)權(quán)，包括所有的軟硬件設(shè)計(jì)，然后通過(guò)發(fā)包給類(lèi)似富士康這樣的代工企業(yè)生產(chǎn)，使得變頻器的采購(gòu)成本得到了大幅的降低。”

更重要的在于，自研變頻器對(duì)整機(jī)的開(kāi)發(fā)和演進(jìn)產(chǎn)生更多可能的自由度。正是由于對(duì)變頻器技術(shù)完全的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，遠(yuǎn)景的機(jī)組整機(jī)開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)才可以根據(jù)新的機(jī)組特性，在程序設(shè)計(jì)、參數(shù)設(shè)計(jì)等算法開(kāi)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(chǎng)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(shì)，還有最好的風(fēng)能捕獲優(yōu)勢(shì)，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(xiàng)應(yīng)用技術(shù)，已在多個(gè)風(fēng)電場(chǎng)批量應(yīng)用。從運(yùn)行數(shù)據(jù)來(lái)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(guó)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(dòng)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(yáng)風(fēng)電場(chǎng)就運(yùn)行了這樣的葉片。

這款葉片采用了全三維葉片設(shè)計(jì)技術(shù)，從借鑒V22 魚(yú)鷹機(jī)翼設(shè)計(jì)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(guó)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(kāi)發(fā)了LM 近 1/3 的專(zhuān)利，美國(guó)全球葉片創(chuàng)新中心負(fù)責(zé)人、前西門(mén)子葉片研發(fā)中心首席工程師Kevin Standish 先生在葉片設(shè)計(jì)上的獨(dú)特建樹(shù)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(duì)的全球頂級(jí)專(zhuān)家已達(dá)55 人，涉及葉片氣動(dòng)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及載荷、材料及工藝、測(cè)試與驗(yàn)證等多個(gè)領(lǐng)域。

這是一個(gè)關(guān)乎風(fēng)電整機(jī)開(kāi)發(fā)的本質(zhì)問(wèn)題。

風(fēng)電整機(jī)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，本質(zhì)上是一個(gè)基于葉片空氣動(dòng)力學(xué)應(yīng)用的流體和結(jié)構(gòu)反復(fù)迭代尋優(yōu)的過(guò)程，其中機(jī)組結(jié)構(gòu)載荷、葉片氣動(dòng)性能和核心控制手段是風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)尋優(yōu)的三大變量，也就是設(shè)計(jì)工程師所說(shuō)的LAC 風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)尋優(yōu)。

關(guān)鍵在于，風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)工程師要真正掌控這些變量，而不是面對(duì)僅能輸出或輸入設(shè)計(jì)參數(shù)的黑匣子。也正因此，遠(yuǎn)景執(zhí)意要打開(kāi)葉片設(shè)計(jì)的黑匣子，讓葉片氣動(dòng)成為一個(gè)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(dòng)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(guò)自身的氣動(dòng)外形卸掉某些風(fēng)況帶來(lái)的有害載荷，就會(huì)相應(yīng)降低傳動(dòng)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(duì)對(duì)葉片空氣動(dòng)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(lái)，“這幾乎就是向葉片的基礎(chǔ)理論發(fā)起挑戰(zhàn)！”

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責(zé)任編輯：lixin

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