风电变流器项目
申报材料
规划设计/投资方案/产业运营
摘要说明—
目前，风电作为应用最广泛和发展最快的新能源发电技术，已在全球
范围内实现规模化应用。在风力发电设备中，风电变流器是风力发电机组
不可缺少的能量变换单元，是风电机组的关键部件之一。风电变流器的行
业规模一般以风电机组装机容量衡量。
该风电变流器项目计划总投资14381.39万元，其中：固定资产投资11092.81万元，占项目总投资的77.13%；流动资金3288.58万元，占项目
总投资的22.87%。
达产年营业收入26846.00万元，总成本费用21187.27万元，税金及
附加244.59万元，利润总额5658.73万元，利税总额6683.83万元，税后
净利润4244.05万元，达产年纳税总额2439.78万元；达产年投资利润率39.35%，投资利税率46.48%，投资回报率29.51%，全部投资回收期4.89年，提供就业职位419个。
报告内容：项目总论、投资背景及必要性分析、市场调研预测、产品
规划、项目建设地研究、项目土建工程、工艺先进性分析、项目环保研究、职业保护、风险评价分析、项目节能分析、项目实施计划、项目投资计划
方案、经济效益评估、综合评价结论等。
规划设计/投资分析/产业运营
风电变流器项目申报材料目录
第一章项目总论
第二章投资背景及必要性分析第三章产品规划
第四章项目建设地研究
第五章项目土建工程
第六章工艺先进性分析
第七章项目环保研究
第八章职业保护
第九章风险评价分析
第十章项目节能分析
第十一章项目实施计划
第十二章项目投资计划方案
第十三章经济效益评估
第十四章招标方案
第十五章综合评价结论
第一章项目总论
一、项目承办单位基本情况
（一）公司名称
xxx有限公司
（二）公司简介
本公司奉行“客户至上，质量保障”的服务宗旨，树立“一切为客户
着想” 的经营理念，以高效、优质、优惠的专业精神服务于新老客户。
公司在发展中始终坚持以创新为源动力，不断投入巨资引入先进研发设备，更新思想观念，依托优秀的人才、完善的信息、现代科技技术等优势，不
断加大新产品的研发力度，以实现公司的永续经营和品牌发展。
公司实行董事会领导下的总经理负责制，推行现代企业制度，建立了
科学灵活的经营机制，完善了行之有效的管理制度。项目承办单位组织机
构健全、管理完善，遵循社会主义市场经济运行机制，严格按照《中华人
民共和国公司法》依法独立核算、自主开展生产经营活动；为了顺应国际
化经济发展的趋势，项目承办单位全面建立和实施计算机信息网络系统，
建立起从产品开发、设计、生产、销售、核算、库存到售后服务的物流电
子网络管理系统，使项目承办单位与全国各销售区域形成信息互通，有效
提高工作效率，及时反馈市场信息，为项目承办单位的战略决策提供有利
的支撑。公司是按照现代企业制度建立的有限责任公司，公司最高机构为
股东大会，日常经营管理为总经理负责制，企业设有技术、质量、采购、销售、客户服务、生产、综合管理、后勤及财务等部门，公司致力于为市场提供品质优良的项目产品，凭借强大的技术支持和全新服务理念，不断为顾客提供系统的解决方案、优质的产品和贴心的服务。
公司坚持精益化、规模化、品牌化、国际化的战略，充分发挥渠道优势、技术优势、品牌优势、产品质量优势、规模化生产优势，为客户提供高附加值、高质量的产品。公司将不断改善治理结构，持续提高公司的自主研发能力，积极开拓国内外市场。公司建立了《产品开发控制程序》、《研发部绩效管理细则》等一系列制度，对研发项目立项、评审、研发经费核算、研发人员绩效考核等进行规范化管理，确保了良好的研发工作运行环境。
（三）公司经济效益分析
上一年度，xxx科技发展公司实现营业收入15813.46万元，同比增长32.69%（3895.53万元）。其中，主营业业务风电变流器生产及销售收入为12859.11万元，占营业总收入的81.32%。
根据初步统计测算，公司实现利润总额3631.04万元，较去年同期相比增长526.38万元，增长率16.95%；实现净利润2723.28万元，较去年同期相比增长340.44万元，增长率14.29%。
上年度主要经济指标
二、项目概况（一）项目名称风电变流器项目（二）项目选址某某产业基地
（三）项目用地规模
项目总用地面积37732.19平方米（折合约56.57亩）。
（四）项目用地控制指标
该工程规划建筑系数53.47%，建筑容积率1.69，建设区域绿化覆盖率5.83%，固定资产投资强度196.09万元/亩。
（五）土建工程指标
项目净用地面积37732.19平方米，建筑物基底占地面积20175.40平
方米，总建筑面积63767.40平方米，其中：规划建设主体工程47935.08
平方米，项目规划绿化面积3720.29平方米。
（六）设备选型方案
项目计划购置设备共计129台（套），设备购置费2948.45万元。
（七）节能分析
1、项目年用电量1197626.15千瓦时，折合147.19吨标准煤。
2、项目年总用水量21161.23立方米，折合1.81吨标准煤。
3、“风电变流器项目投资建设项目”，年用电量1197626.15千瓦时，年总用水量21161.23立方米，项目年综合总耗能量（当量值）149.00吨标准煤/年。达产年综合节能量44.51吨标准煤/年，项目总节能率20.49%，
能源利用效果良好。
（八）环境保护
项目符合某某产业基地发展规划，符合某某产业基地产业结构调整规
划和国家的产业发展政策；对产生的各类污染物都采取了切实可行的治理
措施，严格控制在国家规定的排放标准内，项目建设不会对区域生态环境
产生明显的影响。
（九）项目总投资及资金构成
项目预计总投资14381.39万元，其中：固定资产投资11092.81万元，占项目总投资的77.13%；流动资金3288.58万元，占项目总投资的22.87%。
（十）资金筹措
该项目现阶段投资均由企业自筹。
（十一）项目预期经济效益规划目标
预期达产年营业收入26846.00万元，总成本费用21187.27万元，税
金及附加244.59万元，利润总额5658.73万元，利税总额6683.83万元，
税后净利润4244.05万元，达产年纳税总额2439.78万元；达产年投资利
润率39.35%，投资利税率46.48%，投资回报率29.51%，全部投资回收期
4.89年，提供就业职位419个。
（十二）进度规划
本期工程项目建设期限规划12个月。
将整个项目分期、分段建设，进行项目分解、工期目标分解，按项目
的适应性安排施工，各主体工程的施工期叉开实施。项目承办单位要合理
安排设计、采购和设备安装的时间，在工作上交叉进行，最大限度缩短建
设周期。将投资密度比较大的部分工程尽量押后施工，诸如其他配套工程等。
三、项目评价
1、本期工程项目符合国家产业发展政策和规划要求，符合某某产业基
地及某某产业基地风电变流器行业布局和结构调整政策；项目的建设对促
进某某产业基地风电变流器产业结构、技术结构、组织结构、产品结构的
调整优化有着积极的推动意义。
2、xxx科技发展公司为适应国内外市场需求，拟建“风电变流器项目”，本期工程项目的建设能够有力促进某某产业基地经济发展，为社会
提供就业职位419个，达产年纳税总额2439.78万元，可以促进某某产业
基地区域经济的繁荣发展和社会稳定，为地方财政收入做出积极的贡献。
3、项目达产年投资利润率39.35%，投资利税率46.48%，全部投资回
报率29.51%，全部投资回收期4.89年，固定资产投资回收期4.89年（含
建设期），项目具有较强的盈利能力和抗风险能力。
4、民营企业和民间资本是培育和发展战略性新兴产业的重要力量。鼓
励和引导民营企业发展战略性新兴产业，对于促进民营企业健康发展，增
强战略性新兴产业发展活力具有重要意义。从促进产业发展看，民营企业
机制灵活、贴近市场，在优化产业结构、推进技术创新、促进转型升级等
方面力度很大，成效很好。据统计，我国65%的专利、75%以上的技术创新、80%以上的新产品开发是由民营企业完成的。从吸纳就业看，民营经济作为
国民经济的生力军是就业的主要承载主体。全国工商联统计，城镇就业中，民营经济的占比超过了80%，而新增就业贡献率超过了90%。统计数据显示，民营经济如今已成为中国经济的中坚力量。截至2017年年底，我国实有个
体工商户6579.4万户，私营企业2726.3万户，广义民营企业合计占全部
市场主体的94.8%。而且，民营经济解决了绝大部分就业，是技术进步和创新的巨大驱动力：创造了60%以上GDP，贡献了70%以上的技术创新和新产
品开发，提供了80%以上的就业岗位。十九大报告提出，毫不动摇巩固和发展公有制经济，毫不动摇鼓励、支持、引导非公有制经济发展。
综上所述，项目的建设和实施无论是经济效益、社会效益还是环境保护、清洁生产都是积极可行的。
四、主要经济指标
主要经济指标一览表
第二章投资背景及必要性分析
目前，风电作为应用最广泛和发展最快的新能源发电技术，已在全球范围内实现规模化应用。在风力发电设备中，风电变流器是风力发电机组不可缺少的能量变换单元，是风电机组的关键部件之一。风电变流器的行业规模一般以风电机组装机容量衡量。
根据国家能源局统计的数据，2018年，新增并网风电装机2,059万千瓦，累计并网装机容量达到1.84亿千瓦，占全部发电装机容量的9.7%。2018年风电发电量3,660亿千瓦时，占全部发电量的5.2%，比2017年提高0.4个百分点。2018年全国风电平均利用小时数2,095小时，同比增加147小时；全年弃风电量277亿千瓦时，同比减少142亿千瓦时，平均弃风率7%，同比下降5个百分点，弃风限电状况明显缓解。
第三章产品规划
一、产品规划
项目主要产品为风电变流器，根据市场情况，预计年产值26846.00万元。
通过对国内外市场需求预测可以看出，我国项目产品将以内销为主并扩大外销，随着产品宣传力度的加大，产品价格的降低，产品质量的提高和产品的多样化，项目产品必将更受欢迎；通过对市场需求预测分析，国内外市场对项目产品的需求量均呈逐年增加的趋势，市场销售前景非常看好。项目承办单位应建立良好的营销队伍，利用多媒体、广告、连锁等模式，不断拓展项目产品良好的营销渠道，提高企业的经济效益。通过以上分析表明，项目承办单位所生产的项目产品市场风险较低，具有较强的市场竞争力和广阔的市场发展空间，因此，项目产品市场前景良好，投资项目建设具有良好的经济效益和社会效益，其市场可拓展的空间巨大，倍增效应显著，具有较强的市场竞争力和广阔的市场空间。
二、建设规模
（一）用地规模
该项目总征地面积37732.19平方米（折合约56.57亩），其中：净用地面积37732.19平方米（红线范围折合约56.57亩）。项目规划总建筑面
积63767.40平方米，其中：规划建设主体工程47935.08平方米，计容建
筑面积63767.40平方米；预计建筑工程投资5301.37万元。
（二）设备购置
项目计划购置设备共计129台（套），设备购置费2948.45万元。
（三）产能规模
项目计划总投资14381.39万元；预计年实现营业收入26846.00万元。
第四章项目建设地研究
一、项目选址原则
投资项目对其生产工艺流程、设施布置等都有较为严格的标准化要求，为了更好地发挥其经济效益并综合考虑环境等多方面的因素，根据项目选
址的一般原则和项目建设地的实际情况，该项目选址应遵循以下基本原则
的要求。投资项目对其生产工艺流程、设施布置等都有较为严格的标准化
要求，为了更好地发挥其经济效益并综合考虑环境等多方面的因素，根据
项目选址的一般原则和项目建设地的实际情况，该项目选址应遵循以下基
本原则的要求。
二、项目选址
该项目选址位于某某产业基地。
三、建设条件分析
项目承办单位自成立以来始终坚持“自主创新、自主研发”的理念，
始终把提升创新能力作为企业竞争的最重要手段，因此，积累了一定的项
目产品技术优势。项目承办单位在项目产品开发、设计、制造、检测等方
面形成了一套完整的质量保证和管理体系，通过了ISO9000质量体系认证，赢得了用户的信赖和认可。
四、用地控制指标
投资项目绿化覆盖率符合国土资源部发布的《工业项目建设用地控制
指标》（国土资发【2008】24号）中规定的产品制造行业绿化覆盖率
≤20.00%的规定；同时，满足项目建设地确定的“绿化覆盖率≤20.00%”
的具体要求。根据测算，投资项目建筑容积率符合国土资源部发布的《工
业项目建设用地控制指标》（国土资发【2008】24号）中规定的产品制造
行业建筑容积率≥0.80的规定；同时，满足项目建设地确定的“建筑容积
率≥1.50”的具体要求。投资项目占地产出收益率完全符合国土资源部发
布的《工业项目建设用地控制指标》（国土资发【2008】24号）中规定的
行业产品制造行业占地产出收益率≥5000.00万元/公顷的规定；同时，满
足项目建设地确定的“占地产出收益率≥6000.00万元/公顷”的具体要求。
五、地总体要求
本期工程项目建设规划建筑系数53.47%，建筑容积率1.69，建设区域
绿化覆盖率5.83%，固定资产投资强度196.09万元/亩。
土建工程投资一览表
六、节约用地措施
采用大跨度连跨厂房，方便生产设备的布置，提高厂房面积的利用率，有利于节约土地资源；原料及辅助材料仓库采用简易货架，提高了库房的
面积和空间利用率，从而有效地节约土地资源。
七、总图布置方案
（一）平面布置总体设计原则
同时考虑用地少、施工费用节约等要求，沿围墙、路边和可利用场地
种植花卉、树木、草坪及常绿植物，改善和美化生产环境。
（二）主要工程布置设计要求
道路在项目建设场区内呈环状布置，拟采用城市型水泥混凝土路面结
构形式，可以满足不同运输车辆行驶的功能要求。道路设计注重道路之间
的贯通，同时，场区道路应尽可能与主要建筑物平行布置。
（三）绿化设计
场区植物配置以本地区树种为主，绿化设计的树木花草配置应依据项
目建设区域的总体布置、竖向、道路及管线综合布置等要求，并适合当地
气象、土壤、生态习性与防护性能，疏密适当高低错落，形成一定的层次
感。场区绿化设计要达到“营造严谨开放的交流环境，催人奋进的工作环境，舒适宜人的休闲环境，和谐统一的生态环境”之目的。
（四）辅助工程设计
1、投资项目采用雨、污分流制排水系统，分别汇集后排入项目建设区不同污水管网。undefined
2、投资项目厂房排水方案采用室内悬吊管接入主管排至室外，室外排水采用暗沟、雨水井、检修井、下水管组成的排水系统。undefined
3、项目承办单位采用高压计度方式结算电费，低压回路装有电度表，便于各车间成本核算；在10KV电源进线处设置电能总计量；每路10KV出线柜均装设有功电度表和无功电度表。场区照明采用透露性强的高压钠灯和路灯专用灯具；各车间通道的上方装设平时作为工作照明一部分的金属卤化物灯作为值班照明；各车间的工作照明分片集中控制；值班照明为常明灯，常年不断电单独控制；车间生活和办公室等场所的照明均采用分散控制。
4、项目建设规划区内部和外部运输做到物料流向合理，场内部和外部运输、接卸、贮存形成完整的、连续的工作系统，尽量使场内、外的运输与车间内部运输密切结合统一考虑。场外运输主要为原材料的供给以及产品的外运；产品的远距离运输由汽车或铁路运输解决，项目建设地社会运输力量充足，可满足投资项目场外远距离运输的需求。
5、厂房内部散发较大热量的生产设备区域，采用局部封闭进行机械送、排风；当排出废气不能达到排放标准时必须设置空气净化设备。工业电视
部分：在场内主要场所进行重点监视，适时录像并存储图像，不仅可以了
解工作人员及场内来往人员的情况，还可通过查询录像资料，为事故鉴定、责任划分提供法律认可的视频图像证据。
八、选址综合评价
项目建设地工业园着力打造创新型、服务型开发区，致力于投资创业
软硬环境建设，出台优惠政策，对入驻建设区的企业在立项审批、工商税
务登记、土地办证以及招工等方面提供“全方位、一条龙”的联动服务，
积极围绕增强综合服务能力，以扩大开放和体制创新为动力，全力推动经
济聚集区建设务实高效运转，力争成为辐射能力强、政府效能高、商业机
会多、交易成本低、生态环境美、社会文明程度高的现代化绿色经济新区。
第五章全功率变流器风电机组的工作原理及控制策略 5.1 全功率变流器风电机组的工作原理 (1) 5.1.1全功率变流器风电机组传动链形式 (1) 5.1.2同步发电机 (1) 5.1.3永磁同步风力发电机结构及特点 (3) 5.1.4电励磁同步风力发电机结构及特点 (5) 5.2 全功率变流器风电机组变流器 (5) 5.2.1 电机侧变流器控制策略 (6) 5.2.1 电网侧变流器控制策略 (7) 5.1 全功率变流器风电机组的工作原理 5.1.1全功率变流器风电机组传动链形式 随着现代风电机组的额定功率呈现上升趋势，风轮桨叶长度逐渐增加而转速降低。例如：额定功率为5MW的风电机组桨叶长度超过60米，转子额定转速为10rpm左右。当发电机为两对极时，为了使5MW风力发电机通过交流方式直接与额定频率为50Hz的电网相连，机械齿轮箱变速比应为150。齿轮箱变速比的增加，给兆瓦级风电机组变速箱的设计和制造提出了挑战。风电机组功率及变速箱变速比增大时，其尺寸、重量及摩擦磨损也在增加。作为另外一种选择，风力发电机可以采用全功率变流器以AC/DC/AC的方式与电网相连。 全功率变流器是一种由直流环节连接两组电力电子变换器组成的背靠背变频系统。这两个变频器分别为电网侧变换器和发电机侧变换器。发电机侧变换器接受感应发电机产生的有功功率，并将功率通过直流环节送往电网侧变换器。发电机侧变换器也用来通过感应发电机的定子端对感应发电机励磁。电网侧变换器接受通过直流环节输送来的有功功率，并将其送到电网，即它平衡了直流环节两侧的电压。根据所选的控制策略，电网侧变换器也用来控制功率因数或支持电网电压。 5.1.2同步发电机 发电系统使用的同步发电机绝大部分是三相同步发电机。同步发电机主要包括定子和转子两部分。定子是同步发电机产生感应电动势的部件，由定子铁芯、三相电枢绕组和起支撑及固定作用的机座组成。转子的作用是产生一个强磁场，并且可以由励磁绕组进行调节，主要包括转子铁心、励磁绕组、滑环等。同步发电机的励磁系统一般分为两类，一类是用直流发电机作为励磁电源的直流励磁系统，另一类是用整流装置将交流变成直流后供给励磁的整流励磁系统。发电机容量大时，一般采用整流励磁系统。同步发电机是一种转子转速与电枢电动势频率之间保持严格不变关系的交流电机。 同步发电机的转子基木上是一个大的电磁铁。磁极有凸极和隐极两种结构。凸极转子结构和加工比较简单，制造成本低。中小容量电机一般采用凸极以降低成本；对大容量、高转速原动机，高速旋转的发电机转子将承受很大的离心力，采用隐极可以更好地固定励磁绕组。 同步发电机转子结构示意图 当转子励磁绕组中流过直流电流时，产生磁极磁场或称为励磁磁场。原动机拖动转子旋
风电变流器简介 快速浮点运算能力的“双DSP的全数字化控制器”；在发电机的转子压定向矢量控制策略；系统具有输入输出功率因数可调、自动软并网变流器采用三相电压型交-直-交双向变流器技术，核心控制采用具有防尘、防盐雾等运行要求。 变流器可根据海拔进行特殊设计，可以按客户定制实现低温、高温、和最大功率点跟踪控制功能。功率模块采用高开关频率的IGBT功率QHVERT-DFIG型风电变流器基本原理 器件，保证良好的输出波形。这种整流逆变装置具有结构简单、谐波制，是目前双馈异步风力发电机组的一个代表方向。 变流器工作原理框图如下所示： 统，实现了基于风机最大功率点跟踪的发电机有功和无功的解耦控能质量。这种电压型交-直-交变流器的双馈异步发电机励磁控制系含量少等优点，可以明显地改善双馈异步发电机的运行状态和输出电变流器提供实时监控功能，用户可以实时监控风机变流器运行状态。侧变流器实现定子磁场定向矢量控制策略，电网侧变流器实现电网电本文将针对市场上主流的双馈型风电变流器进行简介。 型风电变流器系统功能 变流器通过对双馈异步风力发电机的转子进行励磁，使得双馈发电机关，目前已实现规模化的生产。 06年成功研制第一台风电变流器以来，不断寻求技术革新严把质量风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视，我国变流器配电系统提供雷击、过流、过压、过温等保护功能。 的定子侧输出电压的幅值、频率和相位与电网相同，并且可根据需要风能资源丰富，近几年来国家政策也大力扶持风电产业。我公司自求扩展），用户可通过这些接口方便的实现变流器与系统控制器及风进行有功和无功的独立解耦控制。 机和电网造成的不利影响。 变流器提供多种通信接口，如Profibus, CANopen等（可根据用户要场远程监控系统的集成控制。 变流器控制双馈异步风力发电机实现软并网，减小并网冲击电流对电转子侧逆变器、直流母线单元、电网侧整流器。 原理图如下： 控制器、监控界面等部件。 变流器主回路系统包含如下几个基本单元： QHVERT-DFIG型风电变流器系统构成 变流器由主电路系统、配电系统以及控制系统构成。包括定子并网开关、整流模块、逆变模块、输入/输出滤波器、有源Crowbar电路、功率柜主要由功率模块、有源Crowbar等构成。 功率柜：主要负责转子滑差能量的传递。 并网柜：主要用于变流器与发电机系统和电网连接控制、一些控制信控制柜主要由主控箱、PLC、滤波器、电源模块等组成。 并网柜主要由断路器、接触器、信号采集元件、UPS、加热器、信号变流器控制结构框图如下： 接口部分等构成。 号的采集以及二次回路的配置。 上述各功能分配到控制柜、功率柜、并网柜中： 约了机舱空间，柜中还可提供现场调试的220V电源。 成有并网控制系统，用户无须再配置并网柜，提高了系统集成度，节制指令,控制变流器的运行状态 控制系统由高速数字信号处理器（DSP）、人机操作界面和可编程逻配电系统由并网接触器、主断路器、继电器、变压器等组成，自身集辑控制器（PLC）共同构成。整个控制系统配备不间断电源（UPS），控制柜：控制柜主要对采集回的各种模拟数字信号进行分析,发出控便于电压跌落时系统具有不间断运行能力。 成功满发，截止目前运行状态稳定。 附：北京清能华福风电技术有限公司简介 目前在赤峰、大安等风场正陆续进行变流器吊装施工。 限公司自主研发的1.5MW风电变流器在国电联合动力技术有限公司北京清能华福风电技术有限公司成立于2006年7月，由“国内高压变求。 2009年12月28日经过2天的现场调试，北京清能华福风电技术有及其现场调试所相关技术人员的支持下，已于哲里根图风场全部并网公司坐落于中关村科技园，依托清华大学电力系统国家重点实验室的厚的资金、科研、市场、服务实力，为国家大力鼓励、扶持的风力发电事业，提供其拥有自主知识产权的核心装备——兆瓦级风力发电机变流器及其电控系统。一流技术以及利德华福专业化、规模化、现代化的生产厂房，凭借雄以达到满功率发电和连续运行的要求，系统品质达到了风场应用的要资控股，是专门从事开发、制造风电变流器与控制系统产品的高新技术企业。 频器领域最具影响力的企业”——北京利德华福电气技术有限公司投3月至今，在河北建设投资公司和东方汽轮机有限公司的支QHVERT-DFIG型风电变流器具有以下一些特点： 优异的控制性能 完备的保护功能 少发电机损耗，提高运行效率，提升风能利用率。 风速范围内的变速恒频发电，改善风机效率和传输链的工作状况，减 型风电变流器技术特征 型风电变流器可以优化风力发电系统的运行，实现宽良好的电网适应能力 具备高可靠性，适应高低温、高海拔等恶劣地区运行 变流器在河北海兴风电场成功并网发电，通过240小时验收，目前已无故障连续运行8000多小时。成功经历了夏季高温、冬季降雪后的持下，北京清能华福风电技术有限公司自主研发生产的1.5MW风电QHVERT-DFIG型风电变流器最新动态 模块化设计，组合式结构，安装维护便捷 2丰富的备品备件；专业、快速的技术服务 低温、海边盐雾等运行环境的考验，事实证明了：清能华福变流器可
东汽FD70/FD77风电机组变流器系统原理及应用1 变速恒频发电系统的工作原理 1.1 交流电机的旋转磁场 以单相交流电机为例，单相交流电机有2 个绕组，它们在空间上相差90?正交分布，分别给2 个绕组加入时间上相差90?的交流电。如图1（a）所示，发电机定子上正交分布有2 个绕组，一个是AX，另一个是BY。2 个绕组加上的电流波形如图1（b）所示。我们规定从A 流进X 流出或从B 流进Y 流出为正方向；从X 流进A 流出或从Y 流进B 流出为负方向。 图1 单项交流电机绕组 在t0 时刻，A 绕组上通过的电流为零；B 绕组上通过的电流为负的最大值。根据电磁定律，t0 时刻，两个绕组合成的磁场方向为从左至右方向→。 在t1 时刻，A 绕组上通过的电流为正的最大值，B 绕组上通过的电流为零，根据电磁定律，t0 时刻，两个绕组合成的磁场方向为从上至下方向↓。 在t2 时刻，A 绕组上通过的电流为零，B 绕组上通过的电流为正的最大值，根据电磁定律，t2 时刻，两个绕组合成的磁场方向为从右至左方向←。 在t3 时刻，A 绕组上通过的电流为负的最大值，B 绕组上通过的电流为零，根据电磁定律，t3 时刻，两个绕组合成的磁场方向为从下至上方向↑。 在t4 时刻，正好回到t0 时刻的状态，两个绕组合成的磁场方向为从左至
右方向→。电流变化一个周期，两个绕组合成的磁场旋转一周。 旋转磁场的转速为n=60f/p。 同理，如果三相绕组在空间上按120?对称分布，三相绕组在时间上分别加上相位相差120?的三相交流电。同样要在转子铁芯周围形成一个旋转磁场。 旋转磁场的转速n=60f/p。 其中，f 为三相交流电频率。P 为磁极对数。 1 变速恒频发电系统的工作原理 1.1 交流电机的旋转磁场 以单相交流电机为例，单相交流电机有2 个绕组，它们在空间上相差90?正交分布，分别给2 个绕组加入时间上相差90?的交流电。如图1（a）所示，发电机定子上正交分布有2 个绕组，一个是AX，另一个是BY。2 个绕组加上的电流波形如图1（b）所示。我们规定从A 流进X 流出或从B 流进Y 流出为正方向；从X 流进A 流出或从Y 流进B 流出为负方向。 图1 单项交流电机绕组
风电变流器项目 申报材料 规划设计/投资方案/产业运营
摘要说明— 目前，风电作为应用最广泛和发展最快的新能源发电技术，已在全球 范围内实现规模化应用。在风力发电设备中，风电变流器是风力发电机组 不可缺少的能量变换单元，是风电机组的关键部件之一。风电变流器的行 业规模一般以风电机组装机容量衡量。 该风电变流器项目计划总投资14381.39万元，其中：固定资产投资11092.81万元，占项目总投资的77.13%；流动资金3288.58万元，占项目 总投资的22.87%。 达产年营业收入26846.00万元，总成本费用21187.27万元，税金及 附加244.59万元，利润总额5658.73万元，利税总额6683.83万元，税后 净利润4244.05万元，达产年纳税总额2439.78万元；达产年投资利润率39.35%，投资利税率46.48%，投资回报率29.51%，全部投资回收期4.89年，提供就业职位419个。 报告内容：项目总论、投资背景及必要性分析、市场调研预测、产品 规划、项目建设地研究、项目土建工程、工艺先进性分析、项目环保研究、职业保护、风险评价分析、项目节能分析、项目实施计划、项目投资计划 方案、经济效益评估、综合评价结论等。 规划设计/投资分析/产业运营
风电变流器项目申报材料目录 第一章项目总论 第二章投资背景及必要性分析第三章产品规划 第四章项目建设地研究 第五章项目土建工程 第六章工艺先进性分析 第七章项目环保研究 第八章职业保护 第九章风险评价分析 第十章项目节能分析 第十一章项目实施计划 第十二章项目投资计划方案 第十三章经济效益评估 第十四章招标方案 第十五章综合评价结论
风电变流器简介 风能作为一种清洁得可再生能源,越来越受到世界各国得重视,我国风能资源丰富,近几年来国家政策也大力扶持风电产业。我公司自06年成功研制第一台风电变流器以来,不断寻求技术革新严把质量关,目前已实现规模化得生产。 本文将针对市场上主流得双馈型风电变流器进行简介。 QHVERT-DFIG型风电变流器系统功能 变流器通过对双馈异步风力发电机得转子进行励磁,使得双馈发电机得定子侧输出电压得幅值、频率与相位与电网相同,并且可根据需要进行有功与无功得独立解耦控制。 变流器控制双馈异步风力发电机实现软并网,减小并网冲击电流对电机与电网造成得不利影响。 变流器提供多种通信接口,如Profibus, CANopen等(可根据用户要求扩展),用户可通过这些接口方便得实现变流器与系统控制器及风场远程监控系统得集成控制。 变流器配电系统提供雷击、过流、过压、过温等保护功能。 变流器提供实时监控功能,用户可以实时监控风机变流器运行状态。变流器可根据海拔进行特殊设计,可以按客户定制实现低温、高温、防尘、防盐雾等运行要求。 QHVERT-DFIG型风电变流器基本原理 变流器采用三相电压型交-直-交双向变流器技术,核心控制采用具有快速浮点运算能力得“双DSP得全数字化控制器”;在发电机得转子侧
变流器实现定子磁场定向矢量控制策略,电网侧变流器实现电网电压定向矢量控制策略;系统具有输入输出功率因数可调、自动软并网与最大功率点跟踪控制功能。功率模块采用高开关频率得IGBT功率器件,保证良好得输出波形。这种整流逆变装置具有结构简单、谐波含量少等优点,可以明显地改善双馈异步发电机得运行状态与输出电能质量。这种电压型交-直-交变流器得双馈异步发电机励磁控制系统,实现了基于风机最大功率点跟踪得发电机有功与无功得解耦控制,就是目前双馈异步风力发电机组得一个代表方向。 变流器工作原理框图如下所示: QHVERT-DFIG型风电变流器系统构成
风电变流器简介 风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视，我国风能资源丰富，近几年来国家政策也大力扶持风电产业。我公司自06年成功研制第一台风电变流器以来，不断寻求技术革新严把质量关，目前已实现规模化的生产。 本文将针对市场上主流的双馈型风电变流器进行简介。 QHVERT-DFIG型风电变流器系统功能 变流器通过对双馈异步风力发电机的转子进行励磁，使得双馈发电机的定子侧输出电压的幅值、频率和相位与电网相同，并且可根据需要进行有功和无功的独立解耦控制。 变流器控制双馈异步风力发电机实现软并网，减小并网冲击电流对电机和电网造成的不利影响。 变流器提供多种通信接口，如Profibus, CANopen等（可根据用户要求扩展），用户可通过这些接口方便的实现变流器与系统控制器及风场远程监控系统的集成控制。 变流器配电系统提供雷击、过流、过压、过温等保护功能。 变流器提供实时监控功能，用户可以实时监控风机变流器运行状态。 变流器可根据海拔进行特殊设计，可以按客户定制实现低温、高温、防尘、防盐雾等运行要求。 QHVERT-DFIG型风电变流器基本原理 变流器采用三相电压型交-直-交双向变流器技术，核心控制采用具有快速浮
点运算能力的“双DSP的全数字化控制器”；在发电机的转子侧变流器实现定子磁场定向矢量控制策略，电网侧变流器实现电网电压定向矢量控制策略；系统具有输入输出功率因数可调、自动软并网和最大功率点跟踪控制功能。功率模块采用高开关频率的IGBT功率器件，保证良好的输出波形。这种整流逆变装置具有结构简单、谐波含量少等优点，可以明显地改善双馈异步发电机的运行状态和输出电能质量。这种电压型交-直-交变流器的双馈异步发电机励磁控制系统，实现了基于风机最大功率点跟踪的发电机有功和无功的解耦控制，是目前双馈异步风力发电机组的一个代表方向。 变流器工作原理框图如下所示： QHVERT-DFIG型风电变流器系统构成 变流器由主电路系统、配电系统以及控制系统构成。包括定子并网开关、整
Using IGBT4 Modules to realize High Power Density Design of Wind Power Converters
Oct. 2010 Power Seminar
Wind Power and Infineon Solution
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Double Feed Induction Generator
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Direct-Drive Synchronous Generator
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Direct-Drive Synchronous Generator
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Requirement of IGBT modules for wind converter
20 years design-lifetime for power semiconductors ? calculation based on load cycles given by customers based on their specific power conversion system. Clearance and creepage distances higher than for industry inverters needed in case no splash water protected cabinet is used. ? for high humidity and salt content in the air Low losses Low thermal resistances Availability of DC-link voltage ? Package, internal stray inductance. RBSOA
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1、双馈型风力发电系统的运行原理 双馈型风力发电系统结构图如图1所示，由风轮机、齿轮箱、变桨结构、偏航机构、双馈电机、变流器、变压器、电网等构成。其工作过程为：当风吹动风轮机转动时，风轮机将其捕获的风能转化为机械能再通过齿轮箱传递到双馈电机，双馈电机将机械能转化为电能，再经变流器及变压器将其并入电网。通过系统控制器及变流器对桨叶、双馈电机进行合理的控制使整个系统实现风能最大捕获，同时，通过对变桨机构、变流器及Crowbar 保护电路的控制来应对电力系统的各种故障。 双馈异步发电机的定子与转子两侧都可以馈送能量，由于转子侧是通过变频器接入的低频电流起到了励磁作用， 因此又名交流励磁发电机。双馈异步发电机主机结构特点是：定子与一般三相交流发电机定子一样，具有分布式绕组；转子不是采用同步发电机的直流集中绕组，而是采用三相分布式交流绕组，与三相绕线式异步机的转子结构相似。正常工作时，定子绕组并入工频电网，转子绕组由一个频率、幅值、相位都可以调节的三相变频电源供电，转子励磁系统通常采用交-直-交变频电源供电。 图1、双馈风力发电系统结构图 双馈异步发电机在稳态运行时，定子旋转磁场和转子旋转磁场在空间上保持相对静止，此时有如下数学关系表达式： 12 r n n n =±2160 f n n f r p ±=
12 11 r n n n s n n ?==±式中，1n 、r n 、2n 分别为定子电流产生磁场的旋转速度、转子旋转速度和转子电流产生磁场相对于转子的旋转速度，1f 、2f 分别为定、转子电流频率，p n 为发电机极对数，s s n n n s ?=为发电机的转差率。由上式可知，当发电机转子转速r n 发生变化时，若调节转子电流频率2f 相应变化，可使1f 保持恒定不变，实现双馈异步发电机的变速恒频控制。当r n <1n 时，电机处于亚同步速运行状态，转子旋转磁场相对于转子的旋转方向与转子旋转方向相同，变频器向转子提供交流励磁，定子向电网馈出电能；当r n >1n 时，电机处于超同步速运行状态，转子旋转磁场相对于转子的旋转方向与转子旋转方向相反，此时定、转子均向电网馈出电能；当r n =1n 时，2f =0，变频器向转子提供直流励磁，此时电机作为普通隐极式同步发电机运行。 双馈电机转子侧接变流器，其调速的基本思想就是要在转子回路上串入附加电势，通过调节附加电势的大小、相位和相序来实现双馈调速。与传统的直流励磁同步发电机相比，双馈异步发电机励磁系统的调节量由一个变为三个，即励磁电流的幅值、频率和相位。所以，调节励磁不仅可以调节发电机的无功功率，还可以调节发电机的有功功率和转子转速。因此，该电机在提高电力系统稳定性、变速运行能力方面有着优良的特性。 2.变速恒频双馈风力发电机运行工况 2.1双馈电机在不同工作状态下的功率分布流程 从上面对双馈电机的分析，我们可以建立双馈电机在不同情况下的运行状态，并且同时分析在该种情况下的功率流程。主要讨论的是定子侧功率1P （向电网输出电能时为正，吸收电网电能时为负），转差功率s P （向电网馈送电能时为正，吸收电网电能时为负）和机械功率mec P （电机吸收机械功率为正，电机输出机械功率时为负）。 1）双馈电机运行于超同步发电机情况下： 整个风机的机械效率 同步转速
风电变流器Crowbar电阻解决方案 风力发电系统图： Crowbar电阻器-低电压穿越技术 低电压穿越：电网电压瞬间跌落时，机组仍能并网运行。 Crowbar电阻能在瞬间把巨大的能量耗散掉。 风力发电低电压运行能力线： CROWBAR电阻能量冲击波形图 500KJ 2.5Ω 冲击时间0.984S 电阻材料SUS 304, 温漂1400ppm/℃,电流峰值7KA,衰减到4.5KA
风力发电系统中电网低电压故障频度，CROWBAR电阻的工作频度： 以1.5MW风力发电机为例，环境温度＜60℃ 200J 1次/秒 220KJ 1次/30分钟 350000次 (20年寿命) 640KJ 1次/星期 1000次 (20年寿命) 1360KJ 1次/月 250次 (20年寿命) Crowbar电阻-栅格结构，自然风冷：
M = Q/(C*Δt) M：电阻材料的质量。单位：kg Q：电阻材料吸收的能量。单位：kJ C：电阻材料的比热容。单位：kJ/kg.K Δt:电阻材料的温升。单位：K 以1.5MW风力发电机为例： 电阻材料：SUS304。 Qmax=1360KJ C=0.5kJ/kg·K Δt=450K M=1360/(0.5×450)=6.04Kg 电阻材料重量：约6.04Kg 辅助材料重量：约20Kg 体积：500×450×150 （mm） Crowbar电阻-夹层结构，自然风冷:
M = Q/(C*Δt) M：电阻材料的质量。单位：kg Q：电阻材料吸收的能量。单位：kJ C：电阻材料的比热容。单位：kJ/kg.K Δt:电阻材料的温升。单位：K 以1.5MW风力发电机为例： 电阻材料：SUS304。 夹层材料：白云母板.耐温500℃ 设计电阻吸收全部能量，最高温升450K.由于瞬间云母绝 缘材料会吸收部分能量，实际电阻温升＜ 400K Qmax=1360KJ C=0.5KJ/Kg·K Δt=400K M=1360/(0.5×400)=6.8Kg 电阻材料重量：约6.8Kg 辅助材料重量：约22Kg 体积：490×320×200 （mm） Crowbar电阻-管式结构，自然风冷：
第二章风电系统PWM并网变流器 2．1直驱风力发电变流系统概述 直驱型风力发电机组需要做全功率的变流器变换"其交／直整流既可以采用ＩGBＴPＷＭ整流器,也可以采用二极管不控整流与升压斩波＂后者使用的大功率ＩＧBT开关管少,因而性价比更高"本文研究的MW级风力发电变流系统采用二极管不控整流,升压斩波与两重并网逆变器的功率变换拓扑结构"通过控制升压斩波器的输入电流以控制有功功率,调节无功则通过控制作为电网接口的电压型PWM变流器"系统变流部分拓扑如图2一1所示＂ 图2一１直驱风力发电变流系统拓扑结构 发电机采用多极永磁同步电机＂发．出的交流电的电压幅值与频率随风速的变化而改变"经电容滤波后,六相二极管桥式整流器将幅值与频率变化的交流电变换为直流"不控整流输出的卜直流电压往往
不能达到网侧逆变(ＰＷM变换）对直流侧电压的要求,需要升压斩波器提高直流侧电压＂三相电压型ＰWＭ变流器将直流电逆变为电压幅值和频率恒定的交流电馈入电网＂图2一1所示的网侧逆变器采用特殊的直流侧中点接地的拓扑结构"另外在升压斩波与网侧逆变器中间有制动单元"一旦电网电压跌落,制动单元IGBT导通,电阻消耗能量,从而减小并网电流＂网侧采用ＬCＬ滤波技术可以有效地滤除PＷＭ变换中产生的高频谐波" 系统结构具有以下特点： １.电机采用多极永磁同步结构:实现了电机的低速运转,无齿轮箱:不需励磁,无滑环和电刷;大大减少了系统的机械维护成本" ２.电机与整流桥均采用六相结构,可减小电压脉动并降低对直流侧滤波电容量的要求" 3．升压斩波器和并网逆变器采用并联多重化结构，一方面分担电流;另一方面采用合理的调制模式可以有效地抑制高频谐波" 4.PＷＭ变流器直流侧中点接地使三相电流独立控制,且对多重化结构能抑制环流,同时由于对直流电压中点的箱位降低了对直流母线绝缘性能的要求；而将直流电压分为两个独立变量,在控制上必须增加一个直流电压控制环或直流电压补偿器,加大了控制难度,且由于中线的连接,引入了零序电流＂ 5.斩波器输出之后加入了制动单元"当电网电压突然跌落时,由于风轮机的机械惯性,传递功率不变而使并网电流突增＂此时使制动
风电变流器 摘要：随着智能电网概念的普及，各国开始注重新能源的利用。风能，作为一种清洁的可再生能源，已开始得到大量利用。但是风能的不稳定性，非连续性也是风能利用的一大难题，风力发电要更好地将风电接网利用，必须在风机上有技术性的突破，变流器是风力发电的一大重要技术，随着风电规模的不断扩大，风电变流器也随之不断推陈出新。本文以双馈型和直驱型变流器为例浅析了风电变流器的技术问题。 关键词：智能电网风力发电双馈型变流器直流型变流器 1.智能电网 随着全球资源的逐渐稀缺、环境压力的不断增大、电力市场化进程的不断深入以及用户对电能可靠性和质量要求的不断提升,电力行业正面临着前所未有的挑战和机遇,建设更加安全、可靠、环保、经济的电力系统已经成为全球电力行业的共同目标。在主张低碳经济与可再生能源的浪潮中，风能、太阳能、生物能等将是今后能源来源的重要途径，欧美许多发达国家的电网企业正积极推进技术革新和管理转变,普遍将智能电网作为未来电网的发展目标之一。美国智能电网关注网络基础架构的升级更新，同时最大限度的利用信息技术，实现机器智能对人工的替代。欧洲智能电网关注可再生能源的分布式能源的发展，并带动整个行业发展模式的转变。中国智能电网关注对电力生产和管理信息的数字化获取和整合，促进系统安全可靠性、企业效益和服务水平的持续提高。值得注意的是我国电网公司在积极开展“数字化电网、信息化企业”建设的同时,也在密切关注全球电力行业发展的这一新动向。 智能电网，是以实现地球可持续发展为总目标，维护能源的优化利用和降低碳排放量，从而达到生态平衡和环境稳定。 2.风能及风力发电 在自然界中，风是一种可再生、无污染而且储量巨大的能源。随着全球气候变暖和能源危机，各国都在加紧对风力的开发和利用，尽量减少二氧化碳等温室气体的排放，保护我们赖以生存的地球。在自然界的能源中，风能是极其丰富的。据粗略估计，近期可以利用的风能总功率约为106～107兆瓦，这个数值比全世界可以利用的水力资源大10倍。但是，这笔巨大的自然财富还有待人类去大力开发。风力发电可分为离网型和并网型两种。离网型风力发电规模较小,通过蓄电池等储能装置或与其它能源发电技术相结合(如风电-水电互补系统、风电-柴油机组联合供电系统),可以解决偏远地区的供电问题;并网型风力发电是指接入电力系统运行且规模较大的风力发电场,并网运行的风力发电场可以得到大电网的补偿和支撑,更加充分地开发可利用的风力资源,是风力发电的主要发展方向。
第二章风电系统PWM并网变流器 2.1直驱风力发电变流系统概述 直驱型风力发电机组需要做全功率的变流器变换"其交/直整流既可以采用IGBTPWM整流器,也可以采用二极管不控整流与升压斩波"后者使用的大功率IGBT开关管少,因而性价比更高"本文研究的MW 级风力发电变流系统采用二极管不控整流,升压斩波与两重并网逆变器的功率变换拓扑结构"通过控制升压斩波器的输入电流以控制有功功率,调节无功则通过控制作为电网接口的电压型PWM变流器"系统变流部分拓扑如图2一1所示" 图2一1直驱风力发电变流系统拓扑结构 发电机采用多极永磁同步电机"发.出的交流电的电压幅值与频率随风速的变化而改变"经电容滤波后,六相二极管桥式整流器将幅值与频率变化的交流电变换为直流"不控整流输出的卜直流电压往往
不能达到网侧逆变(PWM变换)对直流侧电压的要求,需要升压斩波器提高直流侧电压"三相电压型PWM变流器将直流电逆变为电压幅值和频率恒定的交流电馈入电网"图2一1所示的网侧逆变器采用特殊的直流侧中点接地的拓扑结构"另外在升压斩波与网侧逆变器中间有制动单元"一旦电网电压跌落,制动单元IGBT导通,电阻消耗能量,从而减小并网电流"网侧采用LCL滤波技术可以有效地滤除PWM变换中产生的高频谐波" 系统结构具有以下特点: 1.电机采用多极永磁同步结构:实现了电机的低速运转,无齿轮箱:不需励磁,无滑环和电刷;大大减少了系统的机械维护成本" 2.电机与整流桥均采用六相结构,可减小电压脉动并降低对直流侧滤波电容量的要求" 3.升压斩波器和并网逆变器采用并联多重化结构,一方面分担电流;另一方面采用合理的调制模式可以有效地抑制高频谐波" 4.PWM变流器直流侧中点接地使三相电流独立控制,且对多重化结构能抑制环流,同时由于对直流电压中点的箱位降低了对直流母线绝缘性能的要求;而将直流电压分为两个独立变量,在控制上必须增加一个直流电压控制环或直流电压补偿器,加大了控制难度,且由于中线的连接,引入了零序电流" 5.斩波器输出之后加入了制动单元"当电网电压突然跌落时,由于风轮机的机械惯性,传递功率不变而使并网电流突增"此时使制动
故障分类可能故障故障报警 主板故障1、A/D芯片故障，导致采样异常。 2、通用I/O故障，导致无控制输入输出。 3、板上电源故障，导致部分芯片无法正 常工作。 4、DSP芯片故障，系统瘫痪。 5、EPWM输出故障，驱动异常。1、过欠压，过欠流，或相序错误。 2、反馈异常。 3、不定。 4、无法启动。 5、励磁失败。 驱动电路故障1、电/光转换电路故障。 2、光纤超限折弯，信号无法输出。 3、光/电转换故障。 4、驱动板输出故障。1、励磁失败。 2、励磁失败。 3、励磁失败。 4、励磁失败。 IGBT故障1、IGBT烧毁。 2、IGBT反馈信号电路故障。1、IGBT故障/过流。 2、IGBT故障。 辅助电源故障1、给主板供电的辅助电源故障，系统瘫 痪。 2、采样电路供电的辅助电源故障，采样 有误。 3、驱动板供电的辅助电源故障，IGBT 无法被驱动。 4、给继电器供电的辅助电源故障，继电 器不动作。1、主控无供电。 2、过欠压，过欠流，或相序错误。 3、励磁失败。 4、反馈异常。 Chooper电路故障1、Chooper电路无法驱动，不能进行放 电。 2、Chooper电路IGBT烧毁，不能进行 放电。 3、Chooper电路处于常导通状态，无法 为母线充电。1、chooper IGBT故障。 2、chooper IGBT故障。 3、母线欠压。 电缆故障1、对地短路。 2、对地高阻故障，三相不平衡。 3、相间短路。1、欠压，过流，缺相。 2、欠压，过流，缺相。 3、烧毁。 通信故障1、DSP与PLC通信故障，系统命令无 法下达，停机。 2、触摸屏通信故障，无法本地操作。 3、与主控通信故障，系统停机。1、通信故障，或反馈异常。 2、无故障报警。触摸屏无法操作。 3、与主控通信故障。 采样电路故障1、电压/电流传感器损坏，数据异常。 2、M线受干扰，采样异常。1、欠压，欠流，缺相。 2、过欠压，过欠流，或相序错误。 接触不良故障1、主回路接触不良。 2、控制回路接触不良。 3、光纤接触被污染。1、欠压，欠流，缺相。 2、不定。 3、励磁失败。 其他故障1、元件损坏，如继电器、接触器等。 2、软件故障，因低温或雷击等导致程序 丢失。 3、加热器故障，导致系统无法启动。