[01036515]大型低速高效直驱永磁风力发电机关键技术及应用

大力发展风电是国家的重要能源战略。国内外普遍采用带齿轮箱升速的发电机，但齿轮箱过高的故障率，严重影响风电机组的安全运行。仅2010至2016年，国内曾报道多起齿轮箱漏油引发的风电装备起火重大安全事故；2001年至2004年，风电齿轮箱故障造成欧洲9个风电装备制造厂破产。直驱永磁风力发电机摒弃齿轮箱，传动简单、可靠性高，是大型风力发电领域的技术制高点。 立项之初，多家国际知名风电装备制造商曾试图研制兆瓦级大型直驱永磁风力发电机，但未能攻克宽转速范围高效运行、低风速起动和随机强振动抑制等技术难題，导致其年发电量小，度电成本高，商业推广困难。为此，项目组提出“宽转速高效发电-低风速起动-随机振动抑制”的全新技术发明思路，在国际上率先攻克了上述难题，研制出系列化大型直驱永磁风力发电机。 1、发明了大型高效直驱永磁风力发电机设计新技术。创建了以母线电压、电流限值、控制策略、调制比等为约束条件的发电机-变流器能量转换模型，揭示了发电机全频段损耗特征规律，发明了全局效率最优设计和参数分频自适应的谐波电流动态抑制技术，攻克低速运行效率低的重大难题，有效提高全转速综合效率。发电机全转速范围综合效率达95.87% (国外技术为94.4%)。 2、发明了大型直驱永磁风力发电机阻转矩削弱新方法。提出了发电机基本齿槽单元概念，创建了齿槽转矩与基本单元偏移角度模型，发明了基本齿槽单元偏移的谐波分级削弱技术，错位抵消齿槽阻转矩，攻克低风速起动世界难题。起动阻转矩降低65%,起动风速低至2.4m/s (国外技术为3-5m/s)。 3、发明了大型直驱永磁风力发电机振动抑制新技术。提出了空间应力分散、不平衡磁拉力抑制和载荷主动控制相结合的抑振新思路，发明了锥形支撑心轴-发电机紧凑型直驱传动结构、游隙随动调节装置和阵风下电机转矩加减控制的主动抑振新方法，攻克大型风力发电机实时抑振难题。发电机振动加速度小于0.15m/s² (国外技术为0.182m/s²)。 项目成果成功应用于国内首台1.5MW、2MW和世界首台5MW、6.7MW直驱永磁风力发电机组，已形成系列化产品，通过了权威认证机构的检测与认证。产品已出口美国、德国等20多个发达国家，在国内外400多个风电场总装机达2.7万台套，直驱型风力发电机组国内市场占有率超过95%、累积装机份额全球第一。近3年新增销售780亿元，利润71.7亿元，创税61.6亿元，出口创汇4亿美元。2010年研制出的5MW发电机被中央电视台《大国重器》栏目专题报道：GW140/3MW机组被国际风电领域权威期刊《Windpower Monthly》评为2017年度全球最佳机型金奖，为国内首次获得此殊荣。 项目获授权发明专利56项，主持制定国家标准14项，发表SCI/EI论文106篇，出版专著3部。经院士、专家鉴定，认为项目成果“创新性突出，达到国际领先水平”。相关成果获中国机械工业科学技术一等奖、湖南省科技进步一等奖，填补了我国大型直驱永磁风电技术空白，促进了世界风力发电技术发展。