低压电器在风电系统中的研究及探索.pdf

1、目录CONTENTS03 低压电器其他方面应用展望与思考01 风电发展对低压电器的挑战02 低压电器在风电场景下技术应用研究低压电器在风电的应用配合变流器控制策略，实现系统的灵活运行和并网控制防止系统长时间运行在超过额定功率的状态，在发生短路故障时快速切断电路，保护设备和人员安全过载短路保护在维护或紧急情况下提供可靠的电气隔离隔离功能运行控制风电发展技术趋势-风机大型化风机大型化是风电降本最根本有效的路径。1.减少零部件用量，降低制造成本。2.风机台数越少，可大幅降低运维成本。2024年新增吊装的风电机组装机容量占比为：n 5.0MW以下：占比4.9%；n 5.0-6.0MW：占比34.9%n

2、 6.0-7.0MW：占比37.4%n 7.0-9.1MW：占比14.1%n 10MW及以上：占比8.7%78MW20232.53MW20150.5-1MW201112MW201345MW201867MW2021大于10MW未来500750kW2010技术趋势-提升电压两电平风电变流三电平风电变流风机大型化是降低风电建设成本，提高经济性收益的重要方式。而提升电压是目前风电的主要技术路线之一。AC690VAC1140V方案价值l降低拓扑损耗l谐波小，效率提高l降低开合频率，减小开关损耗l解决扭缆多无法布置；l量产器件，成熟供应链；l成本无增加，业主接受度高；AC1140VAC1800V方案价值l

3、电流降低 30%以上l重量体积降低 1/3l减少变流器件数量，提高转换效率10%l大幅度降低风电机组电缆使用数量10%l助力大功率风电机组系统优化设计AC1800V2000VAC690VAC950V/AC1140VAC3300VAC10.5kVAC1140VAC3300V方案价值l可耐受电网电压不平衡度8%l体积小40%左右AC1140VAC12KV方案价值l可直接接入配电网，节省项目的升压变压器节省投资20万元l减少了占地，基价减少20万l电缆数量减少20%l减小了风机输出电流l风机的发电效率提升1%风电发展技术趋势-变频目前永磁直驱型低速、中速、高速风机由于转速变化，发出的频率、幅值都是不

4、断变化的三相电，特别是风机机侧断路器额定工作频率，因此对于机侧低压断路器的高低频开断能力、高低频的温升等性能提出了更高的要求。f=1-20Hzf=100-200Hzf=30-125Hz低速直驱中速直驱高速直驱风电发展技术趋势-海上n 海上低频交流输电目前在海上远距离输电情况下，工频交流输电电压偏差与损耗都较大，长电缆线路电容升压效应明显。而直流输电存在故障电流开断、直流变压等难题，因此提出了海上低频交流输电方案试点n 海上漂浮式风电系统在迈向深远海时，传统的采用固定式基础的海上风电在技术和经济上面对的挑战增加，因此提出了海上漂浮式风电系统，可以大幅提高建造效率、降低开发成本，运维也较为便利。海

5、上风电系统对于断路器在环境工况、系统应用上提出了定制化要求。目录CONTENTS03 低压电器其他方面应用展望与思考01 风电发展对低压电器的挑战02 低压电器在风电场景下技术应用研究多方位栅片分布引弧技术高电压分断灭弧技术u搭建高电压分断评估方法：基于磁流体动力学MHD模型考虑流场、温度场、电磁场和外电路方程等耦合过程；u4000TU仿真计算结果 电弧运动趋势与试验结果基本吻合燃弧能量、燃弧时间与试验偏差小于20%弧压变化曲线精度满足20%要求，故高电压分断数学模型成功搭建；u高电压分断性能评估 栅片切割电弧效果良好未出现背后击穿燃弧能量小于常规4000XU 分断能量，故判定能可靠分断AC2

6、000V/60kA，最终通过试验验证。流场仿真电场仿真弧柱磁吹力分析试验验证高频仿真技术高频温升性能评估n 高频温升 产品规格4000A 仿真思路采用电磁-热耦合方法计算产品在配电柜中的温度分布情况，整体仿真思路如下：试验验证根据试验测试工况搭建 4000A温升模型，试验电流4000A，频率50Hz，环温27，不同频率下温升降容计算基于此温升计算方法，分别进行4000 的50150Hz工况计算，通过调整电流大小，使满足温度要求，从而确定降容系数，得出计算结果。应用背景n 风电的半直驱机型存在高频工况，因高频集肤效应，产品温升较高；n 频率越高，集肤效应越