［摘 要］隨著風電行業(yè)的快速發(fā)展，變流器作為關鍵設備在風力發(fā)電系統(tǒng)中起著至關重要的作用。然而，隨著國際關系變化和供應鏈的不確定性，外國品牌的變流器在中國市場的維護和供應面臨諸多挑戰(zhàn)。為解決這一問題，文章介紹了GE 公司開發(fā)的新一代國產(chǎn)化控制系統(tǒng)2 MW變流器。該系統(tǒng)不僅完全替代了原GE 控制系統(tǒng)，解決了備件供應問題，還顯著提升了控制精度、響應速度及設備的可靠性。

［關鍵詞］2 MW 變流器；自主可控技術；應用

［中圖分類號］TP309 ［文獻標志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）09–0090–03

隨著GE 公司逐步退出中國風電市場，其開發(fā)的獨特架構產(chǎn)品2 MW 變流器在國內市場的應用逐漸減少，導致維護服務、升級服務及備件供應面臨嚴重的不確定性。為解決這一問題，龍源電氣公司開發(fā)了新一代國產(chǎn)化控制系統(tǒng)2 MW 變流器，旨在完全替代原GE 的控制系統(tǒng)，有效解決了變流器運行中備件供應不足的問題，同時為后續(xù)涉網(wǎng)性能提升改造提供了必要的技術支持。

1 2MW變流器自主可控技術研究的意義

1.1 實現(xiàn)國產(chǎn)化設計，技術自主可控，供貨不受國際關系影響

實現(xiàn)國產(chǎn)化設計意味著我國能夠獨立開發(fā)和設計這類關鍵電力設備，不再依賴于進口，從而降低了對外部技術供應的依賴性，不僅可以提升我國電力設備制造業(yè)的技術水平，還有助于提升國際競爭力。在供貨和技術支持方面，不再受到國際關系的直接影響，確保了電力設備的穩(wěn)定供應和運行。通過2 MW 變流器自主可控技術的研究，可以顯著提升我國電力行業(yè)的技術自主性和創(chuàng)新能力。這種技術進步不僅可以推動電力設備的先進化，還可以推動整個行業(yè)的技術發(fā)展。此外，技術自主可控性也為電力行業(yè)帶來了更多的創(chuàng)新機會和空間，促使企業(yè)在技術上不斷迭代更新，不斷優(yōu)化產(chǎn)品性能和提升市場競爭力[1]。

1.2 備件充足，供貨響應快，國內供貨周期2～3周以內

通過實現(xiàn)國產(chǎn)化設計和技術自主可控，能夠確保備件充足，從而保障電力設備的供貨響應速度，在國內供貨周期短至2～3 周以內的情況下，可以迅速滿足市場需求，降低了因備件不足而導致的生產(chǎn)停頓和維修延誤風險。這種快速響應能力大幅提升了電力設備的可靠性和穩(wěn)定性，有助于減少能源供應中斷的可能性，提升了電力行業(yè)的整體運行效率。

1.3 大幅提升控制精度、響應速度等性能

2 MW 變流器的自主可控技術能夠顯著提升變流器的控制精度，使其在電力轉換和分配過程中能夠更加精準地控制電能的輸出和分配，從而提高能源利用效率。這不僅有助于降低能源損耗，還能夠提升電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，確保電力設備長期穩(wěn)定運行。響應速度的提升意味著在電力需求變化較大或電網(wǎng)負荷波動較大的情況下，變流器能夠更快速地調整輸出電能，滿足電力系統(tǒng)對電能穩(wěn)定供應的要求，對于提高電力系統(tǒng)的應對能力和適應性非常重要，能夠有效應對突發(fā)的電力需求波動，保障電網(wǎng)的穩(wěn)定運行和電力供應的可靠性[2]。

1.4 提高電路板集成化程度，大幅降低備品備件的采購和管理成本

2 MW 變流器自主可控技術可以顯著提高變流器電路板的集成化程度，相較之前電路板數(shù)量減少60%，大幅降低電路板的體積和重量。由于電路板數(shù)量的減少，企業(yè)在采購、庫存管理和備件維護方面的成本將大幅降低，有效緩解了因備件不足而導致的生產(chǎn)停頓和維修延誤風險。減少電路板的數(shù)量和連接件的使用，可以降低因連接不良、接觸不良等問題而導致的電路故障概率，從而提升了變流器的長期穩(wěn)定運行能力，這對于電力行業(yè)來說尤為重要，能夠保證電力設備在高負荷、復雜環(huán)境下的可靠性和持久性。

1.5 減少了中間環(huán)節(jié)，故障率降低

2 MW 變流器自主可控技術能夠大幅簡化變流器的電路結構和控制系統(tǒng)，減少中間環(huán)節(jié)的使用，這不僅降低了故障發(fā)生的概率，還能夠顯著減少維護和修復成本，提升了電力設備的整體可靠性和穩(wěn)定性。值得注意的是，新技術在電磁兼容方面的抗干擾能力更強，進一步提高了變流器的可靠性。強化的電磁兼容性能意味著變流器能夠更好地抵御來自電磁干擾的影響，保證其在復雜電磁環(huán)境下的正常工作。這種提高的可靠性對于電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性至關重要，能夠有效減少因電磁干擾導致的設備故障和生產(chǎn)中斷，提升了電力設備在關鍵應用場景下的可信度。

2 2 MW變流器自主可控技術的應用

2.1 保留原GE主電氣部分的設計，做兼容設計

在應用2 MW 變流器自主可控技術時，保留GE公司2 MW 變流器設計并進行兼容設計至關重要。深入分析和調整IO 接口、PWM 控制、電壓電流采集及溫度變量采集等關鍵技術，以確保新技術能夠平穩(wěn)集成和運行。

IO 接口在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中是設備之間進行通信和數(shù)據(jù)傳輸?shù)年P鍵紐帶。在保留原GE 主電氣部分設計的基礎上，優(yōu)化和調整現(xiàn)有的IO 接口，以確保其能夠與新系統(tǒng)的要求相匹配。通過細致的接口分析和適配，可以實現(xiàn)設備在不同工作狀態(tài)下的穩(wěn)定數(shù)據(jù)傳輸，從而提升整體控制系統(tǒng)的可靠性和效率[3]。

在應用2 MW 變流器自主可控技術時，對現(xiàn)有的PWM 控制系統(tǒng)進行深入優(yōu)化，通過精細的參數(shù)調整和算法優(yōu)化，可以實現(xiàn)對電力輸出的精確控制，從而提高能源利用效率和系統(tǒng)穩(wěn)定性。在技術應用中對現(xiàn)有的電壓電流采集系統(tǒng)進行全面分析和調整，以確保其能夠兼容和集成新的變流器控制技術。通過精確的數(shù)據(jù)采集和處理，可以實現(xiàn)對電力輸出質量的精確控制和監(jiān)測，提高系統(tǒng)的響應速度和穩(wěn)定性。

溫度變量采集是對系統(tǒng)中關鍵部件溫度進行實時監(jiān)測和管理的重要手段。在變流器控制技術應用中，需要對現(xiàn)有的溫度采集系統(tǒng)進行優(yōu)化和調整，以確保其能夠有效監(jiān)控和管理關鍵部件的工作溫度，精細的溫度數(shù)據(jù)采集和智能控制算法，可以有效提升系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，避免因過熱而導致的設備損壞和停機事件。

2.2 設計新電路板配盤，優(yōu)化功能

在2 MW 變流器技術領域，設計新的電路板配盤對于提升自主可控性和優(yōu)化功能十分重要。其主要目標是在減少電路板數(shù)量、最小化改造工作量的同時，方便替換原控制系統(tǒng)。這不僅提升了操作效率，還確保了與現(xiàn)代控制系統(tǒng)的兼容性，并最大程度地減少了維護成本。新的電路板設計集成了高效能功率轉換模塊和強大的控制算法等先進技術，優(yōu)化布局，關鍵組件被戰(zhàn)略性地放置，以增強熱管理和減少電磁干擾（EMI），還簡化了替換過程，確保與現(xiàn)有基礎設施的無縫集成。

數(shù)字信號處理器（DSP）和現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）的集成實現(xiàn)了對功率流的實時監(jiān)控和自適應控制，這些組件被戰(zhàn)略地放置在電路板上，以最小化信號衰減，并優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸速率，確保在多樣化的環(huán)境條件下可靠運行。新的電路板布局還整合了安全性和可靠性功能，以滿足行業(yè)標準和法規(guī)要求，包括容錯設計方法和冗余電源配置，以確保不間斷運行。嚴格的測試流程可驗證電路板布局的優(yōu)化功能，包括熱應力測試、振動測試和電磁兼容性（EMC）測試[4]。

2.3 提升軟件及控制算法

在2 MW 變流器技術的應用中，提升軟件及控制算法非常重要，特別是使用更先進的工業(yè)芯片來提高計算能力和穩(wěn)定性，這不僅優(yōu)化了軟件控制算法和邏輯控制，還為變流器的涉網(wǎng)性能設計改造提供了堅實的基礎。新一代工業(yè)芯片的采用，如先進的數(shù)字信號處理器（DSP）和高性能現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA），顯著提升了計算能力和穩(wěn)定性。這些芯片能夠處理復雜的控制算法，確保變流器在各種負載條件下高效運行。優(yōu)化軟件控制算法，如增強型的調制技術和快速響應的電網(wǎng)同步控制，進一步提升了變流器的動態(tài)響應能力和電能質量，滿足了現(xiàn)代電網(wǎng)對高品質電能的要求。

在邏輯控制方面，新一代工業(yè)芯片的使用使得邏輯控制算法更加精確和可靠。這些算法通過實時監(jiān)測電網(wǎng)狀態(tài)和負載變化，動態(tài)調整功率輸出，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。通過智能功率管理和電網(wǎng)互聯(lián)功能的優(yōu)化，變流器能夠實現(xiàn)對電網(wǎng)的主動支持和電能質量的實時調節(jié)，有效應對電網(wǎng)波動和電能質量問題。為了提升涉網(wǎng)性能，新一代軟件控制算法還增加了安全性和通信性能的設計，通過加密和認證技術保障數(shù)據(jù)的安全傳輸，同時優(yōu)化通信協(xié)議和接口設計，確保變流器與電網(wǎng)的穩(wěn)定連接和高效通信。

2.4 更新網(wǎng)側功率單元驅動板、機側功率單元驅動板、低穿組件驅動板

在2 MW 變流器自主可控技術的應用中，更新網(wǎng)側功率單元驅動板、機側功率單元驅動板和低穿組件驅動板是提升系統(tǒng)穩(wěn)定性和性能的重要措施，這不僅優(yōu)化了電力轉換效率，還增強了系統(tǒng)的響應速度和抗干擾能力，適應了電網(wǎng)運行的復雜環(huán)境和高品質電能的要求。這些板塊通過優(yōu)化電路布局和控制算法，實現(xiàn)了對電網(wǎng)的高效響應和動態(tài)調節(jié)能力，還采用先進的硅控整流器和智能功率模塊，提升了功率轉換效率和能源利用率，減少了能量損耗和電網(wǎng)污染。更新的驅動板還增加了對電網(wǎng)狀態(tài)的實時監(jiān)測和動態(tài)調整功能，確保了系統(tǒng)在各種負載條件下的穩(wěn)定運行。

機側功率單元驅動板采用了先進的控制算法和高效能功率模塊，提升了轉換效率和電能質量，降低了噪聲和電磁干擾。低穿組件驅動板則通過優(yōu)化電路設計和硬件配置，實現(xiàn)了對低電壓穿越能力的快速響應和動態(tài)調節(jié)，保證了系統(tǒng)在電網(wǎng)電壓波動和瞬時干擾下的穩(wěn)定運行，提升了2 MW 變流器的技術性能，還加強了系統(tǒng)的安全性和可操作性。更新后的板塊設計考慮了環(huán)境適應性和可靠性要求，通過嚴格的測試和驗證過程，確保了新技術在實際應用中的穩(wěn)定性和長期可靠性，如通過熱應力測試、振動測試和電磁兼容性（EMC）測試，驗證了更新板塊在惡劣環(huán)境條件下的可靠運行能力。

2.5 散熱風扇控制方式升級

傳統(tǒng)上，散熱風扇的啟動和調速通常依賴于外部控制信號，這種方式容易受到傳輸線路的電磁干擾影響，導致風扇啟動失敗或工作不穩(wěn)定。為了解決這一問題，現(xiàn)代變流器技術采用了風扇內部控制的設計方案，即通過內部傳感器實時監(jiān)測風扇運行狀態(tài)，并自動調節(jié)風扇轉速，確保在各種負載和環(huán)境條件下的穩(wěn)定工作。風扇內部控制技術通過優(yōu)化電路設計和硬件配置，實現(xiàn)了風扇轉速的智能調節(jié)和動態(tài)響應。這種技術不僅能夠根據(jù)變流器的工作狀態(tài)實時調整風扇的轉速，還可以根據(jù)環(huán)境溫度和熱量負荷自動調節(jié)散熱效果，提升系統(tǒng)的熱管理能力和工作效率，如當變流器負載增加或環(huán)境溫度升高時，風扇能夠快速響應并提升風量，有效降低設備溫度，延長設備的使用壽命。

此外，風扇內部控制技術還增加了系統(tǒng)的安全性。通過在風扇上集成過載保護、溫度監(jiān)測和故障診斷功能，可及時發(fā)現(xiàn)和處理風扇運行異常，避免因故障導致整個系統(tǒng)的停機或損壞，這不僅提高了設備的安全性，還減少了維護和運維的成本與工作量。風扇內部控制技術的應用不僅提升了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，還降低了設備的能耗和噪聲水平，優(yōu)化了風扇轉速和功率消耗的匹配，減少了不必要的能源浪費及設備運行時的噪聲污染，改善了工作環(huán)境和用戶體驗。

3 結束語

龍源電氣公司開發(fā)的新一代國產(chǎn)化控制系統(tǒng)2 MW 變流器自主可控技術解決了原GE 公司2 MW變流器在中國市場面臨的供應和維護問題。新系統(tǒng)不僅保障了備件充足、供貨速度，還顯著降低了運營成本和維護工作量，為風電行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展作出了重要貢獻。而通過保留原有電氣設計并進行兼容優(yōu)化，該系統(tǒng)在提升設備可靠性和抗干擾能力方面取得了顯著成效。未來，隨著新技術和市場需求的不斷變化，文章所提的自主可控技術將推動中國風電行業(yè)朝著更加高效、智能化的方向邁進。

參考文獻

[1] 鄭雨萱，陳蘭杭，李先允，等. 構網(wǎng)型變流器多環(huán)控制阻抗建模與穩(wěn)定性分析[J]. 自動化與儀表，2024，39（3）：1-6.

[2] 王毛，鄭月賓，宋雷，等. 雙向變流器在城市軌道交通供電系統(tǒng)中的應用[J]. 城市軌道交通研究，2024，27（2）：58-62，68.

[3] 遲永寧，江炳蔚，胡家兵，等. 構網(wǎng)型變流器：物理本質與特征[J]. 高電壓技術，2024，50（2）：590-604.

[4] 詹長江，吳恒，王雄飛，等. 構網(wǎng)型變流器穩(wěn)定性研究綜述[J]. 中國電機工程學報，2023，43（6）：2339-2359.