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智能永磁风电机组关键技术应用案例金风 3MW（S）智能永磁风电机组关键技术应用案例，近年来，我国风电行业持续保持快速增长势头，风电机组设计能力和制造工艺也都有了很大提升，但风电与传统的化石能源电力相比，风电的发电成本仍然较高，且小功率风机可开发利用的风能资源也极为有限，发电成本更低、风能资源利用率更高的大功率机组研发生产成为我国以及全球风电行业发展趋势。

一、背景

伴随着新机型的研发与风电技术的进步，先进的感知、自我学习、智能决策等技术已被初步应用在风电机组上。一方面，通过结合雷达测风与控制技术，风电机组能够精准感知风况进行提前应对；另一方面，利用传感器与卫星导航系统，对机组进行状态监测与参数实时采集，为整机控制系统提供参考信息；同时，大数据、云计算等新一代信息技术与风电技术也加快融合。这些技术为风电机组智能化奠定了坚实基础。

在此背景下，金风科技立足传统风机设计及制造经验，充分利用当前快速发展的控制技术、传感技术以及及大数据等新一代信息技术，对 GW3（S）机组进行了大胆创新和突破，从外部风况入手的精准测风、尾流控制，到单机的智能模块搭建，再到整场的功率优化、状态管理，以及整场数据的云端存储等，提出了风—机—场—云端全方位智能风电场解决方案。GW3（S）智能机组技术的突破不仅大幅度降低了大型风电设备制造成本，并且将我国可开发利用的风能资源提高到 60 亿千瓦以上，极大地拓展了风能资源的储量。

二、应用案例

1.项目概述

金风 3.0MW(S)直驱永磁风力发电机组首台样机于 2016 年12 月在张北安装，且一次并网发电成功，至今已稳定运行 30 个月，2018 年年度可利用率为 96.06%。截止 2019 年 5 月 20 日，累计发电2720 万度，累计发电 18643 小时。

2017 年 3.0MW(S)机组实现销售，截至 2019 年 5 月共计实现销售 1800 多台。目前 3.0MW(S)机组已经广泛应用到国内多个大型风电场项目，包括山东临朐项目、大唐滨海项目、大连庄河、土耳其、阿根廷等多个项目，并于2018 年在江苏大丰海上进行吊装、正式并网发电。

2.主要效益

（一）经济效益

1、完成单位的新增销售额和新增利润，均由金风科技公司财务部提供；

2、应用单位销售额，按照年发电量Ⅹ上网电价计算，利润按照销售额Ⅹ预测行业平均利润率20%计算。

3、金风 3MW(S)风电机组三年累计销售订单近 2000 台，其中82 台已经并网发电，275 台在执行订单，目前已经执行的项目共计实现销售收入31 亿元，新增税收 5.8 亿元。

4、其他应用单位收益情况说明：

天润新能 4 台机组并网，从 2017 至今，已经发电约9000 万度，实现售电收入约 4100 万元；

海上项目从 2018 年 8 月并网至今，已经发电约 4982.93 万度，实现销售收入 3732.5 万元；

国内陆上山东临朐项目从 2018 年 11 月并网至今，已经发电约4478.57 万度电，实现售电收入2015 万元；

国内陆上、海上及天润等已经并网发电的项目，累计实现 9847 万元的发电收益。

（二）社会效益

（1）3MW（S）机组3.x 到 4.x 的系列机型产品已实现产业化，并建立了风电机组设计理论和技术体系，标准、测试和认证体系建设得到同步发展，智能设计的理念推动我国风电技术向更广更深的方向迈进了一大步。

（2）3MW（S）风力发电机组突破了风电设备地域环境的限制，使风电机组能够在高海拔、低风速、沙尘、低温、高温、海上等多种恶劣气候条件下的广大区域应用，有效拓展了风电产业的市场空间。

（3）3MW(S)并网机组已实现累计发电量 12 亿千瓦时，节约标准煤 48 万吨，减少有害气体排放 125 万吨，在节能减排、应对气候变化、优化调整火电为主的电力结构等多方面发挥了积极的引领作用。

（4）将智能理念引入产品开发过程及验证环节中，培养了一批面向风电产业的高水平领军人才和科技骨干，建立了一支高技能专业人才、高技术服务人才、高层次管理人才构成的科技创新人才梯队，为我国从风电制造大国向风电技术强国转变提供了有力的科技支撑。

（5）3MW(S)智能风机成功打入国际市场，完成了从大功率风电机组技术输入国到拥有者和输出国的转变，极大增强了我国风电在国际市场的竞争优势，为促进我国风电行业整体科技进步做出了重大贡献。2017 年行业专业期刊《Windpower Monthly》公布的最佳大功率陆上风电机组（3 兆瓦以上）机型榜单中，金风科技 GW140/3MW 机型荣获金奖，这是我国整机产品近年来首次获得《Windpower Monthly》全球最佳风机评选的金奖。

三、技术要点

（一）：Efarm雷达智能控制系统

创新了直驱永磁风力发电机的关键风能预测及控制技术，提出了更有针对性、更加精准的测风方案，根据精准风况进行机组控制、降载，有效减少单机载荷 3%、提高机组发电量 2%。

（二）：单机及整场控制的能巢系统

自主研发了单机及整场各种风机状态监测、调节、管理的能巢系统，解决了缺乏根据风况、环境情况自我调节能力的问题；能巢根据点位的风参情况，引入优场算法，使机型组合配置，载荷逐点位、逐扇区核算，控制参数精益配置，充分发掘点位潜力，寻找最优性能成本组合，可有效提高机组发电量1～3.5%；并实现了对机组能耗、光影、结冰等状态管理。

（三）：电控系统双线控制功能的实现

攻克了以往绕组故障只能停机的问题，自主开发永磁直驱风电机组变流器及发电机双绕组模块关键部件，实现了单套绕组故障情况下机组半功率运行，给运维争取了时间、提高了发电量。3MW(S)普通型机组在某些故障出现时，会报出故障并停机，而 3S 机组在检测到有绕组故障后，会判断并屏蔽故障绕组、启动单绕组运行，确保在故障状态下机组也可以满足不停机并半功率运行，给运维工作赢得时间的同时，减少了一半发电量损失。

（四）：GW3MW(S)机组的暴风算法控制技术

金风 3MW（S）应用了大风速载荷控制技术，在暴风环境下通过先进的控制算法控制机组载荷，提高了机组切出风速值，使发电量增加5%以上。

（五）：高效率、高性能的变流器系统

3MW(S)平台自主研发了全功率变流器系统，首次实现电网侧双0.9，达到业界先进水平；机侧电压提高至740V，减小发电机电流，降低发电机铜损，提高发电量约1%；优化PWM调制方法，提升变流器效率约0.3～0.4%。

（六）高性能发电机的开发

首次采用双绕组设计，磁钢采用性能更优的 N46H，线规进行了多次多规格的试制，最终选择性能更好的 5.314mm 的规格；进行了更高电压等级的尝试，从 720V 提高到 740V；对极对数、槽数等进行升级；在装配工艺方面，针对大机组做了新尝试，提高了装配成功率。

四、应用前景

3.0MW(S)直驱永磁风电机组打破了国外对我国的技术壁垒和封锁，极大降低了我国风机厂商投资建设、生产制造的成本。目前该机组已经进入规模生产阶段，公司已经在乌鲁木齐、哈密、江苏大丰建有生产基地，可形成年产2000 台 3.0MW(S)直驱风电机组的总装能力。