双碳目标下风电设备及技术发展趋势——风电电气系统创新技术，构网型风机

随着国家“碳达峰·碳中和”目标的确立，为我国风电在内的可再生能源带来的新的挑战和广阔发展前景，预计至2030年，我国风电、光伏装机容量将达12亿千瓦，与此同时，风电设备与技术的发展也将面临新的挑战和机遇。

本文从中国风电历史和现状、中国风电设备的进化和演绎、碳中和形势下风电设备创新方向、风电电气系统创新技术等4个方面，全面分析双碳目标下风电设备及技术发展趋势。

风电电气系统创新技术

数字孪生系统。结合机组关键部件的在线实测数据，动态获得机组的剩余寿命；结合高性能感知系统、高精度数字孪生引擎和全寿期智能决策系统，实现机组真正意义的全生命周期闭环控制；综合考虑电价、电网、风参、载荷、运行策略发挥机组的真正潜力，实现从发电量最优到发电收益最优。

电机技术。永磁电机低成本和高可靠性的兼顾，是（齿箱+电机）集成式中速机组的关键技术挑战之一。

难点和挑战：中速电机转子磁钢已经占据电机采购价格的35%，随着稀土磁体价格涨势的不确定性，对电机总成本影响会更加明显；如何减少磁钢用量和牌号要求是提高产品市场竞争力的关键；同时轴电压抑制方案的有效性和免维护性也是减少大部件质量损耗的关键。

关键技术：采用安全的极限气隙设计原则，减小气隙磁阻和磁钢的用量；陆上机组采用直接风冷技术，降低磁钢温度和磁钢牌号；采用定子多槽+4套绕组的设计方式，提高定子冷却效率、降低短路扭矩（增加齿轮箱寿命）；绝缘端盖和碳纤维碳刷的轴电压抑制方案的预研，提高海上机组的MTBF指标。

变流技术。自主研发搭载高功率密度模块的三电平变流器，实现高压大功率三电平变流器性能（额定功率效率97.92%）及可靠性（MTBF超过30000h）；变流器智能运维方面，通过高速光纤通讯技术实现中控到机组的快速数据传输，结合变流器在线实测数据，实现变流器在线健康评估，智能预警孤岛及整机故障。

并网技术。当前我国新能源渗透率比例为12%，国际方面以澳洲为代表约为20~30%。随着新能源比例增加，传统的随网型（grid following）风机将不能稳定接入电网。到2060年，我国新能源比例预计高达70%，传统随网型风机难以支撑电网稳定运行。依托于解决国际澳洲项目并网技术难题经验，应开展构网型（grid forming）风机技术研究和开发。

构网型风机具有更好的弱电网适应性，可适应SCR＜1.1的电网强度，提供更强的电网支撑，更快的频率支撑响应能力，提供主动阻尼，以及更好的宽频振荡抑制能力，同时具备独立组网自同步能力。构网型（电压源型，grid forming）风机技术是未来新能源为主体电力系统电源侧关键解决方案之一。