联合产业链上下游，以增强风电整机综合竞争力为目标，打造最具性价比的变流器产品。
作为关键部件之一，变流器是风电机组不可或缺的能量变换单元。伴随国家加快构建以新能源为主体的新型电力系统，风电变流器扮演着日益重要的角色。然而，风电机组大型化的提速，叠加降本压力的骤增，给风电变流器领域带来一系列挑战。那么，风电变流器企业如何加以应对？带着问题，《风能》近日专访了阳光电源风能事业部副总裁吴玉杨，从这家风电变流器头部企业的视角去找寻答案。
开展协同创新，实现进一步降本增效
降本增效，是风电产业发展中的永恒主题。当前，这项工作面临着新形势。
一方面，风电机组大型化被业界视为推动降本增效的关键路径之一，近几年机组单机容量增大势头迅猛。
据中国可再生能源学会风能专业委员会（CWEA）统计，2022年，在我国风电新增装机容量中占比最大的风电机组已经由2021年的3.X MW提升到4.X MW。而在前不久举办的北京国际风能大会暨展览会（CWP 2023）上，企业发布的陆上风电机组最大单机容量达到15MW，海上风电机组为22MW。
风电变流器领域同样如此。阳光电源提供的数据显示，其2021年发货的风电变流器的平均功率为3.6MW，2022年增至4.8MW，2023年有望突破6MW。截至发稿时，阳光电源已下线的风电变流器的最大功率达到18MW。
这意味着，当前的风电行业机型众多，技术迭代快。身处这样的市场中，企业要立于潮头，必须具备强大的研发实力和快速的转产能力。
另一方面，风电机组价格的大幅下降，给产业链上游造成了极大的成本压力。
吴玉杨坦言，“变流器成本在风电机组成本中的占比仅3%~4%，但它却发挥着非常关键的作用。尤其是构建新型电力系统，要支撑日益复杂的电网，很多功能需要由变流器来实施。对于变流器而言，功能需求越来越多，责任越来越大，价格却一降再降，已经到了‘地板价’。”
多重挑战之下，产品的系列化和平台化设计成为了风电企业的共同选择。据悉，阳光电源结合各类应用场景的特点，经过多年研发形成了丰富的风电变流器产品矩阵，功率等级覆盖1.5~26MW，电压等级包括 690V/ 950V/ 1140V/ 3300V，涵盖双馈、全功率两条技术路线。
考虑到风电机组大型化并非简单的功率增大，而是存在一定的技术门槛，做好预研和技术储备就变得至关重要。
阳光电源坚持“开发一代、预研一代、储备一代”的科研方针，基于深度市场调研，研判技术发展趋势，据此制定研发规划，有序推进预研工作，确保在市场需要时快速交付产品。
“预研不可能100%成功，即便成功了，不少成果也无法批量应用。但我们会坚持不懈地做好这项工作，它是一种兜底方案，确保一旦行业有需要，我们的技术和产品能够跟得上。”吴玉杨强调。
他认为，在当前环境下推动技术创新及成本下降，更需要全产业链的紧密协作。“随着变流器与风电机组的不断融合和深入匹配，变流器的降本路径不再是简单追求单部件的绝对值降本，更应该站在整机系统的角度，通过变流器与整机系统的协同优化，降低整机系统的单瓦成本，提升机组发电效益，实现整体系统的综合竞争力提升是关键。”
以阳光电源推出的基于新一代三电平变流器技术的超大功率解决方案为例，通过采用2300V系列功率模块，支持电网接入电压和发电机端电压等级到1800V、2000V，使得网/机侧的电流降低了超过30%，变流器的体积和重量下降了1/3，在减少功率器件数量、电缆使用数量的同时，也有利于风电机组的轻量化设计。“由此带动的电缆成本下降，就超过了变流器成本的上升。”
基于上述认识，阳光电源与产业链上下游建立起多层级的交流协作机制，精准定义客户需求，开展联合创新，通过不断修正迭代，在成本允许的范围内打造极致产品。
“风电产业已进入更加追求发展质量的时代，需要细抠各个环节潜在的创新和降本空间，形成合力才能实现进一步的降本增效。”吴玉杨表示。
需要注意的是，降本绝不能以牺牲产品质量和可靠性为代价，这始终是风电行业的共识。尤其是机组大型化和技术迭代的加快，显然对风电设备的可靠性提出了更高要求。
对此，围绕研发、测试验证、质量管理、服务等环节，阳光电源已经形成一套规范的流程和严格的保障体系。
比如，研发过程中，在严格遵循相关标准的基础上，阳光电源会综合考虑性能要求与成本，结合最大风况、最高温度、最大湿度等机组运行的极端边界条件，来考量变流器的设计裕度。阳光电源还遵循IPD和APQP4Wind等产品开发流程，加强对各个环节质量的严格把控和审核。
在测试验证方面，阳光电源建有完善的电网与电机半实物、热设计等仿真平台，大功率、不同电压等级的测试平台，以及各类环境实验箱，可以将理论设计、模型及半实物仿真、实验台验证及现场实证等全面融合，提高设计精度。
在质量管理方面，阳光电源的产品线、研发、供应链管理、器件导入、检测、品管等多部门联手，从器件筛选、制程管理、整机检验、供应链保障等全过程进行管控，确保产品可靠性。
深厚的技术积累，以及完善的质量与可靠性保障体系，正是阳光电源对自己产品品质充满自信的底气所在。
面向多应用场景，提供具有竞争力的产品
当前，风电的应用场景日益丰富，不断拓宽风电的发展空间。然而，各类场景的风能资源和环境条件存在差异，这无疑十分考验企业因地制宜提供解决方案的能力。
吴玉杨表示，“我们会结合不同应用场景的特点，将通用平台化设计与差异化设计相结合，精准定义设计目标，确保产品能够满足各种特殊场景的需求。”
以阳光电源推出的新一代高防护型风冷变流器为例，它集成了突破性设计和高精尖技术——分舱独立的功率柜、集成式内外独立的并网柜、精准控温控湿的控制柜，可为沙戈荒、盐碱地、海上等多种复杂环境提供多样化风冷解决方案。
近些年，阳光电源还持续大力布局海上风电领域，多款产品已批量投用到国内各沿海区域，批量最大功率已达9MW海上双馈变流器、13MW海上全功率变流器，18MW全功率海上变流器也已下线。
在此过程中，阳光电源积极探索海上风电前沿技术，为漂浮式海上风电、海上风电低频传输等深远海方案提供配套变流器产品。
“除了高湿、高盐雾等挑战，漂浮式海上风电在机组振动等方面缺少统一的标准，且项目离岸距离远，电力输送难度大，都要求我们必须在变流器的软硬件及结构上进行针对性设计。”吴玉杨说，“目前，我们正在配合整机商开展16~20MW大功率漂浮式海上风电机组变流器样机开发及测试工作。”
此外，随着新能源快速发展，局部电网形成了高比例新能源和弱电网环境，对新能源并网安全稳定运行造成风险。正是在此背景下，基于电压源的构网型风电机组成为了业内关注的热点。
“通俗来说，构网型风电机组能够根据电网运行的需要而自主支撑频率和电压，助力电网稳定。即便与主电网分离，构网型风电机组也可以独立运行，特别适用于弱电网环境，甚至是独立组网运行。它的应用场景包括沙戈荒、源网荷储、分散式、乡村风电及深远海等。”吴玉杨解释道。
作为风电变流器技术的引领者，阳光电源较早即启动了构网型变流器研发，其产品主动支撑电网和孤岛运行的能力已在各种复杂电网环境下得到了全面验证。
今年9月，在张家口市张北县库金图风电场，国内首台构网型双馈风电机组通过现场实测验证。测试中，阳光电源的构网型变流器表现优异，依托宽范围阻抗模拟环境，构网型双馈风电机组在强、弱、极弱等不同强度的电网条件下表现出良好的暂/稳态控制能力，成功完成跟网/构网模式在线切换、电网故障穿越、低频振荡抑制、暂态支撑等试验验证和控制策略优化测试。
值得一提的是，为提高新能源发电设备并网性能研发及测试的效率，阳光电源推出了最新一代电网模拟电源，实现1~60MVA容量全覆盖、380V~35kV、50Hz/60Hz电网全适应，可完成风电、光伏、储能、氢能、SVG等领域的电网适应性、故障电压穿越、调频、惯量响应、阻抗扫描及模拟等测试，助力产品研发和现场测试。
发挥集团优势，持续延伸风电业务链条
众所周知，阳光电源的业务覆盖风能、太阳能、储能、氢能、电动汽车等，且多个领域均处于行业领跑位置。近几年，阳光电源通过充分整合相关业务部门的技术和资源，不断扩大风电业务版图。
在CWP 2023上，阳光电源展示了一套风氢系统解决方案，旨在通过制氢的方式提高风电利用效率。
据了解，阳光电源于2019年成立了氢能事业部，是国内最早一批布局氢能领域的新能源企业，拥有IGBT制氢电源、ALK和PEM电解槽、气液分离与纯化设备、智慧氢能管理系统等一体化系统设备的研发制造和交付能力，并开发了离网、并网、微网多模式下制氢系统解决方案，已在吉林、宁夏、内蒙古、甘肃、湖北等地得到应用。
吴玉杨认为，当前发展风电制氢的主要价值在于，可以最大限度利用电网消纳不了的风电，产生的氢气用于化工、电力、交通、工业等领域，既拓展了风电的利用途径，也会对减碳作出重要贡献。
此外，阳光电源还涉足风电变桨领域，推出了适配于1.5~18MW风电机组的SPD100-45/55、SPD101-45/55、SPD102-65、SPD110-80等风电变桨产品，兼具安全可靠、灵活智能和高度集成的优点。
吴玉杨告诉《风能》，阳光电源拥有独立的新能源汽车电驱系统业务板块，电控类产品年供货超百万套。风电变桨系统与新能源汽车驱动系统具有技术及供应链协同效应，并可与风电变流器形成营销协同。
“这正是我们发展风电变桨业务的背后逻辑所在，目前我们已经开始批量供货。”他说，“接下来，我们将着力研发更大功率单驱、双驱驱动器产品，并提升产品的集成度、智能化、可靠性。”
面向未来，阳光电源对其风电业务的发展前景充满信心。2022年，阳光电源的全球风电变流器发货量超过2300万千瓦，同比增长53%。2023年，其风电变流器发货量有望再创新高。
“我们将继续深耕国内市场，锚定前沿技术，以市场需求为导向，加大协同创新，为客户提供最具竞争力的产品。同时，我们将携手合作伙伴，加快进军国际市场，进一步拓宽业务场景，为全球碳中和事业贡献‘阳光力量’。”吴玉杨表示。
来源：《风能》杂志
