湖南大学风力发电系统研究团队：靠近风 追随风 成为“风”

挽风吹

10月5日，湖南大学电气院1楼112房间，一个黄色底座的VX型海上风电机组模型赫然醒目。底座上，两组飞机螺旋桨般的白色叶片可以转动，还可以调节风机升降。

这是湖南大学风力发电系统研究团队正在研制的“20兆瓦级海上新型风力发电机组”，是目前由国家重点研发计划批复立项的全国在研最大容量风电机组。

这些年来，我国风电事业取得了举世瞩目的成绩，累计装机量已连续13年稳居世界第一，是名副其实的世界第一风电大国。风电整机装备产量占全球的一半以上，在机组大型化、低风速风机技术等方面全球领先。

鲜为人知的是，在我国风电机组大型化发展过程中，系列兆瓦级、10兆瓦级永磁风力发电机诞生背后，都有湖南大学风力发电系统研究团队的一份重要贡献。

1.“做出我们国家自己的大型风力发电机，不再受制于人”

发电机是风能转化和利用的核心装备，而风电规模化开发利用迫切需要兆瓦级风力发电机。可在20世纪末至21世纪初，我国只能生产750千瓦以下风力发电机。所需的大型风电机组，95%以上得从国外进口。

风电是国家未来发展的需求。作为电气专业的科研人员，有能力也有义务去掌握大型风力发电机技术，做出我们国家自己的大型风力发电机，不再受制于人！”

1998年，湖南大学电气与信息工程学院教授黄守道和同事们研究了国内外风力发电技术和市场情况后，毅然决定向大型风力发电机技术发起攻关。湖南大学风力发电系统研究团队由此成立。

彼时，大型直驱永磁风力发电机是世界风电大力推崇的新技术。它摒弃齿轮箱，传动简单、可靠性高，能提高风能利用率，降低造价和并网成本。但同时，兆瓦级直驱永磁风力发电机的研制面临强振动抑制、低风速启动和宽风域高效运行等重大技术瓶颈，即便是德国、丹麦、荷兰等风电制造强国在此项研究上也进展缓慢。

在传统增速型风电机组技术上追赶欧美风电强国周期长、掣肘多，不如直接研制新一代兆瓦级大型直驱永磁风力发电机。”2003年，团队负责人黄守道敏锐意识到直驱永磁风力发电这一新技术是我国追随甚至赶超的机遇。在带领团队通过长期调研和反复论证后，决定“弯道超车”。

经过积极努力争取，2006年，团队与湘电股份、株洲南车电机等企业共同获批国家“十一五”科技支撑计划重大项目“1.5MW以上直驱式风电机组永磁发电机的研制与产业”和湖南省科技重大专项“2兆瓦级以上风力发电机组和关键部件的研制及产业”。

获得国家重大科技任务的支持，让团队既兴奋又深感压力巨大。因为，团队此前研制的风力发电机容量只有几千瓦，但此次研制的是2兆瓦（即2000千瓦）的风力发电机。这么大容量的风力发电机，不仅自己以前没有做过，在全国范围内也无人尝试。

时间紧、任务重！来不及多想，项目批复后，黄守道等人就开始了紧张的研究工作。团队经常熬夜通宵连轴转，设计方案历经多次推倒、重新再来。在数百个昼夜的奋力攻关后，团队和7家企业、3所高校组成的创新联盟，终于在2007年10月研制成功我国首台具有完全自主知识产权的2兆瓦直驱式风电机组。

2兆瓦发电机组打破了国外在该容量等级的技术垄断，到2009年，2兆瓦直驱永磁同步风力发电机在我国实现产业化，当年完成近300台发电机的生产。

不过，新的情况又出现了。最初研制的2兆瓦等发电机只能广泛安装在我国一、二类风区，而我国平均风速6米/秒以下的三、四类低风速区占比超过60%，需要发电机具备在很低风速的情况下也可以启动并运行的能力。否则，发电机产品推广应用的市场将受到限制，阻碍我国广大低风速区风能资源的开发利用。

怎么办？面对新情况，只有继续迎难而上，对发电机进一步优化升级。

齿槽转矩是发电机启动必须克服的阻转矩，低风速时叶轮驱动转矩小，发电机难以启动。而兆瓦发电机磁极数多，需要克服的转矩大，消除十分困难。

通过无数次推导分析后，团队发现了降低齿槽转矩的关键在于抑制齿槽转矩谐波，并揭示了谐波与极槽配合的规律。在此基础上，他们进一步提出了分单元偏移的齿槽转矩削弱方法，将磁极分组偏移一定角度，使齿槽转矩相位相反，相互抵消，终于实现了发电机齿槽阻转矩降低65%。

齿槽转矩抑制技术不仅被应用于5兆瓦等更大容量机组的研发，也被广泛应用于原有2兆瓦等机型，实现了2.4米/秒的低风速启动，技术国际领先