湖南大學博士生研發神器 讓水電站“變頻”不怕枯水期

李妍蓉+曾歡歡+黃京

聽過變頻空調、變頻冰箱，聽說過“變頻”水電站嗎？湖南大學電氣與信息工程學院博士生呂銘晟和他的同學們一起為中小水電站設計了個“變頻”“馬達”——變速恒頻水力發電系統，采用該技術后，水電站也可變頻工作。按歷史水文數據測算，若全國中小水電站變頻工作后，一年可提升的最大發電量相當于一個三峽水電站。

水電有望不需攔河建壩

呂銘晟告訴記者，傳統的中小水電站一般采用“水輪—調速箱—直流勵磁發電機”的定速恒頻發電方式。由于直流勵磁的運行特性，因此對發電機轉速有恒定要求，直觀體現在機組對水流量的固定要求，從而使得枯水季節可發電量大大減少。而項目團隊研發的變速恒頻水力發電系統，可智能調節勵磁或變流系統，從而實現水大水小都能發電，不僅可以全季節全天發電，枯水期也可不停機運行，還能完成最大水能功率捕獲，靈活高效利用水能。

“如果應用‘變頻水電站，一座傳統中小型水電站每年可提升發電量20%～40%。”呂銘晟說，根據2013年全國農村水電增效擴容改造工作會議上公布的數據，全國共有45000多座農村水電站，裝機容量6500多萬千瓦，將近3個三峽水電站的裝機容量。如果升級改造，按平均提升發電量30%折算，新增裝機容量1950萬千瓦，這就是將近一座三峽水電站的裝機量（2240萬千瓦）。如果保守估計提升發電量20%，新增裝機容量1300萬千瓦，相當于2/3個三峽水電站。通過這種變速恒頻的發電技術，還有望改變數百年以來攔河建壩的水電建設方式，更利于生態保護。

已獲10項國家發明專利

變速恒頻水力發電系統是“多出”一座三峽水電站的最大“功臣”，而它的“大腦”主要是一種多功率等級并網變流系統拓撲。這種拓撲結構是以永磁電機或雙饋電機為核心的能量轉換系統，針對不同能量和電壓等級靈活選取兩電平交直交、三電平交直交變流器結構，采用矢量解耦控制，實現了380伏～10千伏、100千瓦～5兆瓦范圍變速恒頻并網。該項核心技術現已獲國家發明專利10項，在行業頂級期刊上發表了論文10篇。

此外，“變頻”水電站還擁有高電能質量并網技術，能提供電壓更穩定、更高質量的電能；“變頻”水電站的水電綜合云服務系統則可通過大數據分析，實時監控電站群運行情況，并及時處理預警信息，實現水電站智能化管理。

目前，中水珠江規劃勘測設計有限公司等已經同呂銘晟的研發團隊簽訂合作合同，廣西農村投資集團有限公司、湖南三立水電開發有限責任公司等企業也均與該團隊簽訂合作意向書。2017年至今，該項技術已獲得160萬元銷售收入。

（來源：《三湘都市報》 發布日期：2017-09-28）endprint