GE 为英国的 Dogger Bank 风电场提供的 Haliade-X 风力涡轮机功率为 13 兆瓦，目前是世界上最强大的。然而，下一代涡轮机将把功率推高到 15、16 甚至 20 兆瓦。这意味着我们正在跨越低电压 (LV) 系统可能难以应对发电机、转换器和电缆中更高的电流和损耗的阈值。这推动了中压 (MV) 变流器的发展趋势，该变流器可以提供大功率海上风力涡轮机所需的性能、可靠性和平准化能源成本 (LCOE)。
LV 无疑是一种简单而有效的技术，可用于低功率水平。在更高的功率下它在技术上也是可行的。挑战在于所涉及的高电流需要并联多个转换器模块。转换器系统占用的空间然后大致与其功率成比例地增加。这在显着增加涡轮机舱的尺寸和重量方面具有连锁反应，并且使涡轮机安装期间的机械稳定性和物流复杂化。
在工业电源应用中，众所周知，低压在低功率水平下最具成本效益，而中压在高功率水平下表现出色。这同样适用于风力涡轮机。随着功率的增加，中压转换器变得更具竞争力。更高的电压意味着电动传动系统中的电流更低，从而可以使用更小的电缆以及更小的转换器占地面积和更轻的重量。此外，中压转换器通过使用 IGCT(集成门极换向晶闸管)半导体技术提高了涡轮机的整体效率。
虽然中压转换器的技术优势显而易见，但其广泛采用仍面临挑战。第一个原因很简单，如今可再生能源只有一个驱动力：如何使其比传统能源更便宜。这体现在涡轮机制造商及其供应商的价格压力增加。每个人都在谈论总拥有成本 (TCO)，这当然是一个重要的考虑因素。然而，最初的资本成本往往是决定成败的因素。
证明 MV 技术的财务吸引力必须考虑到整个电气传动系统的投资成本。这包括转换器、开关设备、冷却系统、控制和其他辅助设备。其他相关成本，例如布线以及转换器尺寸和重量的影响也需要包含在计算中。最终，这需要特别关注价值工程，以降低成本，帮助客户保持竞争力。
第二个挑战是对卓越可靠性的需求。例如，在一个拥有 20 台涡轮机(每台额定功率为 3.5 MW)的传统风电场中，单个机组的故障会导致 5% 的输出损失。但如果该风电场被五台大型涡轮机取代，那么一台涡轮机下线将导致无法接受的 20% 的发电量损失。与此同时，大型涡轮机往往安装在更偏远的地区，离岸更远，甚至可能在一年中的六个月内都无法进行维护。
MV 转换器在可靠性方面确实具有固有的优势，因为它们使用的组件比 LV 型号少。制造商正在努力将其提升到一个新的水平，重点是可靠性设计。一个小例子是使用自愈元件，例如可以在击穿后恢复其绝缘特性的电容器。编码器和保险丝也是由于老化而容易失效的组件的示例。中压转换器可以设计为在没有编码器的情况下运行，而是使用软件控制。此外，可以通过使用先进的断路器控制算法来消除熔断器。
确保可靠性最终取决于在接近真实世界条件下的广泛测试和大数据的收集。通过数字化，现在可以测量以前从未测量过的方面，例如即使是最小的组件的温度变化和开关率。从测试和现场经验中获得的详细见解正在内置到中压转换器的车载分析中，作为远程状态监测的基础。好处是可以在很早的阶段检测到任何潜在的可靠性问题，使风力涡轮机运营商能够在导致故障之前采取预防措施。
虽然 MV 变流器是最大海上风力涡轮机的未来技术，但它们已经是一个成熟的商业主张。事实上， ABB 目前在北海、波罗的海和中国近海拥有 200 多台机组。随着将 95 台机组部署到 GE 可再生能源公司并安装在 Dogger Bank 风电场，该机队将在未来两年内大幅增长。它们将使 220 米的涡轮机在第一阶段能够产生 1.2 吉瓦的总发电量。
低压转换器将继续主导大部分装置，尤其是陆上装置。相比之下，中压转换器将始终保持某种利基和相对低产量的产品。然而，在最大的海上风力涡轮机占据的非常重要的利基市场中，中压肯定会成为首选技术。
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