風力發電控制系統發展現狀及展望

　　編者語：我國的風電產業在最近幾年得到了快速發展，已經成為世界風電大國。在風機主要部件已基本實現國內配套的情況之下，控制系統自主配套能力仍然較弱，仍是風電設備制造業中最薄弱的環節，本文對造成這一現象的原因進行了分析，提出了控制系統下一步還要解決的主要技術問題。

　　我國風電行業目前的形勢

　　2005年以來，我國風電裝機以年均100%的速度快速發展，到2008年底，我國風電總裝機容量達到了1215萬千瓦，占世界風電總裝機容量的10%左右，這是一個相當驚人的增長。目前，從裝機容量來看，我國已成為亞洲第一、世界第四、風電裝機容量超千萬千瓦的風電大國。排在前三位的依次是美國、德國和西班牙，其裝機容量分別為2517萬、2390萬和1675萬千瓦。

　　需求的快速增長也帶動了我國風電設備制造業的快速發展。2004年，我國風機整機制造企業僅6家，目前明確進入風機整機制造的企業已超過70家，另外還有一些公司正在開展進入風機整機制造的前期準備工作，呈現出“你未唱罷我登場，百家風企競風流”這樣一個喜憂參半的格局。喜的是經過這些年的發展，內資和合資企業的生產規模不斷擴大、技術能力不斷增強、市場占有率上升很快。2004年，內（合）資企業和外資企業占當年風電新增裝機的比例分別為25%和75%，而到2008年這一比例正好顛倒了過來，內（合）資企業已經在風電市場上占據絕對主導地位。至于這些整機制造廠家帶動的零部件生產企業究竟有多少，更是一個無法準確統計的數字。這些風機整機制造企業及零部件企業的發展壯大，有力地促進了我國風電制造業技術水平和生產規模的提高。憂的是這70余家風機企業的技術水平、生產規模、服務能力參差不齊，真正形成規模、比較有競爭能力的還只有寥寥幾家，大多數企業對于未來面臨的巨大風險都估計不足，這是我國目前風電設備制造業存在的一個突出問題。

　　從未來的發展形勢來看，風電產業至少將有十多年的黃金發展期。從世界范圍來看，美國、德國等工業發達國家為解決能源短缺和環境污染問題，都將大規模發展風力發電作為主要解決方案。在我國，情況也是如此。2008年底，1215萬千瓦的風電裝機容量占我國電力總裝機容量的比例還僅為1.5%，預計到2020年這一比例將達到10%左右，即到2020年風電裝機容量將達到1.4億千瓦這樣的水平，這是十分可觀的數字。這表明，從宏觀形勢來看，風電行業大發展的高潮確實已經到來。

　　風機控制系統的發展現狀

　　風機的控制系統是風機的重要組成部分，它承擔著風機監控、自動調節、實現最大風能捕獲以及保證良好的電網兼容性等重要任務，它主要由監控系統、主控系統、變槳控制系統以及變頻系統（變頻器）幾部分組成。各部分的主要功能如下：

　　監控系統（SCADA）：監控系統實現對全風場風機狀況的監視與啟、停操作，它包括大型監控軟件及完善的通訊網絡。

　　主控系統：主控系統是風機控制系統的主體，它實現自動啟動、自動調向、自動調速、自動并網、自動解列、故障自動停機、自動電纜解繞及自動記錄與監控等重要控制、保護功能。它對外的三個主要接口系統就是監控系統、變槳控制系統以及變頻系統（變頻器），它與監控系統接口完成風機實時數據及統計數據的交換，與變槳控制系統接口完成對葉片的控制，實現最大風能捕獲以及恒速運行，與變頻系統（變頻器）接口實現對有功功率以及無功功率的自動調節。

　　變槳控制系統：與主控系統配合，通過對葉片節距角的控制，實現最大風能捕獲以及恒速運行，提高了風力發電機組的運行靈活性。目前來看，變槳控制系統的葉片驅動有液壓和電氣兩種方式，電氣驅動方式中又有采用交流電機和直流電機兩種不同方案。究竟采用何種方式主要取決于制造廠家多年來形成的技術路線及傳統。