風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀及展望

　　編者語(yǔ)：我國(guó)的風(fēng)電產(chǎn)業(yè)在最近幾年得到了快速發(fā)展，已經(jīng)成為世界風(fēng)電大國(guó)。在風(fēng)機(jī)主要部件已基本實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)配套的情況之下，控制系統(tǒng)自主配套能力仍然較弱，仍是風(fēng)電設(shè)備制造業(yè)中最薄弱的環(huán)節(jié)，本文對(duì)造成這一現(xiàn)象的原因進(jìn)行了分析，提出了控制系統(tǒng)下一步還要解決的主要技術(shù)問題。

　　我國(guó)風(fēng)電行業(yè)目前的形勢(shì)

　　2005年以來(lái)，我國(guó)風(fēng)電裝機(jī)以年均100%的速度快速發(fā)展，到2008年底，我國(guó)風(fēng)電總裝機(jī)容量達(dá)到了1215萬(wàn)千瓦，占世界風(fēng)電總裝機(jī)容量的10%左右，這是一個(gè)相當(dāng)驚人的增長(zhǎng)。目前，從裝機(jī)容量來(lái)看，我國(guó)已成為亞洲第一、世界第四、風(fēng)電裝機(jī)容量超千萬(wàn)千瓦的風(fēng)電大國(guó)。排在前三位的依次是美國(guó)、德國(guó)和西班牙，其裝機(jī)容量分別為2517萬(wàn)、2390萬(wàn)和1675萬(wàn)千瓦。

　　需求的快速增長(zhǎng)也帶動(dòng)了我國(guó)風(fēng)電設(shè)備制造業(yè)的快速發(fā)展。2004年，我國(guó)風(fēng)機(jī)整機(jī)制造企業(yè)僅6家，目前明確進(jìn)入風(fēng)機(jī)整機(jī)制造的企業(yè)已超過(guò)70家，另外還有一些公司正在開展進(jìn)入風(fēng)機(jī)整機(jī)制造的前期準(zhǔn)備工作，呈現(xiàn)出“你未唱罷我登場(chǎng)，百家風(fēng)企競(jìng)風(fēng)流”這樣一個(gè)喜憂參半的格局。喜的是經(jīng)過(guò)這些年的發(fā)展，內(nèi)資和合資企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大、技術(shù)能力不斷增強(qiáng)、市場(chǎng)占有率上升很快。2004年，內(nèi)（合）資企業(yè)和外資企業(yè)占當(dāng)年風(fēng)電新增裝機(jī)的比例分別為25%和75%，而到2008年這一比例正好顛倒了過(guò)來(lái)，內(nèi)（合）資企業(yè)已經(jīng)在風(fēng)電市場(chǎng)上占據(jù)絕對(duì)主導(dǎo)地位。至于這些整機(jī)制造廠家?guī)?dòng)的零部件生產(chǎn)企業(yè)究竟有多少，更是一個(gè)無(wú)法準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)的數(shù)字。這些風(fēng)機(jī)整機(jī)制造企業(yè)及零部件企業(yè)的發(fā)展壯大，有力地促進(jìn)了我國(guó)風(fēng)電制造業(yè)技術(shù)水平和生產(chǎn)規(guī)模的提高。憂的是這70余家風(fēng)機(jī)企業(yè)的技術(shù)水平、生產(chǎn)規(guī)模、服務(wù)能力參差不齊，真正形成規(guī)模、比較有競(jìng)爭(zhēng)能力的還只有寥寥幾家，大多數(shù)企業(yè)對(duì)于未來(lái)面臨的巨大風(fēng)險(xiǎn)都估計(jì)不足，這是我國(guó)目前風(fēng)電設(shè)備制造業(yè)存在的一個(gè)突出問題。

　　從未來(lái)的發(fā)展形勢(shì)來(lái)看，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)至少將有十多年的黃金發(fā)展期。從世界范圍來(lái)看，美國(guó)、德國(guó)等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家為解決能源短缺和環(huán)境污染問題，都將大規(guī)模發(fā)展風(fēng)力發(fā)電作為主要解決方案。在我國(guó)，情況也是如此。2008年底，1215萬(wàn)千瓦的風(fēng)電裝機(jī)容量占我國(guó)電力總裝機(jī)容量的比例還僅為1.5%，預(yù)計(jì)到2020年這一比例將達(dá)到10%左右，即到2020年風(fēng)電裝機(jī)容量將達(dá)到1.4億千瓦這樣的水平，這是十分可觀的數(shù)字。這表明，從宏觀形勢(shì)來(lái)看，風(fēng)電行業(yè)大發(fā)展的高潮確實(shí)已經(jīng)到來(lái)。

　　風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

　　風(fēng)機(jī)的控制系統(tǒng)是風(fēng)機(jī)的重要組成部分，它承擔(dān)著風(fēng)機(jī)監(jiān)控、自動(dòng)調(diào)節(jié)、實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能捕獲以及保證良好的電網(wǎng)兼容性等重要任務(wù)，它主要由監(jiān)控系統(tǒng)、主控系統(tǒng)、變槳控制系統(tǒng)以及變頻系統(tǒng)（變頻器）幾部分組成。各部分的主要功能如下：

　　監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA）：監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)全風(fēng)場(chǎng)風(fēng)機(jī)狀況的監(jiān)視與啟、停操作，它包括大型監(jiān)控軟件及完善的通訊網(wǎng)絡(luò)。

　　主控系統(tǒng)：主控系統(tǒng)是風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的主體，它實(shí)現(xiàn)自動(dòng)啟動(dòng)、自動(dòng)調(diào)向、自動(dòng)調(diào)速、自動(dòng)并網(wǎng)、自動(dòng)解列、故障自動(dòng)停機(jī)、自動(dòng)電纜解繞及自動(dòng)記錄與監(jiān)控等重要控制、保護(hù)功能。它對(duì)外的三個(gè)主要接口系統(tǒng)就是監(jiān)控系統(tǒng)、變槳控制系統(tǒng)以及變頻系統(tǒng)（變頻器），它與監(jiān)控系統(tǒng)接口完成風(fēng)機(jī)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的交換，與變槳控制系統(tǒng)接口完成對(duì)葉片的控制，實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能捕獲以及恒速運(yùn)行，與變頻系統(tǒng)（變頻器）接口實(shí)現(xiàn)對(duì)有功功率以及無(wú)功功率的自動(dòng)調(diào)節(jié)。

　　變槳控制系統(tǒng)：與主控系統(tǒng)配合，通過(guò)對(duì)葉片節(jié)距角的控制，實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能捕獲以及恒速運(yùn)行，提高了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行靈活性。目前來(lái)看，變槳控制系統(tǒng)的葉片驅(qū)動(dòng)有液壓和電氣兩種方式，電氣驅(qū)動(dòng)方式中又有采用交流電機(jī)和直流電機(jī)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(lái)形成的技術(shù)路線及傳統(tǒng)。