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北京科诺伟业科技有限公司鄂春良echunl@mail.iee.ac.cn13621386100风电控制技术国内外概况和发展趋势第一部分：主流风电机组介绍第二部分：风电技术现状及趋势第三部分：风电控制系统国内外现状第四部分：风电控制系统行业存在问题第五部分：风电控制技术发展趋势第六部分：科诺伟业风电控制一体化解决方案第七部分：几点思考及建议风电控制技术国内外概况和发展趋势第一部分:主流风电机组介绍失速型风力发电系统2007年之前我国风电市场的主流机型，近两年市场份额逐渐减少；失速型机组技术成熟、可靠性高，适于岛屿、山地等风场应用；双馈变速恒频型风力发电系统1.5MW双馈机组是目前我国风电市场的主流机型；双馈机组技术先进、成熟、供应链完善，未来几年仍将是我国风电市场的主力；永磁直驱机组是目前我国风电市场的重要机型；无齿轮箱和电网适应性方面的优势使其具有较强的市场竞争力。直驱型风力发电系统混合驱动型风力发电系统半直驱机组是风电市场的一种新机型，其融和直驱与双馈机组的双重优点，具有一定的市场应用前景。其他机型：高速永磁全功率机组：高速电励磁全功率机组：高速异步电机全功率机组：关于机型的分类和称谓：针对电动变桨、变速运行的机组来说，可按发电机转速、类型和变流器容量三要素来划分：低速机组（无齿轮箱）低速永磁全功率机组：金风1.5MW，湘电2MW；中速机组（半直驱）中速永磁全功率机组：哈飞1.5MW金风3MW高速机组（带齿轮箱）高速异步双馈机组：华锐1.5MW上海电气2MW高速永磁全功率机组：高速电励磁全功率机组：西安久和850kW山东长星2MW高速异地电机全功率机组西门子2.3MW第二部分:风电技术现状及趋势目前，世界上主流机型已经从2000年的500～1000kW增加到2009年的2MW～5MW。8～10MW风力发电机组的概念设计已经开始。国内3MW机组已经开始应用，有多家整机厂正在设计研制2.5MW、3MW乃至5MW风电机组。现状和趋势1：风力发电机组单机容量持续增大海上风速大，湍流小，发电量比陆上风电场高20％～40％。对景观和噪声的要求可以放宽，风力机易于排布。海上风电机组所处环境较复杂，对风电机组控制技术、运输、安装和维护提出了更高的要求。目前，海上风力发电机组主要有Vestas公司的3MW、Siemens公司的3.6MW、GE公司的3.6MW、Repower公司的5MW、华锐的3MW、上海电气3.6MW。另外，近海风电场与沿海地区的用电负荷中心较近，这也是近海风电的先天优势之一。Repower的5MW海上风电机组Vestas3.0MW风电机组现状和趋势2：海上风电将会加速发展1、我国风资源与电网结构的严重不平衡，成为目前风电大发展的瓶颈问题，并网问题成为业内研讨的热点；2、与风电波动的自然属性相关的功率调度问题也将受到重视；3、风电机组的电网适应性问题：低电压穿越技术，功率因数控制技术现状和趋势3：风力发电与电网之间的关系日益密切第三部分:风电控制系统国内外现状风能利用的过程电网多形态能量流风能转换系统时效性随机性不稳定非线性多重约束复杂动态系统风能机械能电磁能经历的三代风力发电机组第一代：以失速型为代表的功能型机组第二代：以变速变桨技术为代表的效率型机组（最大风能捕获）第三代：以电网适应技术、载荷优化控制技术为代表的柔性机组（电网友好型）大型风电机组的运行控制是风能转换系统中需要解决的关键核心问题之一•非线性多重约束的复杂动态系统，必须采取合适的控制策略才能获得满意的效果；•风电机组控制的三个层次：–功能控制-功能实现，并网控制–效率控制-最大风能捕获控制–柔性控制-延长机组寿命的载荷控制，电网适应性控制风力发电机在二十年寿命周期内累计运转时间高达12万小时，汽车部件平均寿命4000小时我国风电控制技术发展历程回顾•失速风电机组控制技术：–2000年，首台国产化600kW失速型风电机组控制系统在达阪城风场成功应用，并于2002年开始在大连长海等风场批量化应用，2005年开始国产化750kW失速型风电机组控制系统陆续获得应用；•变速恒频风电机组控制技术：–2006年，国产1.5MW双馈控制系统、变流器开始挂机运行；–2009年，国产1.5MW双馈和直驱控制系统、变流器和变桨距系统技术基本成熟，开始批量化应用；国内在失速型风电机组控制技术方面已经掌握了其核心技术，750kW系列化控制系统大批量应用。国产控制系统已经占据失速市场的绝大部分份额。失速型风电机组控制技术现状国内已经掌握了1.5MW风电机组控制系统、变流器、变桨距系统的关键技术。正在研发2MW-3MW以上双馈、直驱、半直驱风电机组控制、变流、变桨距技术。从产业供应链来看，国产1.5MW控制系统、变流器和变桨距系统的市场份额逐年增加，实现了批量化应用。变速恒频风电机组控制技术现状第四部分:风电控制系统行业存在的问题问题1:电控系统之间通信接口不统一控制系统与变流器、控制系统与变桨距系统之间通信接口多样，没有统一的标准:RS485;CanOpen;PROFIBUS;接口不统一带来的问题：给整机厂家配套电控部件和备品备件带来困难；部件厂家同时配备或兼容上述接口带来成本增加；解决办法：建立统一通信接口和通信协议；采用一体化解决方案。不同厂家的控制系统与SCADA之间配备不同的通信接口和通信协议，不同厂家的通信协议相互保密，互不开放（进口电控系统尤为严重），导致问题：同一风场有多家整机厂生产的风电机组时，需要配备多个SCADA系统；给风电场的运行管理带来困难；解决办法：制定统一的风电场通信协议标准（等同采用IEC61400-25-1的《风力发电场监控系统通信-原则与模式》已正式出版）问题2:SCADA系统的通信协议不统一问题3:电网适应性风电接入电网的相关技术规定已经出台，但如低电压穿越等的相关测试条件欠缺，一定程度上影响国产变流器的市场推广；三相电压不平衡下的电压跌落比平衡跌落出现的比例更大，应给予更多重视；风电场发电量预报风电机组低电压穿越要求规定第五部分:风电控制技术发展趋势风电机组的极限载荷和疲劳载荷是影响风力发电机组及部件可靠性和寿命的主要因素之一；功率优化与载荷控制是一对矛盾统一体，为降低机组载荷，可能需要牺牲部分功率为代价；引入载荷控制机制，可以有效提高风电机组设备安全性，可以更好地“呵护”机组，延长风力机使用寿命；研究载荷控制，并与风力机及其部件的设计相结合，可以适当降低部件裕量，对降低风力机成本有直接意义。风电机组中（关键部件）大量应用载荷传感器，测量多点载荷信号为控制器的优化控制提供依据。发展趋势1：功率优化与载荷优化的协调控制大型风电机组的控制是非线性多约束的复杂动态系统，需要采用先进的控制技术和控制策略才能取得满意的控制效果；利用现代网络技术、现代控制技术和冗余技术，基于DCS框架、具有预警功能、在线监测与故障诊断以及载荷优化技术为核心的新一代智能化控制系统将是未来风电控制技术的发展方向。发展趋势2：智能控制技术广泛应用基于嵌入式系统的高性能模块化PLC将成为MW级风电机组的主流控制方案；具有高性能通信（如PROFIBUS）的集散控制结构成为风电机组本地控制的主流方案；基于TCP/IP协议的工业以太网模式成为风电机组与中控室通信的优选方案；发展趋势3：高性能模块化PLC广泛应用基于3柜或6柜系统的交流电机变桨方案；超级电容器的后备电源:循环使用寿命长，维护量小，充放电速度快;独立变桨技术:三个叶片独立控制，可以有效降低叶片振动和疲劳载荷发展趋势4：交流驱动的独立变桨技术发展趋势5：大功率变流器技术•随着风电机组单机容量的提高，变流器将向更大功率，更大容量的方向发展•并联技术：–功率器件的串并联–变流单元的串并联•冷却技术：–采用水冷系统•新型变流器：–三电平（多电平）变流器–新型变流器-矩阵变换器发展趋势6：海上风电控制技术•状态监测系统（CMS）：通过CMS，可以实现状态监测和故障预警，增加系统可靠性，降低维护成本；•冗余技术：海上风电机组控制系统将大量应用冗余技术，以减少维护的次数。•无线通信技术：距离远，铺设有线电缆不易的海上风电场的集中监控有望通过无线通信技术来实现。•防腐、防雷技术台风、高温、低温、沙尘、雷电、盐雾、高原（海拔高于2000m）耐候性设计高可靠性设计发展趋势7：风电机组在不同的风能资源和严酷的气候环境下的多适应性控制技术第六部分:科诺伟业风电控制一体化解决方案科诺伟业一直坚持自主开发、走自主创新之路，力求为客户提供包括主控、变桨、变流器、SCADA在内的电控系统完整解决方案，并可以根据客户需求提供定制服务。科诺伟业风电控制一体化解决方案多年的现场经验和技术积累，能提供电气控制完整的解决方案。产品涵盖变流器、控制系统、变桨距控制系统、监控系统等。为多家客户多种机型进行配套，如：Repower750、Gamesa600、GH、Zond550、Nordex600、Repower1500、Aerodyn1500、沈阳工大1500。2MW控制系统及变流器检测平台该检测平台是由配电系统，变频器，异步电动机，双馈发电机等组成，用于2MW以下双馈变流器的全功率测试和出厂检验。控制系统检测平台该检测平台是由配电系统，数字信号输入、输出系统，模拟信号输入系统，风电机组用传感器等组成。对变速恒频风电机组需要检测的各信号量进行模拟输入，将控制系统执行动作进行输出。本平台用于变速恒频风电机组控制系统测试与出厂检验，可验证控制系统功能完整性、逻辑正确性与产品可靠性。变桨控制系统测试平台该检测平台是由配电系统，变桨驱动电机，负载电机，控制器等组成，通过变桨距控制系统驱动变桨驱动电机，用负载电机，simotion控制器模拟桨距角调节时的阻力和转矩，使变桨距控制系统在不同转速，不同转矩情况下工作，模拟其实际工作环境。主要用于变速恒频风电机组变桨距控制系统进行测试与出厂检验，可验证其功能完整性、逻辑正确性与产品可靠性。高低温老化试验箱该试验箱容积为36立方米，可对测试元件或产品进行低温湿热环境试验，温度范围：-40℃—70℃，湿度范围为：25%—98%。通过环境实现模拟产品实际工作环境，用于产品测试与出厂检验，可验证产品耐候性与可靠性。对大型风电机组控制的基础理论研究重视不够，应加大投入，增强自主设计、自主科技创新能力；引进国外GH、Aerodyn、wintec等公司的控制软件（甚至拿到源代码）能否实现真正意义的国产化？真正的核心技术是买不来的，应开拓自主设计创新之路。国内已经能够提供1.5-2MW控制系统、变流器、变桨距系统产品，建议业内多给国产电控系统的表现机会、加大对自主开发的国产产品支持；电控系统部件虽与机组整机设计密切相关，但也有其独立性和专业性，整机厂与部件厂之间的专业化分工与合作更有利于产业的健康发展；共同积极创造良性竞争的环境，促进行业又快又好发展。第七部分：几点思考及建议谢谢！