風(fēng)電控制技術(shù)國內(nèi)外概況和發(fā)展趨勢講義

保定科諾偉業(yè)控制設(shè)備有限公司風(fēng)電控制技術(shù)國內(nèi)外概況和發(fā)展趨勢第一頁，共三十八頁。第一部分:主流風(fēng)電機(jī)組介紹第二部分:風(fēng)電技術(shù)現(xiàn)狀及趨勢第三部分:風(fēng)電控制系統(tǒng)行業(yè)國內(nèi)外現(xiàn)狀第四部分:風(fēng)電控制行業(yè)技術(shù)發(fā)展趨勢第五部分:科諾偉業(yè)風(fēng)電控制一體化解決方案、產(chǎn)品應(yīng)用情況及實(shí)驗(yàn)平臺(tái)介紹

第六部分:幾點(diǎn)思考

風(fēng)電控制技術(shù)國內(nèi)外概況和發(fā)展趨勢第二頁，共三十八頁。第一部分:主流風(fēng)電機(jī)組介紹第三頁，共三十八頁。失速型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)定槳距失速型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是通過風(fēng)輪葉片失速來控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在大風(fēng)時(shí)的功率輸出，以及通過葉尖擾流器來實(shí)現(xiàn)極端情況下的安全停機(jī)問題。變槳距失速型（主動(dòng)失速型）風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在低風(fēng)速時(shí)通過改變槳距角或保持一定的槳距角，使其功率輸出增加，而在高風(fēng)速時(shí)通過改變?nèi)~片槳距角來控制功率輸出。第四頁，共三十八頁。雙饋?zhàn)兯俸泐l型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)雙饋?zhàn)兯俸泐l型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的風(fēng)輪葉片槳距角可以調(diào)節(jié)，同時(shí)發(fā)電機(jī)可以變速，并輸出恒頻恒壓電能。在低于額定風(fēng)速時(shí)，它通過改變轉(zhuǎn)速和葉片槳距角使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在最佳尖速比下運(yùn)行，輸出最大的功率，而在高風(fēng)速時(shí)通過改變?nèi)~片槳距角使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組功率輸出穩(wěn)定在額定功率。第五頁，共三十八頁。直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是無齒輪箱的變槳距變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，風(fēng)輪軸直接與低速永磁發(fā)電機(jī)連接。直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組要采用全功率變流器。直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)第六頁，共三十八頁?；旌闲惋L(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)混合型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組采用單級齒輪箱和中速永磁發(fā)電機(jī)，是直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和傳統(tǒng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的混合?；旌闲惋L(fēng)力發(fā)電機(jī)組也要采用全功率變流器。第七頁，共三十八頁。第二部分:風(fēng)電技術(shù)現(xiàn)狀及趨勢第八頁，共三十八頁。

目前，世界風(fēng)力發(fā)電市場中的單機(jī)容量正持續(xù)增大。在1997年以前MW級風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的市場份額還不及10%，2001年則超過一半，2003年達(dá)到70.5%，2005年增至81％,2006年高達(dá)87.5%（根據(jù)BTM－2006年世界風(fēng)力發(fā)電市場統(tǒng)計(jì)報(bào)告）。隨著單機(jī)容量的不斷增大和利用效率提高，世界上主流機(jī)型已經(jīng)從2000年的500～1000kW增加到2009年的2MW～5MW。近年來，近海風(fēng)能資源的開發(fā)進(jìn)一步加快了大容量風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)展，世界上已運(yùn)行的最大風(fēng)力發(fā)電機(jī)組單機(jī)容量已達(dá)到6MW，8～10MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的概念設(shè)計(jì)已經(jīng)開始。如何降低大功率風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)時(shí)對機(jī)組本身和電網(wǎng)的沖擊，保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，對大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制技術(shù)提出了更高的要求。現(xiàn)狀和趨勢1：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組單機(jī)容量持續(xù)增大第九頁，共三十八頁。由于變槳功率調(diào)節(jié)方式具有載荷控制平穩(wěn)、安全和高效等優(yōu)點(diǎn)，近年來在大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組上得到廣泛采用。隨著大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)輪直徑的增加，每個(gè)葉片在實(shí)際運(yùn)行過程中的受力不均衡性也越來越明顯，為了保證安全順槳，需要研究獨(dú)立變槳控制技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)涉及變頻技術(shù)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、精確控制、機(jī)械聯(lián)動(dòng)、空氣動(dòng)力學(xué)等多學(xué)科領(lǐng)域，是大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一?，F(xiàn)狀和趨勢2：變槳技術(shù)發(fā)展第十頁，共三十八頁。鑒于海上風(fēng)速大，湍流度小，發(fā)電量比陸上風(fēng)電場高20％～40％。另外，對景觀和噪聲的要求可以放寬，風(fēng)力機(jī)布局有規(guī)則。所以可靠性高、單機(jī)容量大海上風(fēng)力發(fā)電會(huì)成為今后風(fēng)能技術(shù)發(fā)展的主要驅(qū)動(dòng)力。但海上風(fēng)電機(jī)組所處環(huán)境較復(fù)雜，對風(fēng)電機(jī)組控制技術(shù)、運(yùn)輸、安裝和維護(hù)提出了更高的要求。目前，海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要有Vestas公司的3MW、Siemens公司的3.6MW、GE公司的3.6MW、Repower公司的5MW、華銳的3MW機(jī)組。Repower的5MW海上風(fēng)電機(jī)組現(xiàn)狀和趨勢3：海上風(fēng)力發(fā)電技術(shù)第十一頁，共三十八頁。風(fēng)力發(fā)電與電網(wǎng)互連時(shí)有三類廣泛的相應(yīng)問題：1）并網(wǎng)瞬間的安全問題。包括并網(wǎng)時(shí)是否有足夠的容量，以及并網(wǎng)后對電網(wǎng)以及網(wǎng)內(nèi)其他用戶產(chǎn)生什么影響；2）電網(wǎng)穩(wěn)定性要求，國外已經(jīng)制定了相關(guān)的規(guī)定來規(guī)范化風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展，我國已經(jīng)著手準(zhǔn)備這方面的工作，相關(guān)研究工作正在進(jìn)展；3）依據(jù)電網(wǎng)與風(fēng)力發(fā)電之間的匹配關(guān)系，進(jìn)一步規(guī)劃電網(wǎng)，來加快風(fēng)力發(fā)電大規(guī)模應(yīng)用的進(jìn)程?，F(xiàn)狀和趨勢4：風(fēng)力發(fā)電與電網(wǎng)之間的關(guān)系日益密切第十二頁，共三十八頁。無齒輪箱的直驅(qū)方式能有效地減少由于齒輪箱問題而造成的機(jī)組故障，可有效提高系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性和壽命，減少維護(hù)成本，因而得到了市場的青睞。2006年，ENERCON公司生產(chǎn)的直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在德國市場銷售量第一?，F(xiàn)狀和趨勢5：直驅(qū)式、半直驅(qū)式全功率變流技術(shù)應(yīng)用第十三頁，共三十八頁。第三部分:風(fēng)電控制系統(tǒng)行業(yè)國內(nèi)外現(xiàn)狀第十四頁，共三十八頁。風(fēng)力發(fā)電控制技術(shù)的發(fā)展歷程風(fēng)力發(fā)電技術(shù)定槳距恒速恒頻→變槳距變速恒頻→功率平穩(wěn)控制(有功有限調(diào)度、無功電壓控制、電網(wǎng)故障穿越)→大規(guī)模風(fēng)電輸送和分配控制目的（1）最大的風(fēng)能捕獲，提高風(fēng)能采集、利用程度、提高風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行效率（2）提高機(jī)組對電網(wǎng)的適應(yīng)性，對電網(wǎng)更友好第十五頁，共三十八頁。國內(nèi)在失速型風(fēng)電機(jī)組控制技術(shù)方面已經(jīng)掌握了其核心技術(shù)，相應(yīng)的產(chǎn)品也已經(jīng)大批量應(yīng)用。但在雷擊保護(hù)、無功功率補(bǔ)償、極端氣候可靠性等方面的還需要繼續(xù)改進(jìn)。失速型風(fēng)電機(jī)組控制技術(shù)現(xiàn)狀第十六頁，共三十八頁。國外在2MW容量以下控制技術(shù)比較成熟，主要有Wintec、GH、AERODYN、Repower、Enercon、Made、ABB、LUST等廠家。國內(nèi)大部分整機(jī)制造商目前使用的控制基本上是基于這些國外技術(shù)。國內(nèi)目前主要有科諾偉業(yè)、合肥陽光等少數(shù)廠家在電控系統(tǒng)、變流器、變槳控制的核心技術(shù)上擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，走自主研發(fā)的道路。其他很多相應(yīng)的國內(nèi)廠家都是走引進(jìn)國外技術(shù)發(fā)展道路。

變速恒頻風(fēng)電機(jī)組控制技術(shù)現(xiàn)狀第十七頁，共三十八頁。海上風(fēng)電機(jī)組的控制技術(shù)基本上已經(jīng)相對成熟，如VESTAS、GH、MITA等廠家的技術(shù)目前都有實(shí)際應(yīng)用。目前，國內(nèi)電控系統(tǒng)、變流器、變槳控制的廠家對海上3MW、5MW的控制技術(shù)也在加大研發(fā)力度，爭取盡快做出產(chǎn)品樣機(jī)。

海上風(fēng)電控制技術(shù)現(xiàn)狀第十八頁，共三十八頁。第四部分:風(fēng)電控制行業(yè)技術(shù)發(fā)展趨勢第十九頁，共三十八頁。把擾動(dòng)跟蹤控制（DTC）引入了槳葉控制中，采用設(shè)計(jì)狀態(tài)器的辦法來估計(jì)出作為干擾量輸入的風(fēng)速，采用這類控制方法可以有效的減小葉片的拍打振動(dòng)、改善槳葉和整機(jī)的受力狀況，而且能夠優(yōu)化輸出功率，有效的降低噪音。發(fā)展趨勢1：風(fēng)機(jī)柔性控制的基礎(chǔ)理論研究與設(shè)計(jì)第二十頁，共三十八頁。發(fā)展趨勢2：功率器件串并聯(lián)技術(shù)功率器件串聯(lián)增加電壓等級、電流，需要進(jìn)行均壓、均流控制。如果串聯(lián)器件開、關(guān)時(shí)間不一致，最后開通或最先關(guān)斷的器件將承受全部的電壓（電流），這就必然影響到變流器的可靠運(yùn)行。因此，功率器件串并聯(lián)技術(shù)將是發(fā)展的趨勢。第二十一頁，共三十八頁。風(fēng)電機(jī)組在相當(dāng)大的電壓和頻率變化下必須可以保持穩(wěn)定功率并網(wǎng)。如果由于電網(wǎng)原因發(fā)生電壓跌落，風(fēng)電機(jī)組必須保持一段時(shí)間內(nèi)的并網(wǎng)(低電壓穿越)在故障處理完成后，風(fēng)電場必須在規(guī)定的最大時(shí)間之內(nèi)盡快恢復(fù)供電風(fēng)電場必須可以不限時(shí)地在減少功率輸出條件下運(yùn)行(限功率運(yùn)行)風(fēng)電場發(fā)電量預(yù)報(bào)發(fā)展趨勢3：并網(wǎng)對風(fēng)電機(jī)組控制要求的技術(shù)發(fā)展第二十二頁，共三十八頁。鑒于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的極限載荷和疲勞載荷是影響風(fēng)力發(fā)電機(jī)組及部件可靠性和壽命的主要因素之一，國內(nèi)外學(xué)者積極研究風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的最優(yōu)運(yùn)行和控制規(guī)律，通過采用智能化控制技術(shù)，努力減少和避免風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行在極限載荷和疲勞載荷，并逐步成為風(fēng)力發(fā)電控制技術(shù)的主要發(fā)展方向。發(fā)展趨勢4：智能化控制技術(shù)第二十三頁，共三十八頁。臺(tái)風(fēng)低溫覆冰沙塵雷電鹽霧高原臺(tái)風(fēng)低溫腐蝕雷擊發(fā)展趨勢5：風(fēng)電機(jī)組在不同的風(fēng)能資源和嚴(yán)酷的氣候環(huán)境下的適應(yīng)性技術(shù)第二十四頁，共三十八頁。第五部分:科諾偉業(yè)風(fēng)電控制一體化解決方案、產(chǎn)品應(yīng)用情況及實(shí)驗(yàn)平臺(tái)介紹第二十五頁，共三十八頁?？梢愿鶕?jù)客戶需求提供量身定制的個(gè)性化服務(wù)科諾偉業(yè)風(fēng)電控制一體化解決方案

第二十六頁，共三十八頁。多年的現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)積累，能提供電氣控制完整的解決方案。產(chǎn)品涵蓋變流器、控制系統(tǒng)、變槳距控制系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等。為多家客戶多種機(jī)型進(jìn)行過配套，如：Repower750、Gamesa600、GH、Zond550、Nordex600、Repower1500、Aerodyn1500、沈陽工大1500。第二十七頁，共三十八頁。典型應(yīng)用—失速型風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)2003年12月科諾600KW控制系統(tǒng)在大連大長山風(fēng)電場成功并網(wǎng)運(yùn)行2005年12月科諾750KW控制系統(tǒng)在河北張北風(fēng)電場成功并網(wǎng)運(yùn)行第二十八頁，共三十八頁。典型應(yīng)用—變速恒頻風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)2008年4月科諾1.5MW控制系統(tǒng)在海興風(fēng)電場成功并網(wǎng)運(yùn)行第二十九頁，共三十八頁。典型應(yīng)用—雙饋型風(fēng)電機(jī)組變流器2009年10月科諾1.5MW變流器在內(nèi)蒙化德風(fēng)電場成功并網(wǎng)運(yùn)行2009年9月科諾1.5MW變流器在張北石人風(fēng)電場成功并網(wǎng)運(yùn)行2009年4月科諾1.5MW變流器在吉林白城富裕風(fēng)電場成功并網(wǎng)運(yùn)行第三十頁，共三十八頁。典型應(yīng)用—變槳控制系統(tǒng)2008年8月科諾1.5MW變槳控制系統(tǒng)在河南三門峽風(fēng)電場成功并網(wǎng)運(yùn)行2009年9月科諾1.5MW變槳控制系統(tǒng)在內(nèi)蒙輝騰梁風(fēng)電場成功并網(wǎng)運(yùn)行2008年10月科諾1.5MW變槳控制系統(tǒng)在航天五院完成振動(dòng)測試，通過相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)第三十一頁，共三十八頁。

通訊接口通訊用電纜、光纜或無線用于大型并網(wǎng)風(fēng)電場上百臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的集群監(jiān)控廣泛應(yīng)用于多個(gè)風(fēng)電場典型應(yīng)用—SCADA系統(tǒng)第三十二頁，共三十八頁。3.5MW級控制系統(tǒng)及變流器檢測平臺(tái)

該檢測平臺(tái)是由配電系統(tǒng)，變頻器，異步電動(dòng)機(jī)，雙饋發(fā)電機(jī)等組成。通過變頻器驅(qū)動(dòng)的異步電動(dòng)機(jī)模擬風(fēng)力機(jī)，其輸出軸拖動(dòng)雙饋發(fā)電機(jī)。雙饋發(fā)電機(jī)的定子、轉(zhuǎn)子先接待測試雙饋式變流器，再與電網(wǎng)相連。通過控制變頻器拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)在不同轉(zhuǎn)速、不同輸出轉(zhuǎn)矩運(yùn)行模擬發(fā)電機(jī)實(shí)際工況。主要用于雙饋式變流器進(jìn)行全功率測試、出廠檢驗(yàn)和型式試驗(yàn)，可驗(yàn)證變流器功能完整性、邏輯正確性與產(chǎn)品可靠性。第三十三頁，共三十八頁。控制系統(tǒng)檢測平臺(tái)

該檢測平臺(tái)是由配電系統(tǒng)，數(shù)字信號輸入、輸出系統(tǒng)，模擬信號輸入系統(tǒng)，風(fēng)電機(jī)組用傳感器等組成。能夠模擬變速恒頻風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)實(shí)際工作情況，將變速恒頻風(fēng)電機(jī)組需要檢測各信號量進(jìn)行模擬輸入，將控制系統(tǒng)執(zhí)行動(dòng)作進(jìn)行輸出。本平臺(tái)用于變速恒頻風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)測試與出廠檢驗(yàn)，可驗(yàn)證控制系統(tǒng)功能完整性、邏輯正確性與產(chǎn)品可靠性。第三十四頁，共三十八頁。變槳控制系統(tǒng)測試平臺(tái)

該檢測平臺(tái)是由配電系統(tǒng)，變槳驅(qū)動(dòng)電機(jī)，負(fù)載電機(jī)，simotion控制器等組成，通過變槳距控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)變槳驅(qū)動(dòng)電機(jī)，用負(fù)載電機(jī)，simotion控制器模擬槳距角調(diào)節(jié)時(shí)的阻力和轉(zhuǎn)矩，使變槳距控制系統(tǒng)在不同轉(zhuǎn)速，不同轉(zhuǎn)矩情況下工作，模擬其實(shí)際工作環(huán)境。主要用于變速恒頻風(fēng)電機(jī)組變槳距控制系統(tǒng)進(jìn)行測試與出廠檢驗(yàn)，可驗(yàn)證其功能完整性、邏輯正確性與產(chǎn)品可靠性。第三十五頁，共三十八頁。對整機(jī)控制技術(shù)資金投入，給予重點(diǎn)關(guān)注,尤其是風(fēng)電整機(jī)控制基礎(chǔ)理論的研究對國內(nèi)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)產(chǎn)品的政策扶持公用技術(shù)研究(如標(biāo)準(zhǔn)等)和檢測認(rèn)證體系建設(shè)提供試驗(yàn)風(fēng)電場第六部分：幾點(diǎn)思考第三十六頁，共三十八頁。謝謝！第三十七頁，共三十八頁。內(nèi)容總結(jié)保定科諾偉業(yè)控制設(shè)備有限公司。包括并網(wǎng)時(shí)是否有足夠的容量，以