風電控制技術國內外概況和發(fā)展趨勢講義

保定科諾偉業(yè)控制設備有限公司風電控制技術國內外概況和發(fā)展趨勢第一頁，共三十八頁。第一部分:主流風電機組介紹第二部分:風電技術現(xiàn)狀及趨勢第三部分:風電控制系統(tǒng)行業(yè)國內外現(xiàn)狀第四部分:風電控制行業(yè)技術發(fā)展趨勢第五部分:科諾偉業(yè)風電控制一體化解決方案、產品應用情況及實驗平臺介紹

第六部分:幾點思考

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

目前，世界風力發(fā)電市場中的單機容量正持續(xù)增大。在1997年以前MW級風力發(fā)電機組的市場份額還不及10%，2001年則超過一半，2003年達到70.5%，2005年增至81％,2006年高達87.5%（根據(jù)BTM－2006年世界風力發(fā)電市場統(tǒng)計報告）。隨著單機容量的不斷增大和利用效率提高，世界上主流機型已經從2000年的500～1000kW增加到2009年的2MW～5MW。近年來，近海風能資源的開發(fā)進一步加快了大容量風力發(fā)電機組的發(fā)展，世界上已運行的最大風力發(fā)電機組單機容量已達到6MW，8～10MW風力發(fā)電機組的概念設計已經開始。如何降低大功率風力發(fā)電機組并網(wǎng)時對機組本身和電網(wǎng)的沖擊，保證風力發(fā)電機組的安全穩(wěn)定運行，對大型風力發(fā)電機組的控制技術提出了更高的要求。現(xiàn)狀和趨勢1：風力發(fā)電機組單機容量持續(xù)增大第九頁，共三十八頁。由于變槳功率調節(jié)方式具有載荷控制平穩(wěn)、安全和高效等優(yōu)點，近年來在大型風力發(fā)電機組上得到廣泛采用。隨著大型風力發(fā)電機組風輪直徑的增加，每個葉片在實際運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，需要研究獨立變槳控制技術。該項技術涉及變頻技術、電機驅動、精確控制、機械聯(lián)動、空氣動力學等多學科領域，是大型風力發(fā)電機組控制領域研究的熱點之一?，F(xiàn)狀和趨勢2：變槳技術發(fā)展第十頁，共三十八頁。鑒于海上風速大，湍流度小，發(fā)電量比陸上風電場高20％～40％。另外，對景觀和噪聲的要求可以放寬，風力機布局有規(guī)則。所以可靠性高、單機容量大海上風力發(fā)電會成為今后風能技術發(fā)展的主要驅動力。但海上風電機組所處環(huán)境較復雜，對風電機組控制技術、運輸、安裝和維護提出了更高的要求。目前，海上風力發(fā)電機組主要有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機組。Repower的5MW海上風電機組現(xiàn)狀和趨勢3：海上風力發(fā)電技術第十一頁，共三十八頁。風力發(fā)電與電網(wǎng)互連時有三類廣泛的相應問題：1）并網(wǎng)瞬間的安全問題。包括并網(wǎng)時是否有足夠的容量，以及并網(wǎng)后對電網(wǎng)以及網(wǎng)內其他用戶產生什么影響；2）電網(wǎng)穩(wěn)定性要求，國外已經制定了相關的規(guī)定來規(guī)范化風力發(fā)電的發(fā)展，我國已經著手準備這方面的工作，相關研究工作正在進展；3）依據(jù)電網(wǎng)與風力發(fā)電之間的匹配關系，進一步規(guī)劃電網(wǎng)，來加快風力發(fā)電大規(guī)模應用的進程。現(xiàn)狀和趨勢4：風力發(fā)電與電網(wǎng)之間的關系日益密切第十二頁，共三十八頁。無齒輪箱的直驅方式能有效地減少由于齒輪箱問題而造成的機組故障，可有效提高系統(tǒng)的運行可靠性和壽命，減少維護成本，因而得到了市場的青睞。2006年，ENERCON公司生產的直驅式風力發(fā)電機組在德國市場銷售量第一。現(xiàn)狀和趨勢5：直驅式、半直驅式全功率變流技術應用第十三頁，共三十八頁。第三部分:風電控制系統(tǒng)行業(yè)國內外現(xiàn)狀第十四頁，共三十八頁。風力發(fā)電控制技術的發(fā)展歷程風力發(fā)電技術定槳距恒速恒頻→變槳距變速恒頻→功率平穩(wěn)控制(有功有限調度、無功電壓控制、電網(wǎng)故障穿越)→大規(guī)模風電輸送和分配控制目的（1）最大的風能捕獲，提高風能采集、利用程度、提高風電機組運行效率（2）提高機組對電網(wǎng)的適應性，對電網(wǎng)更友好第十五頁，共三十八頁。國內在失速型風電機組控制技術方面已經掌握了其核心技術，相應的產品也已經大批量應用。但在雷擊保護、無功功率補償、極端氣候可靠性等方面的還需要繼續(xù)改進。失速型風電機組控制技術現(xiàn)狀第十六頁，共三十八頁。國外在2MW容量以下控制技術比較成熟，主要有Wintec、GH、AERODYN、Repower、Enercon、Made、ABB、LUST等廠家。國內大部分整機制造商目前使用的控制基本上是基于這些國外技術。國內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上擁有自主知識產權，走自主研發(fā)的道路。其他很多相應的國內廠家都是走引進國外技術發(fā)展道路。

變速恒頻風電機組控制技術現(xiàn)狀第十七頁，共三十八頁。海上風電機組的控制技術基本上已經相對成熟，如VESTAS、GH、MITA等廠家的技術目前都有實際應用。目前，國內電控系統(tǒng)、變流器、變槳控制的廠家對海上3MW、5MW的控制技術也在加大研發(fā)力度，爭取盡快做出產品樣機。

海上風電控制技術現(xiàn)狀第十八頁，共三十八頁。第四部分:風電控制行業(yè)技術發(fā)展趨勢第十九頁，共三十八頁。把擾動跟蹤控制（DTC）引入了槳葉控制中，采用設計狀態(tài)器的辦法來估計出作為干擾量輸入的風速，采用這類控制方法可以有效的減小葉片的拍打振動、改善槳葉和整機的受力狀況，而且能夠優(yōu)化輸出功率，有效的降低噪音。發(fā)展趨勢1：風機柔性控制的基礎理論研究與設計第二十頁，共三十八頁。發(fā)展趨勢2：功率器件串并聯(lián)技術功率器件串聯(lián)增加電壓等級、電流，需要進行均壓、均流控制。如果串聯(lián)器件開、關時間不一致，最后開通或最先關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行。因此，功率器件串并聯(lián)技術將是發(fā)展的趨勢。第二十一頁，共三十八頁。風電機組在相當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，風電機組必須保持一段時間內的并網(wǎng)(低電壓穿越)在故障處理完成后，風電場必須在規(guī)定的最大時間之內盡快恢復供電風電場必須可以不限時地在減少功率輸出條件下運行(限功率運行)風電場發(fā)電量預報發(fā)展趨勢3：并網(wǎng)對風電機組控制要求的技術發(fā)展第二十二頁，共三十八頁。鑒于風力發(fā)電機組的極限載荷和疲勞載荷是影響風力發(fā)電機組及部件可靠性和壽命的主要因素之一，國內外學者積極研究風力發(fā)電機組的最優(yōu)運行和控制規(guī)律，通過采用智能化控制技術，努力減少和避免風力發(fā)電機組運行在極限載荷和疲勞載荷，并逐步成為風力發(fā)電控制技術的主要發(fā)展方向。發(fā)展趨勢4：智能化控制技術第二十三頁，共三十八頁。臺風低溫覆冰沙塵雷電鹽霧高原臺風低溫腐蝕雷擊發(fā)展趨勢5：風電機組在不同的風能資源和嚴酷的氣候環(huán)境下的適應性技術第二十四頁，共三十八頁。第五部分:科諾偉業(yè)風電控制一體化解決方案、產品應用情況及實驗平臺介紹第二十五頁，共三十八頁?？梢愿鶕?jù)客戶需求提供量身定制的個性化服務科諾偉業(yè)風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)場經驗和技術積累，能提供電氣控制完整的解決方案。產品涵蓋變流器、控制系統(tǒng)、變槳距控制系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等。為多家客戶多種機型進行過配套，如：Repower750、Gamesa600、GH、Zond550、Nordex600、Repower1500、Aerodyn1500、沈陽工大1500。第二十七頁，共三十八頁。典型應用—失速型風電機組控制系統(tǒng)2003年12月科諾600KW控制系統(tǒng)在大連大長山風電場成功并網(wǎng)運行2005年12月科諾750KW控制系統(tǒng)在河北張北風電場成功并網(wǎng)運行第二十八頁，共三十八頁。典型應用—變速恒頻風電機組控制系統(tǒng)2008年4月科諾1.5MW控制系統(tǒng)在海興風電場成功并網(wǎng)運行第二十九頁，共三十八頁。典型應用—雙饋型風電機組變流器2009年10月科諾1.5MW變流器在內蒙化德風電場成功并網(wǎng)運行2009年9月科諾1.5MW變流器在張北石人風電場成功并網(wǎng)運行2009年4月科諾1.5MW變流器在吉林白城富裕風電場成功并網(wǎng)運行第三十頁，共三十八頁。典型應用—變槳控制系統(tǒng)2008年8月科諾1.5MW變槳控制系統(tǒng)在河南三門峽風電場成功并網(wǎng)運行2009年9月科諾1.5MW變槳控制系統(tǒng)在內蒙輝騰梁風電場成功并網(wǎng)運行2008年10月科諾1.5MW變槳控制系統(tǒng)在航天五院完成振動測試，通過相關標準第三十一頁，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)風電場上百臺風電機組的集群監(jiān)控廣泛應用于多個風電場典型應用—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

該檢測平臺是由配電系統(tǒng)，變頻器，異步電動機，雙饋發(fā)電機等組成。通過變頻器驅動的異步電動機模擬風力機，其輸出軸拖動雙饋發(fā)電機。雙饋發(fā)電機的定子、轉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電動機在不同轉速、不同輸出轉矩運行模擬發(fā)電機實際工況。主要用于雙饋式變流器進行全功率測試、出廠檢驗和型式試驗，可驗證變流器功能完整性、邏輯正確性與產品可靠性。第三十三頁，共三十八頁?？刂葡到y(tǒng)檢測平臺

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

該檢測平臺是由配電系統(tǒng)，變槳驅動電機，負載電機，simotion控制器等組成，通過變槳距控制系統(tǒng)驅動變槳驅動電機，用負載電機，simotion控制器模擬槳距角調節(jié)時的阻力和轉矩，使變槳距控制系統(tǒng)在不同轉速，不同轉矩情況下工作，模擬其實際工作環(huán)境。主要用于變速恒頻風電機組變槳距控制系統(tǒng)進行測試與出廠檢驗，可驗證其功能完整性、邏輯正確性與產品可靠性。第三十五頁，共三十八頁。對整機控制技術資金投入，給予重點關注,尤其是風電整機控制基礎理論的研究對國內自主知識產權產品的政策扶持公用技術研究(如標準等)和檢測認證體系建設提供試驗風電場第六部分：幾點思考第三十六頁，共三十八頁。謝謝！第三十七頁，共三十八頁。內容總結保定科諾偉業(yè)控制設備有限公司。包括并網(wǎng)時是否有足夠的容量，以