我國風電行業(yè)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(fā)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(yè)的快速發(fā)展。2004年，我國風機整機制造企業(yè)僅6家，目前明確進入風機整機制造的企業(yè)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(xiàn)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(jīng)過這些年的發(fā)展，內(nèi)資和合資企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大、技術能力不斷增強、市場占有率上升很快。2004年，內(nèi)（合）資企業(yè)和外資企業(yè)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(nèi)（合）資企業(yè)已經(jīng)在風電市場上占據(jù)絕對主導地位。至于這些整機制造廠家?guī)�動的零部件生產(chǎn)企業(yè)究竟有多少，更是一個無法準確統(tǒng)計的數(shù)字。這些風機整機制造企業(yè)及零部件企業(yè)的發(fā)展壯大，有力地促進了我國風電制造業(yè)技術水平和生產(chǎn)規(guī)模的提高。憂的是這70余家風機企業(yè)的技術水平、生產(chǎn)規(guī)模、服務能力參差不齊，真正形成規(guī)模、比較有競爭能力的還只有寥寥幾家，大多數(shù)企業(yè)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(yè)存在的一個突出問題。

從未來的發(fā)展形勢來看，風電產(chǎn)業(yè)至少將有十多年的黃金發(fā)展期。從世界范圍來看，美國、德國等工業(yè)發(fā)達國家為解決能源短缺和環(huán)境污染問題，都將大規(guī)模發(fā)展風力發(fā)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(shù)字。這表明，從宏觀形勢來看，風電行業(yè)大發(fā)展的高潮確實已經(jīng)到來。

風機控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

風機的控制系統(tǒng)是風機的重要組成部分，它承擔著風機監(jiān)控、自動調節(jié)、實現(xiàn)最大風能捕獲以及保證良好的電網(wǎng)兼容性等重要任務，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)實現(xiàn)對全風場風機狀況的監(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。

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

變槳控制系統(tǒng)：與主控系統(tǒng)配合，通過對葉片節(jié)距角的控制，實現(xiàn)最大風能捕獲以及恒速運行，提高了風力發(fā)電機組的運行靈活性。目前來看，變槳控制系統(tǒng)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(tǒng)。

變頻系統(tǒng)（變頻）器：與主控制系統(tǒng)接口，和發(fā)電機、電網(wǎng)連接，直接承擔著保證供電品質、提高功率因素，滿足電網(wǎng)兼容性標準等重要作用。

從我國目前的情況來看，風機控制系統(tǒng)的上述各個組成部分的自主配套規(guī)模還相當不如人意，到目前為止對國外品牌的依賴仍然較大，仍是風電設備制造業(yè)中最薄弱的環(huán)節(jié)。而風機其它部件，包括葉片、齒輪箱、發(fā)電機、軸承等核心部件已基本實現(xiàn)國產(chǎn)化配套（盡管質量水平及運行狀況還不能令人滿意），之所以如此，原因主要有：

（1）我國在這一技術領域的起步較晚，尤其是對兆瓦級以上大功率機組變速恒頻控制技術的研究，更是最近幾年的事情，這比風機技術先進國家要落后二十年時間。前已述及，我國風電制造產(chǎn)業(yè)是從2005年開始的最近四年才得到快速發(fā)展的，國內(nèi)主要風機制造廠家為了快速搶占市場，都致力于擴大生產(chǎn)規(guī)模，無力對控制系統(tǒng)這樣的技術含量較高的產(chǎn)品進行自主開發(fā)，因此多直接從MITA、Windtec等國外公司采購產(chǎn)品或引進技術。

（2）就風機控制系統(tǒng)本身的要求來看，確有它的特殊性和復雜性。從硬件來講，風機控制系統(tǒng)隨風機一起安裝在接近自然的環(huán)境中，工作有較大振動、大范圍的溫度變化、強電磁干擾這樣的復雜條件下，因此其硬件要求比一般系統(tǒng)要高得多。從軟件來講，風機要實現(xiàn)完全的自動控制，必須有一套與之相適應的完善的控制軟件。主控系統(tǒng)、變槳系統(tǒng)和變頻器需要協(xié)同工作才能實現(xiàn)在較低風速下的最大風能捕獲、在中等風速下的定轉速以及在較大風速下的恒頻、恒功運行，這需要在這幾大部件中有一套先進、復雜的控制算法。國內(nèi)企業(yè)要完全自主掌握確實需要一定時間。

（3）風機控制系統(tǒng)是與風機特性高度結合的系統(tǒng)，包括主控、變槳和變頻器在內(nèi)的控制軟件不僅算法復雜，而且其各項參數(shù)的設定與風機本身聯(lián)系緊密，風機控制系統(tǒng)的任務不僅僅是實現(xiàn)對風機的高度自動化監(jiān)控以及向電網(wǎng)供電，而且還必須通過合適的控制實現(xiàn)風能捕獲的最大化和載荷的最小化，一般的自動化企業(yè)即使能研制出樣機，也很難得到驗證，推廣就更加困難。而中小規(guī)模的風機制造商又無力進行這樣的開發(fā)。

即便如此，國內(nèi)企業(yè)通過這幾年的努力，已經(jīng)在控制系統(tǒng)主要部件的開發(fā)上取得了積極進展，已基本形成了自主的技術開發(fā)能力，所欠缺的主要是產(chǎn)品的大規(guī)模投運業(yè)績以及技術和經(jīng)驗積累。比如，作為風機控制系統(tǒng)中技術含量最高的主控系統(tǒng)和變頻器，國內(nèi)企業(yè)在自主開發(fā)上已取得重要進展。東方自控經(jīng)過幾年的努力，已成功開發(fā)出DWS5000風機控制系統(tǒng)，并已完成各種測試及風機運行驗證，實現(xiàn)了規(guī)�；�生產(chǎn)，基本形成了自主開發(fā)能力。科諾偉業(yè)也研制出了兆瓦級機組的控制系統(tǒng)。在變頻器方面，東方自控、合肥陽光、清能華福、科諾偉業(yè)等一批企業(yè)也異軍突起，開發(fā)出了大功率雙饋及直驅機型的變頻器，產(chǎn)品已有小批量在風場投運，呈獻出可喜的發(fā)展勢頭。

隨著國內(nèi)企業(yè)所開發(fā)風機容量越來越大，風機控制技術必須不斷發(fā)展才能滿足這一要求，如葉片的驅動和控制技術、如更大容量的變頻器開發(fā)，都是必須不斷解決的新的課題，這里不進行詳細闡述。當前，由于風力發(fā)電機組在我國電網(wǎng)中所占比例越來越大，風力發(fā)電方式的電網(wǎng)兼容性較差的問題也逐漸暴露出來，同時用戶對不同風場、不同型號風機之間的聯(lián)網(wǎng)要求也越來越高，這也對風機控制系統(tǒng)提出了新的任務。

（1）采用統(tǒng)一和開放的協(xié)議以實現(xiàn)不同風場、不同廠家和型號的風機之間的方便互聯(lián)。目前，風機投資用戶和電網(wǎng)調度中心對廣布于不同地域的風場之間的聯(lián)網(wǎng)要求越來越迫切，雖然各個風機制造廠家都提供了一定的手段實現(xiàn)風機互連，但是由于采用的方案不同，不同廠家的風機進行互聯(lián)時還是會有很多問題存在，實施起來難度較大。因此，實現(xiàn)不同風機之間的方便互聯(lián)是一個亟待解決的重要課題。

（2）需要進一步提高低電壓穿越運行能力（LVRT）。風力發(fā)電機組，尤其是雙饋型風機，抵抗電網(wǎng)電壓跌落的能力本身較差。當發(fā)生電網(wǎng)電壓跌落時，從前的做法是讓風機從電網(wǎng)切出。當風機在電網(wǎng)中所占比例較小時，這種做法對電網(wǎng)的影響還可以忽略不計。但是，隨著在網(wǎng)運行風機的數(shù)量越來越大，尤其是在風力發(fā)電集中的地區(qū)，如國家規(guī)劃建設的六個千萬千瓦風電基地，這種做法會對電網(wǎng)造成嚴重影響，甚至可能進一步擴大事故。歐洲很多國家，如德國、西班牙、丹麥等國家，早就出臺了相關標準，要求在這種情況下風機能保持在網(wǎng)運行以支撐電網(wǎng)。風機具有的這種能力稱為低電壓穿越運行能力（LVRT），有的國家甚至要求當電網(wǎng)電壓跌落至零時還能保持在網(wǎng)運行。我國也于今年8月由國家電網(wǎng)公司出臺了《風電場接入電網(wǎng)技術規(guī)定》，其中規(guī)定了我國自己的低電壓穿越技術要求，明確要求風電機組在并網(wǎng)點電壓跌落至20%額定電壓時能夠保持并網(wǎng)運行625ms、當?shù)�落發(fā)生3s內(nèi)能夠恢復到額定電壓的90%時，風電機組保持并網(wǎng)運行的低電壓穿越運行要求。應該說，這還只是一個初步的、相對較低的運行要求。在今后可能還會出臺更為嚴格的上網(wǎng)限制措施。這些要求的實現(xiàn)，主要靠控制系統(tǒng)中變頻器算法及結構的改善，當然和主控和變槳系統(tǒng)也有密切聯(lián)系。

（3）實現(xiàn)在功率預估條件下的風電場有功及無功功率自動控制。目前，風電機組都是運行在不調節(jié)的方式，也就是說，有多少風、發(fā)多少電，這在風電所占比例較小的情況下也沒有多大問題。但是，隨著風電上網(wǎng)電量的大幅度增加，在用電低谷段往往是風機出力最大的時段，造成電網(wǎng)調峰異常困難，電網(wǎng)頻率、電壓均易出現(xiàn)較大波動。當前，電網(wǎng)對這一問題已相當重視，要求開展建設風電場功率預測系統(tǒng)和風電出力自動控制系統(tǒng)，實現(xiàn)在功率預測基礎上的有功功率和無功功率控制能力。事際上，這個系統(tǒng)的建設不是一件容易的事情，涉及到很多方面的技術問題。但是，無論如何說，序幕已經(jīng)拉開。

發(fā)展展望

從上面的敘述中可以看出，控制系統(tǒng)作為風電機組中最關鍵的核心零部件，目前仍是國內(nèi)風電設備制造業(yè)中最薄弱的環(huán)節(jié)，也是國內(nèi)目前唯一沒有實現(xiàn)批量國產(chǎn)化的部件，其主要原因在第二部分中已經(jīng)分析過。但是，我們也看到，以東方自控為代表的國內(nèi)一些企業(yè)，已經(jīng)在包括變頻器在內(nèi)的控制系統(tǒng)的自主研發(fā)方面邁出了重要的步伐，取得了很多成果。因此，預計再經(jīng)過兩到三年時間，將可實現(xiàn)風機控制系統(tǒng)的全面國產(chǎn)化配套，并具備如海上風機等更大型風電機組控制系統(tǒng)的自主研發(fā)能力，這樣，風機國產(chǎn)化的最后一個瓶頸也將被突破。同時，借此一角，也呼吁國內(nèi)的風機用戶樹立對國產(chǎn)控制系統(tǒng)的使用信心，支持國產(chǎn)化事業(yè)的發(fā)展。同時，國內(nèi)企業(yè)在服務支持及備件供應方面畢竟有較大的優(yōu)勢，從長遠來看，一定會給風電企業(yè)帶來良好的回報。