風(fēng)機控制系統(tǒng)的發(fā)展遭遇瓶頸？
•控制系統(tǒng)將向更智能的遠程化管理發(fā)展。
•電動獨立變槳發(fā)展較快，應(yīng)用前景較好。
•風(fēng)功率預(yù)測成為風(fēng)機控制系統(tǒng)的新亮點。
由于自然界的風(fēng)力變幻莫測，風(fēng)速總是處在不斷地變化之中。風(fēng)速的較小變化都將造成風(fēng)能的較大變化，導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電機的輸出功率處于不斷變化的狀態(tài)。近年來，風(fēng)機制造商越來越看重變槳系統(tǒng)和偏航系統(tǒng)中控制系統(tǒng)應(yīng)用的可靠性。但是，一些廠家生產(chǎn)的風(fēng)機控制系統(tǒng)卻飽受詬病，莫非其發(fā)展真的遭遇瓶頸？
中國可再生能源學(xué)會風(fēng)能專業(yè)委員會秘書長秦海巖向記者介紹，為滿足風(fēng)電機組20年的運行需求，控制系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)在優(yōu)化發(fā)電量的同時，盡可能降低機組載荷，保護機組安全，這些是最起碼的要求。在軟件的控制算法上應(yīng)該力求簡潔明確，消除任何可能的不穩(wěn)定因素；硬件上也應(yīng)該運行穩(wěn)定可靠，對環(huán)境變化適應(yīng)能力強。同時，他指出控制系統(tǒng)將向更智能的遠程化管理發(fā)展。更智能的狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)有可能增加控制系統(tǒng)識別風(fēng)電機組故障的準(zhǔn)確度，遠程化管理的普及不僅可以使風(fēng)電機組實時地得到監(jiān)控，也可以使控制策略的遠程即時調(diào)整成為可能。
在目前的變槳距風(fēng)力機采用的三個槳葉統(tǒng)一控制的方式中，三個槳葉變換是一致的。但由于現(xiàn)代大型風(fēng)力機葉片比較大，最小的尺寸也達到幾十米，所以整個風(fēng)輪掃過面上的風(fēng)速并不均勻，這樣就會產(chǎn)生葉片的扭矩波動并影響到風(fēng)力機傳動機構(gòu)的機械應(yīng)力及疲勞壽命。另外，其中一個槳葉控制出現(xiàn)問題還會影響到另兩個槳葉的工作。對于這種情況，中國科學(xué)院電工所副研究員李建林則重點從控制方式的轉(zhuǎn)變方面談了一些他的看法。他表示，采用獨立變槳控制取代統(tǒng)一控制可以大大減小風(fēng)力機葉片負載的波動及轉(zhuǎn)矩的波動，進而減小了傳動機構(gòu)和齒輪箱的疲勞度以及塔架的振動，而輸出功率能基本恒定在額定功率附近。而北京光耀電力設(shè)備股份有限公司風(fēng)電事業(yè)部總經(jīng)理肖志東則強調(diào)風(fēng)機控制系統(tǒng)的新技術(shù)風(fēng)功率預(yù)測將大有作為，目前其預(yù)測精度還有待提高。
傳統(tǒng)電氣部件的性能在惡劣的應(yīng)用環(huán)境下不堪一擊？
•目前，比較突出的問題是風(fēng)機上應(yīng)用的一些電氣部件在極端溫度環(huán)境下表現(xiàn)欠佳。
•要根據(jù)機組本身的性能以及結(jié)構(gòu)考慮自動化產(chǎn)品應(yīng)用的環(huán)境問題。
•自動化產(chǎn)品生產(chǎn)商可將關(guān)注點轉(zhuǎn)移到優(yōu)化控制方面。
在風(fēng)機設(shè)備制造業(yè)中，不僅僅是控制系統(tǒng)，包括變槳系統(tǒng)和變頻器這兩個部分也一直處于國外廠商壟斷的局面。秦海巖介紹說：“變槳系統(tǒng)中的伺服電機，還沒有涉及國產(chǎn)品牌，這主要是由于目前中國的伺服技術(shù)尚無法滿足風(fēng)電行業(yè)需求，特別是加載變槳系統(tǒng)技術(shù)比較薄弱，所以目前風(fēng)電行業(yè)的伺服電機一直由國外供應(yīng)商提供。但是，為了降低成本，同時更好地實行本地化生產(chǎn)，變槳系統(tǒng)制造商也會陸續(xù)在中國大陸開設(shè)工廠，如路斯特公司。”他同時指出，風(fēng)機零部件的性能要求必須滿足整機的需求，某些達不到這一要求的零部件必須配備預(yù)熱環(huán)節(jié)。另外，目前很多電氣部件在低溫或高溫環(huán)境下的運行情況還是不盡如人意。李建林則認為可靠性與安全性是自動化產(chǎn)品的根本，針對于相對惡劣的應(yīng)用環(huán)境，必須要根據(jù)機組本身的性能以及結(jié)構(gòu)考慮自動化產(chǎn)品應(yīng)用的環(huán)境問題。
肖志東以PLC在風(fēng)電行業(yè)的發(fā)展為例，闡述了風(fēng)電行業(yè)自動化產(chǎn)品發(fā)展的趨勢。他介紹說：“從PLC到工控機，再到如今的采用優(yōu)化控制方式的智能預(yù)測，這些技術(shù)隨著應(yīng)用環(huán)境的變化而逐漸更迭。”那么，我們是否可以將惡劣環(huán)境對于自動化產(chǎn)品的沖擊看作是產(chǎn)品升級的“洗禮”呢？
傳感器產(chǎn)品如何更貼近風(fēng)機制造業(yè)？
•傳感器的可靠性必須放在首位，同時傳感精度要求偏高、測量范圍要求更寬。
•產(chǎn)品的質(zhì)量以及設(shè)計理念要得到行業(yè)用戶的認可。
•在國內(nèi)，用于狀態(tài)檢測的傳感器市場份額有增大的趨勢。
傳感器在風(fēng)電行業(yè)的應(yīng)用大體分為兩個方面：首先是速度控制等維持風(fēng)機運轉(zhuǎn)的基本功能；另外，轉(zhuǎn)速、位置等狀態(tài)的檢測也是傳感器主要應(yīng)用的領(lǐng)域。據(jù)肖志東介紹，在國內(nèi)的風(fēng)機制造企業(yè)，比較看重的是前者，而應(yīng)用在狀態(tài)檢測方面的傳感器、編碼器等產(chǎn)品并沒有引起重視。那么這種厚此薄彼的觀念是如何形成的呢？肖志東解釋說：“這主要和我國風(fēng)機制造發(fā)展起步較晚有關(guān)系。在國外應(yīng)用較為普遍的技術(shù)要想在國內(nèi)得到同樣的普及，產(chǎn)品品牌的影響力還是很重要的。”李建林也認為，要想使產(chǎn)品更加貼近風(fēng)電行業(yè)的需求，產(chǎn)品的質(zhì)量要過硬，而且要得到行業(yè)用戶的認可，這樣才會一步步地打開市場。
由于風(fēng)機運行環(huán)境一般比較惡劣，這為風(fēng)機的現(xiàn)場維護帶來不便，因此對傳感器的可靠性要求比較高，較長的安全使用壽命更能適應(yīng)風(fēng)機的需求。秦海巖舉例說：“如果風(fēng)機為低溫機型，則要求某些傳感器必須有預(yù)熱的功能。另外，某些信號的傳感精度也要求偏高或者測量范圍要求更寬。”同時，秦海巖指出，隨著海上風(fēng)電項目的推廣，良好的防海水腐蝕性能也是對傳感器產(chǎn)品的又一次考驗。
遠程控制技術(shù)在風(fēng)電行業(yè)應(yīng)用前景如何？
•無線通訊、遠程控制是風(fēng)機技術(shù)通信未來發(fā)展的方向。目前，國內(nèi)應(yīng)用剛剛起步。
•在環(huán)境惡劣、不適宜操作人員工作的地點，會逐漸采用遠程控制以及監(jiān)測技術(shù)。
•國外應(yīng)用較為成熟，看好國內(nèi)市場前景。
一般情況下，風(fēng)電場的選址比較偏僻，地理環(huán)境比較惡劣，工作人員居住地距離現(xiàn)場較遠。而且，現(xiàn)有風(fēng)電場的建設(shè)一般較為分散。而風(fēng)電場經(jīng)理又要了解各風(fēng)場的運行情況，現(xiàn)有的分散監(jiān)視與控制顯然不能滿足要求。加之，各風(fēng)電場相距較遠，而每個風(fēng)場內(nèi)風(fēng)機數(shù)量也很多，所以每個風(fēng)場都需要配置一定的工作人員進行日常的巡檢維護，從而造成了人員的浪費。因此，遠程控制技術(shù)近年來頻頻出現(xiàn)在風(fēng)電行業(yè)中，那么其應(yīng)用現(xiàn)狀如何呢？據(jù)了解，目前國內(nèi)的內(nèi)蒙古錫林郭勒的京能風(fēng)電場、華能風(fēng)電場應(yīng)用了風(fēng)電場群遠程集控系統(tǒng)，其由北京光耀電力設(shè)備股份有限公司生產(chǎn)。江蘇龍源風(fēng)電在如東縣安裝的100臺風(fēng)電機組是美國GE公司的風(fēng)電機組，這些風(fēng)機全部實行遠程控制。
國內(nèi)電力行業(yè)的資深企業(yè)北京光耀電力設(shè)備股份有限公司最先提出了風(fēng)電場遠方監(jiān)控系統(tǒng)方案，整個系統(tǒng)包括了風(fēng)力發(fā)電機組監(jiān)控系統(tǒng)、場內(nèi)變電站監(jiān)控系統(tǒng)以及風(fēng)電場視頻/安防系統(tǒng)。肖志東介紹說：“這套系統(tǒng)可以實現(xiàn)各種異構(gòu)風(fēng)電場監(jiān)測設(shè)備的數(shù)據(jù)通信、互連互通，能夠大幅提高集成效率，滿足現(xiàn)有的和將來不斷出現(xiàn)的需求。同時，遠程數(shù)字圖像監(jiān)控也使得變電站向無人或少人的發(fā)展方向邁進了一大步。”他同時指出，遠程監(jiān)控技術(shù)在國內(nèi)的發(fā)展才剛剛起步，并沒有人們預(yù)想的那樣快速的發(fā)展起來，但是在國外已經(jīng)取得多例成功的應(yīng)用，所以國內(nèi)的應(yīng)用前景還是很廣闊的。
秦海巖介紹說：“在已經(jīng)應(yīng)用遠程監(jiān)控技術(shù)的風(fēng)電場中，傳輸信息的詳細程度與遠程操控可控制的范圍差異很大。目前比較成熟的遠程監(jiān)控系統(tǒng)都能夠選擇記錄全部控制器可輸出的信號，并且可以對風(fēng)機狀態(tài)進行實時控制，對控制器參數(shù)進行即時調(diào)整。其功能已經(jīng)等同于風(fēng)電機組本身的控制器面板。”李建林也認為遠程監(jiān)控技術(shù)發(fā)展的前提是功能的完善，這對于整個風(fēng)電廠的成本降低大有裨益，可大大提高電廠運行的可靠性。
最后，專家們不約而同地表達了了各自對風(fēng)電行業(yè)自動化技術(shù)發(fā)展的看法。李建林介紹說，風(fēng)電廠開發(fā)技術(shù)發(fā)展前景光明。之前，我國對風(fēng)電場微觀選址和優(yōu)化設(shè)計尚未做過系統(tǒng)研究，出現(xiàn)過風(fēng)電機組安裝完畢后又不得不更改地方的情況。所以風(fēng)電場微觀選址和優(yōu)化設(shè)計研究、風(fēng)力發(fā)電對電網(wǎng)影響和仿真技術(shù)的研究都為自動化技術(shù)的發(fā)展提供了廣闊的發(fā)展機遇。肖志東認為異機種的風(fēng)機整合到統(tǒng)一平臺是趨勢，在此基礎(chǔ)上進行發(fā)電量預(yù)測等相關(guān)工作，各個省市的電力調(diào)度局就可以彼此互通有無。而秦海巖的建議體現(xiàn)出更多的是對于整個風(fēng)電行業(yè)的希望，他表示，國內(nèi)風(fēng)電行業(yè)的發(fā)展離不開整個產(chǎn)業(yè)鏈的推動。所以不論是自動化企業(yè)還是風(fēng)機制造商的發(fā)展，最終的目的都是推動中國風(fēng)電行業(yè)整體的發(fā)展。