娄尧林  浙江运达股份有限公司技术中心控制系统主管、高级工程师

控制技术是风电企业的软实力，在解决风电机组可靠性，电网友好性，环境适应性等方面起了关键作用。控制技术可在不增加，或少增加产品成本的前提下，提升公司的整机产品性能，提高企业竞争力。

中国目前是全球风电装机容量第一的国家，风电已成为中国第三大电源。随着装机容量的增加，国内的风电产业出现了许多问题：风电机组运行效率不高，运行质量问题频发，现有风电机组很多都出了保修期，维护成本越来越大；弃风现象严重，增加了隐性成本；电网公司出台了新的并网导则；各开发商已经把好的资源区抢占殆尽，只能在次优的区域开发项目，但在这类区域开发技术的难度增加，没有多少盈利空间。

控制技术是风电企业的软实力，在解决风电机组可靠性、电网友好性、环境适应性等方面起了关键作用。控制技术可在不增加，或少增加的产品成本的前提下，提升公司的整机产品性能，提高企业竞争力。

控制技术在风电机组可靠性方面的应用

2012 年，是国内陆上主流风电机组向更大容量过渡的一年。也是我国风电行业瓶颈凸显、负面问题集中爆发的一年，当年全国风电平均年利用小时数不足1900h。

运达风电的机组，平均发电小时数达到2300h，高于国内平均水平。控制技术在风机的可靠性方面做了很大贡献，在自主掌握风机核心代码和控制策略的基础上，重新对控制软件采用模块化设计，相同的控制策略很容易可靠地推广到全部风电场，提高了解决问题的时效性，减少了停机时间。

在提高控制系统对现场服务响应的同时，运达针对风电行业内频发的叶轮飞车、风机倒塌等严重事故，对控制系统进行了改造。例如对主控与变桨系统的重要联络信号进行了冗余处理；对于变桨系统内部的备用电源，控制系统设计了定时自动顺桨，检查备用电源是否完好。加强风机的振动监测，合理设置报警阈值，掌握风机健康状况。

运达风电的机组在风电场长期运行后，关键部件没有出现大面积的质量问题，这得益于控制系统载荷优化策略。传动链阻尼主动控制技术极大地降低了传动链齿箱的载荷，延长了其使用寿命；塔筒前后的加速度控制降低了塔筒、机舱的载荷；独立变桨技术减小了不平衡荷载对机组的影响；采用大小风偏航策略，减少了偏航次数，延长了偏航机构的使用寿命。

图1  雷达测风示意图

控制技术在风电机组电网友好型方面应用

电网是风电机组电能的受端，风机作为电网的一个电源设备，应满足电网入网需要的一般要求以及特殊要求。

对于风机在电网扰动下大片脱网，影响电网安全运行的问题，风机控制系统增加了风机低电压穿越重要功能，完善了电网适应性保护功能，满足电网部门的电压、频率、三相不平衡保护的功能以及风电场公共接入点电能质量要求。

集中式风电基地，例如三北地区，风电容量占了较大比例，电网公司要求对风电场进行发电预报，对有功与无功进行调度，参与电力市场的运行，这要求控制系统必须具备功率调节的能力，满足有功调度与无功控制的要求。在解决大型风电基地风电送出问题上，电网采用了高压交流输电，在此输电过程中容易引起电网次同步谐振与低频振荡，智能风机控制系统在此情况下，能提供系统阻尼，对系统进行支撑。

南方地区在开发的分布式发电的风电机组，分布式发电的发展，同样对风力发电机组控制技术提出了新的要求，例如控制系统的通讯技术改进、故障录播数据的长时间存储技术、自动适应电网环境的自适应控制策略。

图2  a.SISO控制 b.MIMO控制

控制技术在风电机组环境适应性方面的应用

由于受北方地区弃风限电影响，同时优质风资源的开发殆尽，运达风电开始着眼于我国中部与南部市场，开发适应低风速、高海拔、高温和东部沿海滩涂、台风等环境下的机组。在开发这些机组的过程中，控制策略也进行了相应的改进。

例如在低风速地区，通过加大风轮直径，调整控制策略：长桨叶增加了捕风能力，却带来更大的气动推力，调整相应的变桨速率以及改进风机的大风保护等策略保证了风机的安全性。在高海拔，低空气密度地区，针对控制系统进行了器件改型，并增加通风散热的措施。并根据桨叶特性，为了避免桨叶在额定功率前失速的问题，调整相应的控制策略，改善了风机的功率特性，增加了发电量。在沿海台风地区，控制系统增加了台风策略，令风机在台风天气能主动避险。在南方冻雨严重地区，安装了冰冻传感器，增加冰冻控制策略。在南方高温湿热地区，控制系统改进了相关的密封与通风除湿措施。

在北方严寒地区，控制系统加强了柜体密封措施，增加了加热容量。并针对低温时齿箱不能工作的问题，通过风轮空转，来对低温油品进行搅拌，辅助齿箱加热系统工作。

风电机组带来的噪音会给附近居民的健康带来不利影响。控制系统调整控制策略，在不同的时段，通过降低桨叶转速，来降低风机噪音。

控制技术在其它方面的发展趋势

风电控制器硬件方面，开发经济可靠的国产风电专用控制器，融合在线监测于一体的主控系统，甚至融合主控、变频器和变桨控制器为一体风机控制器，国内不少厂家都在开展研究。

国外研究机构已经在激光雷达测风技术，测量风机前面50~100m的风速，控制系统根据这个测量信号，提前进行转矩与桨角控制，可以很大程度地降低机组的载荷。

另一个类似雷达风速预测的方法是借助于风电场内部的高速通讯网络，以及风机相对位置的描述。位于风流前端的风机，把风况通知后端的机组，后端的机组根据该反馈信号进行相关的变桨动作。变桨执行机构若有极其快速的动态性能，也可获得风速预测类似的效果。

传统的风机控制只能实现对单一目标进行控制，而在实际风力发电系统中，在保证对输出功率有效控制的基础上，如何兼顾减小机械载荷，延长机组的工作寿命是一个需要进一步研究的问题，多目标优化控制技术可以很好地解决这个问题。另外，风机模型智能辨识技术、风机扰动自适应控制技术、模糊控制技术、神经网络、鲁棒H∞、线性参数变化LPV等控制方法也得到了深入研究。

风电控制技术随着风电行业的发展而发展，与其相辅形成。隶属科技部的企业风力发电系统国家重点实验室，结合国家能源的长远战略与现实需要，开展了开拓性的研究工作，使运达风电在风力发电控制技术等多个研究领域上达到国际领先，国内一流的水平。