认识变流器
变流器是风电机组不可缺少的能量变换单元，是整个电气系统的控制中枢，直接影响着发电效率、低电压穿越等电气参数和功能，并且与风机主控制器实时交互多种数据。
自然界的风是不稳定的，速度有时大有时小，这种不稳定性决定了风机的转速是变化的，从而发出的电也是不稳定的，而并网则需要 50Hz 恒定频率的交流电。
为解决这个问题，需要一定的频率变化手段去配合转速变化，实现对风电频率的变频并转化为电网交流频率，这需要利用电力电子技术中的变频器技术。
因此，变流器的作用是解决在风机转速变化的情况下，如何保证发电恒频输出的问题。
风电变流器根据风速大小适应发电机转速，使风机实现最佳风能捕获。它将风机在自然风作用下发出的电压频率、幅值不稳定的电能转换为频率、幅值稳定、符合电网要求的电能后并入电网。
每套新增风机均需配备一套风电变流器。作为发电机和电网的接口，它解决了风能的不稳定、低品质能源属性，与电网高稳定、高品质标准要求之间的矛盾。
风电变流器与发电机构成了风机电气系统的核心。发电机实现机械能到电能的转化，而变流器实现电能形式向 50Hz 电网交流电的稳定转化。
变流器的类型
风电变流器主要有双馈式和全功率式两种类型。与双馈变流器通过控制发电机转子，进而间接控制定子相比，全功率变流器直接将发电机定子输出的电能，经过变流器馈入电网，且仅有定子回路一条功率通道。
双馈式变流器主要在风力发电系统中配套双馈发电机使用，它用的是交流励磁发电机。
常见的火电发电机组使用直流励磁同步发电机，直流励磁的磁场固定不变，通过调节涡轮转速来控制发电频率。但风机转速不可控，需生成一个与风机转速相差50Hz的旋转磁场，才能保证发出50Hz的交流电实现并网，因此，使用交流励磁。
当风速变化导致发电机转速变化时，变流器通过控制发电机转子的励磁来改变转子的磁场，使发电机的输出电压、频率、幅值和电网保持一致，从而实现风电系统的变速恒频发电。
双馈型风机变流器的作用就是为了生成这个频率旋转磁场而提供交变电流。
在实际运转过程启动后，风机发出的电能将会通过变流器反馈给电网（约占风机总功率的35~40%），此类型风机因之称为双馈型风机。
双馈式风力发电系统的拓扑图如下∶
全功率变流器主要配套直驱/半直驱发电机以及异步发电机使用，可实现零电压冲击并网，具有优越的故障穿越能力。
它由机侧变换器和网侧变换器组成，两者通过直流母线连接。机侧变换器实现电机的变频调速，获得最佳的发电效率，而网侧变换器接入电网，提供优质的电能输出。
直驱式风机使用的是同步发电机。其中，永磁直驱使用永磁同步发电机，而混合直驱或半直驱则在风机主轴与同步发电机之间加装了变速齿轮箱。从电气特性看，半直驱风机属于直驱风机范畴。
因同步发电机的频率和转速成正比，所以，直驱式风机发电机发出的交流电频率随着风机转速而变动。变流器将这种变频率的交流电整流为直流电（机侧变换器），再将直流电逆变成50H交流电并网（网侧变换器）。其中，网侧变换器的原理与光伏逆变器一致。
因发电机的全部电能都通过变流器传输到电网侧，因此，该类型变流器被称为全功率变流器。
直驱/半直驱以及异步风电系统拓扑图如下∶
金风科技和明阳智能分别采用了永磁直驱和半直驱技术，均使用全功率变流器。
变流器的构成
风电变流器具有定制化特征，生产所需原材料品类多、规格型号复杂。一般来说，变流器由控制电路板（PCBA）、功率模块、断路器、接触器、滤波器、电抗器、变压器及机柜等组成。
其中，控制电路板和功率模块是风电变流器的重要组件。
控制电路板是变流器控制的核心部件，由印刷电路板和控制软件构成，决定了产品对发电系统和电网的适应性水平，直接影响产品的性能、稳定性和维护调试效率。
功率模块作为产品功能和成本的重要组成部分，其设计上的优化水平是影响产品稳定性、耐用性及成本高低的关键因素之一。
变流器行业参与者
在我国风电行业发展的初期，变流器供应被外资厂商垄断，包括ABB、西门子、科孚德（已被GE收购）等。但到2007至2010年左右，我国就已基本完成了陆风变流器的国产替代。
目前，变流器行业存在着“二元”竞争格局，即：主机厂自供和独立第三方供应并存。
1、主机厂自供，产品主要供给本公司或母公司，作为风电整机生产的配套，很少对外销售或参与市场竞争。
龙头厂商金风科技（全资子公司北京天诚同创）、远景能源以及明阳智能（全资子公司天津瑞能）等均有变流器的自供产能。
2、独立第三方供应，该类公司为广泛参与市场竞争的独立变流器生产厂商，以禾望电气为代表。
风机为机电一体化技术，而变流器为电力电子技术，两者属于完全不同的技术体系，一般风电整机厂难以培养自己的生产体系，主要以外购为主。
独立第三方供应商按年度或项目参与整机厂商招标，拥有独立知识产权和完善的研发、生产和售后体系，具备较强竞争力。
比较知名的包括外资 ABB、科孚德（Converteam）等，国内的阳光电源、日风电气、海得控制、科诺伟业等。
2020年全球主要风电整机厂的变流器配套情况如下：
行业壁垒
风电变流器以控制复杂、可靠性及稳定性要求高为主要特点。产品和技术均需经过长时间的积累和市场验证，对新进入者具有较高的行业壁垒。
1、技术和认证壁垒
风电变流器属于典型的技术密集型行业，涉及到大功率电力电子技术、控制理论和策略、计算机技术、系统集成设计与仿真测试及工艺技术等，企业需具备全面的技术能力才能有效参与市场竞争。
同时，风电技术发展迅速，产品更新换代较快，要求风电变流器需具备持续优化的控制技术、不断强化的单机容量、更高的系统可靠性与可维护性。只有较强技术实力的企业才能生产出质量可靠的产品，同时有效控制产品成本、提供有竞争力的价格。
2021年9月30日，国家能源局下发《关于 2021 年能源领域行业标准制（修）订计划及英文版翻译出版计划的通知》，其中与风电变流器相关标准共 3 条。标准修订计划的出台，预示着风电变流器特别是海上风电变流器技术标准的提升，行业壁垒进一步加强。
实验室认证方面，中国合格评定国家认可委员会（CNAS）的认可是行业实验室间数据交换、共享与认可的基础。
风电变流器产品认证方面，有中国船级社产品认证、鉴衡产品认证、TUV认证和 CE认证等。
同时，企业还需配合整机厂通过中国电科院制定的高/低电压穿越测试、电能质量测试、电网适应性、并网仿真测试等。
实验和测试的长期性，使得新进入者难以在短时间内积累技术经验，获得风电整机厂的信任。
2、业绩和规模壁垒
变流器是风电机组的关键部件，一旦出现问题就会影响整个系统的运行，因此，整机厂十分看重企业是否具有稳定的运行业绩。只有技术成熟，且具有大量项目经验以及能向客户提供长期产品维护和技术支持的厂商才能获得市场认可。
此外，只有企业规模达到一定程度，才能在研发、采购、制造、服务等方面持续大量投入，从而保障产品质量，并赢得客户信任。同时，也可利用规模经济来降低成本。
这些导致新进入者的业绩和规模壁垒越来越高。
3、人才壁垒
风电变流器从产品架构的整体设想，到样机研发成型、试生产，再到调试后的量产销售，离不开经验丰富的软硬件工程师和熟练掌握装配技术的技术工人的共同配合与协作。
研发水平是变流器企业的核心竞争力，高水平的工程师对产品的研发创新至关重要。优秀的团队和良好的人才管理体系是企业能够高效研发的基础，而培养该类人才则需企业进行较多的研发投入和较长的时间周期，新进入者难以在短期内一蹴而就。
4、客户黏性强
风电整机厂需将变流器和整机进行长时间的配套实验，投入大量人力、财力、物力进行调试。并且，在产品生命周期内，需要变流器生产企业提供稳定良好的维护与管理。同时，其专用性、配套性强、采购成本高决定了整机厂对优质供应商的依赖性。
因此，进入风电整机厂合格供应商名单的变流器设备供应商通常不会轻易被更换，行业具有较强的客户粘性。
行业供需
目前，风电变流器的主要生产企业有禾望电气、阳光电源、日风电气、海得控制和ABB等，因技术门槛较高，能够参与竞争的公司有限。
部分主要公司的业务布局如下：
风电变流器的需求主要来自于陆上新增风电装机、海上新增风电装机和风电后运维市场三个方面。它的行业规模以风电机组的装机容量来进行衡量。
根据电气风电、运达股份和三一重能的招股说明书，拆分风电机组原材料采购成本，风电变流器在风力发电机成本中平均占比约 4.1%。
根据测算，预计 2021-2025 年，国内风电全功率变流器市场规模将从 50.90 亿元增长至 105.34 亿元，4 年复合增长率 19.94%；双馈变流器市场规模将从 23.64 亿元增长至 33.33 亿元，4 年复合增长率为 8.97%。预计至 2025 年，变流器整体市场空间将达到 138.97亿元，成长空间较大。
此外，双馈变流器功率约为最大功率的三分之一左右，所用的元器件数量较少。而全功率变流器必须在最大功率下进行变流调节，所使用的元器件较多。从市场价值角度看，全功率变流器的单位价格比双馈变流器更高。
从季度性角度看，我国风电场通常于年初招标开工、年内建设、年底竣工投产，风电变流器的生产周期及发货时点与风电场的建设有较高的一致性。4月-8月为变流器整机合同签订的高峰期，发货时点则多集中在下半年。