风力发电控制系统简述

　　2、机组启停、发电控制

　　（1）主控系统检测电网参数、气象参数、机组运行参数，当条件满足时，启动偏航系统执行自动解缆、对风控制，释放机组的刹车盘，调节桨距角度，风车开始自由转动，进入待机状态。

　　（2）当外部气象系统监测的风速大于某一定值时，主控系统启动变流器系统开始进行转子励磁，待发电机定子输出电能与电网同频、同相、同幅时，合闸出口断路器实现并网发电。

　　（3）风力机组功率、转速调节

　　根据风力机特性，当机组处于最佳叶尖速比λ运行时，风机机组将捕获得最大的能量，虽理论上机组转速可在任意转速下运行，但受实际机组转速限制、系统功率限制，不得不将该阶段分为以下几个运行区域：即变速运行区域、恒速运行区域和恒功率运行区。额定功率内的运行状态包括：变速运行区（最佳的λ）和恒速运行区。

　　当风机并网后，转速小于极限转速、功率低于额定功率时，根据当前实际风速，调节风轮的转速，使机组工作在捕获最大风能的状态。

　　由于风速仪测量点的风速与作用于桨叶的风速存在一定误差，所以转距观测器来预测风力机组的机械传动转距，在通过发电机转速和转距的对应关系推出转速。 ω为发电机转速期望值。 Tm为转距的观测值。Kopt为最佳转速时的比例常数。

　　当风速增加使发电机转速达上限后，主控制器需维持转速恒定，风力机组发出的电功率，随风速的增加而增加，此时机组偏离了风力机的最佳λ曲线运行。

　　当风速继续增加，使转速、功率都达到上限后，进入恒功率运行区运行，此状态下主控通过变流器，维持机组的功率恒定，主控制器一方面通过桨距系统的调节减少风力攻角，减少叶片对风能的捕获；另一方面通过变流器降低发电机转速节，使风力机组偏离最佳λ曲线运行，维持发电机的输出功率稳定。

　　3、风电控制系统辅助设备逻辑

　　（1）发电机系统

　　监控发电机运行参数，通过3台冷却风扇和4台电加热器，控制发电机线圈温度、轴承温度、滑环室温度在适当的范围内，相关逻辑如下：

　　当发电机温度升高至某设定值后，起动冷却风扇，当温度降低到某设定值时，停止风扇运行；当发电机温度过高或过低并超限后，发出报警信号，并执行安全停机程序。

　　当温度越低至某设定值后，起动电加热器，温度升高至某设定值后时，停止加热器运行；同时电加热器也用于控制发电机的温度端差在合理的范围内。

　　（2）液压系统

　　机组的液压系统用于偏航系统刹车、机械刹车盘驱动。机组正常时，需维持额定压力区间运行。

　　液压泵控制液压系统压力，当压力下降至设定值后，启动油泵运行，当压力升高至某设定值后，停泵。

　　（3）气象系统

　　气象系统为智能气象测量仪器，通过RS485口和控制器进行通讯，将机舱外的气象参数采集至控制系统。根据环境温度控制气象测量系统的加热器以防止结冰。

　　闪光障碍灯控制，每个叶片的末端安装闪光障碍灯，在夜晚点亮。

　　机舱风扇控制机舱内环境温度。

　　（4）电动变桨距系统

　　变桨距系统包括每个叶片上的电机、驱动器、以及主控制PLC等部件，该PLC通过CAN总线和机组的主控系统通讯，是风电控制系统中桨距调节控制单元，变桨距系统有后备DO顺桨控制接口。桨距系统的主要功能如下： 紧急刹车顺桨 系统控制，在紧急情况下，实现风机顺桨控制。 通过CAN通讯接口和主控制器通讯，接受主控指令，桨距系统调节桨叶的节角距至预定位置。 桨距系统和主控制器的通讯内容包括：

　　桨叶A位置反馈
　　桨叶B位置反馈
　　桨叶C位置反馈
　　桨叶节距给定指令
　　桨距系统综合故障状态
　　叶片在顺桨状态
　　顺桨命令

　　（5）增速齿轮箱系统

　　齿轮箱系统用于将风轮转速增速至双馈发电机的正常转速运行范围内，需监视和控制齿轮油泵、齿轮油冷却器、加热器、润滑油泵等等。

　　当齿轮油压力低于设定值时，起动齿轮油泵；当压力高于设定值时，停止齿轮油泵。当压力越限后，发出警报，并执行停机程序。

　　齿轮油冷却器/加热器控制齿轮油温度：当温度低于设定值时，起动加热器，当温度高于设定值时停止加热器；当温度高于某设定值时，起动齿轮油冷却器，当温度降低到设定值时停止齿轮油冷却器。

　　润滑油泵控制，当润滑油压低于设定值时，起动润滑油泵，当油压高于某设定值时，停止润滑油泵。

　　（6）偏航系统控制

　　根据当前的机舱角度和测量的低频平均风向信号值，以及机组当前的运行状态、负荷信号，调节CW（顺时针）和CCW（逆时针）电机，实现自动对风、电缆解缆控制。

　　自动对风：当机组处于运行状态或待机状态时，根据机舱角度和测量风向的偏差值调节CW、CCW电机，实现自动对风。（以设定的偏航转速进行偏航，同时需要对偏航电机的运行状态进行检测）

　　自动解缆控制：当机组处于暂停状态时，如机舱向某个方向扭转大于720度时，启动自动解缆程序，或者机组在运行状态时，如果扭转大于1024度时，实现解缆程序。

　　（7）大功率变流器通讯

　　主控制器通过CANOPEN通讯总线和变流器通讯，变流器实现并网/脱网控制、发电机转速调节、有功功率控制、无功功率控制：

　　并网和脱网：变流器系统根据主控的指令，通过对发电机转子励磁，将发电机定子输出电能控制至同频、同相、同幅，再驱动定子出口接触器合闸，实现并网；当机组的发电功率小于某值持续几秒后或风机或电网出现运行故障时，变流器驱动发电机定子出口接触器分闸，实现机组的脱网。

　　发电机转速调节：机组并网后在额定负荷以下阶段运行时，通过控制发电机转速实现机组在最佳λ曲线运行，通过将风轮机当做风速仪测量实时转距值，调节机组至最佳状态运行。

　　功率控制：当机组进入恒定功率区后，通过和变频器的通讯指令，维持机组输出而定的功率。

　　无功功率控制：通过和变频器的通讯指令，实现无功功率控制或功率因数的调节。

　　8）安全链回路

　　安全链回路独立于主控系统，并行执行紧急停机逻辑，所有相关的驱动回路有后备电池供电，保证系统在紧急状态可靠执行。

　　三 目前我厂技术状态及对策

　　目前我厂已拥有发电机技术，变流系统正在研发中，已在2010年初完成，其它技术尚处于空白之中，为快速进入市场考虑，应采取两条腿走路的方案，即自主研发和技术引进。目前拥有此项技术的国内厂家有南京科远自动化集团股份有限公司等厂家，北京景新也拥有此项技术，并在1MW机组上试运行。

　　自主研发方面，鉴于风电控制系统的复杂性，需与有实力的高校发合，研发中需设立多个分项目，因为该项目包含计算机硬件、电力电子、软件、通迅等项技术，按功能也是分散在风电机组各处。

　　四 结束语

　　目前风力发电的主要方向：

　　1陆地风力发电机组采用１．５／２Ｍ双馈异步发电机组。
　　2、离岸风力发电机组采用４／５Ｍ永磁同步全馈发电机组。
　　3、建设大型或者超大型的风力电场（有上百台风力机组组成）。
　　4、风力机组控制系统具有防电压穿透功能。
　　5、风力发电机组在在线发电时可调节功率因数，在不发电时也可以调节功率因数，进行无功补偿，净化电网。