风电控制系统
风力发电机组的控制系统
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风力发电机组控制系统 的优化与改进
控制策略优化
优化控制策略是提高风力发电机组 效率的关键。
控制策略的优化主要涉及对风电机组 的启动、运行和停机阶段的控制逻辑 进行改进，以更好地适应风速的变化 ，提高发电效率和稳定性。
传感器优化
优化传感器是提高风力发电机组控制精度的必要步骤。
通过改进传感器的设计、提高其精度和可靠性，可以更准确地检测风速、风向、 温度、压力等参数，为控制系统提供更准确的数据，从而提高发电效率。
能源设备进行互联互通，实现能源的优化利用和节能减排。
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偏航控制
01
偏航控制是风力发电机组控制系统中的另一项关键技术， 其目的是在风向变化时，自动调整机组的朝向，以保持最 佳的捕风角度。
02
偏航控制通过实时监测风向和发电机组的朝向，采用适当 的控制算法，自动调节机组的偏航机构，以实现最佳的捕 风效果。
03
常用的偏航控制算法包括：基于风向标的偏航控制、基于 扭矩传感器的偏航控制和基于GPS的偏航控制等。这些算 法能够根据风向的变化情况，自动调整机组的朝向，使其 始终保持在最佳的捕风角度。
是整个控制系统的核心，负责接收传 感器数据、执行控制算法并驱动执行 机构。
I/O模块
用于接收和发送信号，实现与传感器 和执行机构之间的通信。
人机界面
提供操作员与控制系统之间的交互界 面，显示机组状态和参数。
数据存储器
用于存储运行数据，便于故障分析和 优化运行。
控制算法
最大功率跟踪算法
载荷限制算法
根据风速传感器数据，自动调整发电机转 速和桨距角，使机组始终在最佳效率下运 行。
03
02
桨距调节机构
根据控制系统的指令，调整风轮桨 距角。
风力发电机组控制系统
昝润鹏双馈机运行原理图•控制系统利用DSP或单片机，在正常运行状态下，主要通过对运行过程中对输入信号的采集、传输、分析，来控制风电机组的转速和功率；如发生故障或其它异常情况能自动地检测并分析确定原因，自动调整排除故障或进入保护状态•DSP（digital signal processor）是一种独特的微处理器，是以数字信号来处理大量信息的器件。
其工作原理是接收模拟信号，转换为0或1的数字信号。
再对数字信号进行修改、删除、强化，并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。
它不仅具有可编程性，而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序，远远超过通用微处理器，是数字化电子世界中日益重要的电脑芯片。
它的强大数据处理能力和高运行速度，是最值得称道的两大特色。
•控制系统主要任务就是能自动控制风电机组依照其特性运行、故障的自动检测并根据情况采取相应的措施。
•控制系统包括控制和检测两部分，控制部分又分为手动和自动。
运行维护人员可在现场根据需要进行手动控制，自动控制应该在无人值守的条件下实施运行人员设置的控制策略，保证机组正常安全运行。
•检测部分将各种传感器采集到的数据送到控制器，经过处理作为控制参数或作为原始记录储存起来，在机组控制器的显示屏上可以查询，也要送到风电场中央控制室的电脑系统，通过网络或电信系统现场数据还能传输到业主所在城市的办公室。
•第一：低于切入风速区域。
一旦满足切入条件，控制启动风机。
•第二：切入风速到额定风速区域。
控制目标是最大风能捕获，通常将桨距角保持在某个优化值不变，通过发电机转矩控制叶轮转速，实现最佳叶尖速比。
•第三：超过额定风速区域。
通过变桨控制保持输出功率和叶轮转速恒定。
叶尖速比：叶轮的叶尖线速度与风速之比。
叶尖速比在5-15时，具有较高的风能利用系数Cp（最大值是0.593）。
通常可取6-8。
•风传感器：风速、风向；•温度传感器：空气、润滑油、发电机线圈等；•位置传感器：润滑油、刹车片厚度、偏航等；•转速传感器：叶轮、发电机等；•压力传感器：液压油压力，润滑油压力等；•特殊传感器：叶片角度、电量变送器等；•⑴控制系统保持风力发电机组安全可靠运行，同时高质量地将不断变化的风能转化为频率、电压恒定的交流电送入电网。
风力发电--风机控制系统培训
(软件&算法部分)
启动
状态码均复位
待风
30s平均风速>=切入风速x.xxm/s,持续120s且 液压系统压力正常
对风(偏航)
30s风向差<8.5°
自检
空转初始化
600s平均风速<启动风 速3.5m/s
状态时间>5分钟
发动机转速>=空转设定 (402)转速且齿轮油温
>50°
并网转速提升
发电机转速>并网转速(1296) 且3s内，误差<±10rpm
并网连接
发电机转速>并 网转速(1296)
并网发电
发电机转速<快 速重并网转速
(1200)
快速重并网
7
检测转速，计算变桨 给定和变流给定
发电机转速<脱网(1008)
三一电气
品质改变世界
2、控制柜按钮功能
三一电气
塔底控制柜和机舱控制柜上有一些操作元件（按键、开关等），本章主要说明这些操作元件的功能。 1.塔底控制柜的操作元件 这些操作元件的功能说明如表所示
CONTROLCCW/STOP/CW
机舱灯自动/手动
NACELLELIGHTAUTO/MA N
紧急停机键
EMERGENCY STOP
三一电气
操作元件说明
三位开关
功能
偏航处于手动状态时， 将开关调至“CW”处， 表示“顺时针偏航”。 将开关调至“CCW”处， 表示“逆时针偏航”。 将开关调至“0”处， 表示“偏航锁定”。 注意:位置CCW 是左边， 位置CW 是右边。
复位安全链继电器， 重新启动机组
黑色按键
风机安全停机，触发 安全链继电器2
红色按键
风力发电机控制系统介绍
风力发电机控制系统介绍控制系统概述第一部分•风力发电机组的控制系统由各种传感器、控制器以及各种执行机构等组成。
各种传感器包括：风速传感器、风向传感器、转速传感器、位置传感器、各种电量变送器、温度传感器、振动传感器、限位开关、压力传感器以及各种操作开关和按钮等。
这些传感器信号将传送至控制器进行运算处理。
第一部分控制系统基础主控制器一般以PLC为核心，包括其硬件系统和软件系统。
上述传感器信号表征了风力发电机组目前的运行状态。
当机组的运行状态与设定状态不相一致时，经过PLC的适当运算和处理后，由控制器发出控制指令，将系统调整到设定运行状态，从而完成各种控制功能。
这些控制功能主要有：机组的启动和停机、变速恒频控制、变桨距控制、偏航控制等。
控制的执行机构可以采用电动执行机构，也可采用液压执行机构等。
•目前，风力发电机组主要有两种系统控制方式，即恒速恒频控制方式和变速恒频控制方式。
前者采用“恒速风力机+感应发电机”，常采用定桨距失速调节或主动失速调节来实现功率控制。
后者采用“变速风力机+变速发电机”，在额定风速以下时，控制发电机的转矩，使系统转速跟踪风速变化，以保持最佳叶尖速比，最大限度地捕获风能；在额定风速以上时，采用变速与变桨距双重控制，以便限制风力机所获取的风能，保证风电机组恒功率（一般为额定功率）输出。
PLC的控制顺序主控制系统（PLC）•WP4051 WPL110 WP4000 WPL150 WPL351 WPL351•触摸屏电源(通信)模块CPU模块电量测量模块I/O模块I/O模块可给8个存储、处理数据实时DSP 2个RS-485接口模块供电2个串口、电量测量16个DO、26个DI、4个AO光纤通信1个以太网接口可测量三相：4个计数器输入、以太网接口编程环境C、电压电流8个PT100、IEC61131-3 有功无功4个AI（±10V）功率因数4个AI（0~20mA）2个热敏电阻输入•目前，风力发电机组主要有两种系统控制方式，即恒速恒频控制方式和变速恒频控制方式。
风电机组控制安全系统安全运行的技术要求(三篇)
风电机组控制安全系统安全运行的技术要求控制与安全与系统是风力发电机组安全运行的大脑指挥中心，控制系统的安全运行就是保证了机组安全运行，通常风力发电机组运行所涉及的内容相当广泛就运行工况而言，包括起动、停机、功率调解、变速控制和事故处理等方面的内容。
风力发电机组在启停过程中，机组各部件将受到剧烈的机械应力的变化，而对安全运行起决定因素是风速变化引起的转速的变化。
所以转速的控制是机组安全运行的关键。
风力发电机组组的运行是一项复杂的操作，涉及的问题很多，如风速的变化、转速的变化、温度的变化、振动等都是直接威胁风力发电机组的安全运行。
一控制系统安全运行的必备条件1、风力发电机组开关出线侧相序必须与并网电网相序一致，电压标称值相等，三相电压平衡。
2、风力发电机组安全链系统硬件运行正常。
3、调向系统处于正常状态，风速仪和风向标处于正常运行的状态。
4、制动和控制系统液压装置的油压、油温和油位在规定范围内。
5、齿轮箱油位和油温在正常范围。
6、各项保护装置均在正常位置，且保护值均与批准设定的值相符。
7、各控制电源处于接通位置。
8、监控系统显示正常运行状态。
9、在寒冷和潮湿地区，停止运行一个月以上的风力发电机组组再投入运行前应检查绝缘，合格后才允许起动。
10、经维修的风力发电机组组控制系统在投入起动前，应办理工作票终结手续。
1、风速自然界风的变化是随机的没有规律的，当风速在3～25m/s的规定工作范围时，只对风力发电机组组的发电有影响，当风速变化率较大且风速超过25m/s以上时，则对机组的安全性产生威胁。
2、转速风力发电机组组的风轮转速通常低于40r/min，发电机的最高转速不超过额定转速的30%，不同型号的机组数字不同。
当风力发电机组组超速时，对机组的安全性产生严重威胁。
3、功率在额定风速以下时，不作功率调节控制，只有在额定风速以上应作限制最大功率的控制，通常运行安全最大功率不允许超过设计值20%。
4、温度运行中风机的各部件运转将会引起温升，通常控制器环境温度应为0～30℃，齿轮箱油温小于120℃，发电机温度小于150℃，传动等环节温度小于70℃。
风力发电机组控制系统及SCADA系统参考文档课件
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环境温度：存储温度-40 C-70 C（低温型）运行温度：0-60 C；相对湿度：5-95%
境 适合于振动环
► 高性能的CPU，大容量的存储器
点 intel 80386EX，33MHZ,8M内存，最大64M程序存储区，适合于复杂的算法，兼具传统DCS和PLC的优
► 灵活的通讯方式，简洁的网络结构
质 ► 支持CAN、FASTBUS、Profibus等现场总线及工业以太网通讯方式，支持双绞线和光纤通讯介 多种可编程的I/O 模块
► （2）控制系统采用计算机控制技术实现对风力发电 机组组的运行参数、状态监控显示及故障处理，完 成机组的最佳运行状态管理和控制。
► （3）利用计算机智能控制实现机组的启停及功率优 化控制，主要进行软切入、功率因数补偿控制、大 小发电机切换和额定风速以上的恒功率控制。
风机控制系统组成
► 塔基控制柜
小风和逆功率停机是将风机停在待风状态， 当十分钟平均风速小于小风脱网风速或发电 机输出功率负到一定值后，风机不允许长期 在电网运行，必须脱网，处于自由状态，风 机靠自身的摩擦阻力缓慢停机，进入待风状 态。当风速再次上升，风机又可自动旋转起 来，达到并网转速，风机又投入并网运行。
自动运行控制要求 ► 3、普通
风电机组工作状态及控制方法
►V ≤V ≤V 切入风速
风速
转子最大转速下的风速
最佳Cp值控制：虽然最大Cp值在不同风速下是不相同的，但在风速一定 的情况下，需要使它达到最大。由上面的公式知道，只需要控制发电机 的转速ω ，使叶尖速比值为λ opt即可实现该风速下的最佳风能利用。发电机
的转速控制是通过风电变频器对发电机的控制来实现的。
轮毂控制柜
► 安装于柜体中,分3个部分,每个部分负责一个叶片 ► 轮毂PLC站
风电机组控制系统
风电机组控制系统摘要：风电机组控制系统作为风电机组的重要组成部分，我们有必要对其进行详细的研究论述。
本文主要介绍风电机组控制系统的组成结构和风电机组在运行时不同区域的基本控制策略，以及不同厂家在风电机组主要系统的实现上对软硬件采用情况。
关键词：风电机组 控制系统 构成一、风电机组控制系统的组成结构从实现功能的角度可以将控制系统分为：主控系统、变流控制系统、变桨距控制系统、偏航控制系统、液压控制系统及安全链保护。
这些控制系统通常采用分布式控制系统，主控制器只有一个，且位于地面的塔筒柜里，而从控制器有好几个，这些从控制器之间是通过光纤、工业以太网、profibus 、CANbus 等进行通信的。
为了能够更直观更清晰地了解控制系统的总体结构，以下将展示其结构图，具体如图1： 主控制器运行监控机组起停远程通信故障监测及保护动作电网、风况检测人机界面输入用户命令、变更参数显示系统运行状态、统计数据和故障变桨距控制柜桨距角调整转速控制功率控制系统安全链系统紧急停机保护偏航控制系统自动调向控制解缆控制液压站控制刹车机构压力控制机械刹车控制变流控制柜交流励磁控制并网控制图1 控制系统的总体结构图二、风电机组在运行时不同区域的基本控制策略根据风速情况以及风力机功率特性，变速恒频风力发电机组的运行可以划分成很多区域，分别为：待机区、启动并网区、最大风能追踪区、转速限制区、功率限制区、切出保护区。
（1）待机区：控制系统的带电工作，保证所有执行机构和信号均处于正常状态。
（2）启动并网区：当风速达到切入风速时，风电机组起动，通过变桨距机构调节桨距角使风力机升速，达到并网转速时，执行并网程序，使发电机组顺利切入电网，并带上初负荷。
待发电机出口三相电压的电网电压满足同期条件时，接触器合闸，发电机并入电网。
（3）最大风能追踪区：风力发电机组运行在额定风速以下时，发电机输出功率未达到额定功率，此时控制目标为保持最佳叶尖速比，快速稳定的电机变速控制，尽可能将风能转化为输出的电能，实现风能最大捕获。
风电主控系统
风电主控系统风机的控制系统是风机的重要组成部分，它承担着风机监控、自动调节、实现最大风能捕获以及保证良好的电网兼容性等重要任务，它主要由监控系统、主控系统、变桨控制系统以及变频系统（变频器）几部分组成。
各部分的主要功能如下： 监控系统（SCADA）：监控系统实现对全风场风机状况的监视与启、停操作，它包括大型监控软件及完善的通讯网络。
主控系统：主控系统是风机控制系统的主体，它实现自动启动、自动调向、自动调速、自动并网、自动解列、故障自动停机、自动电缆解绕及自动记录与监控等重要控制、保护功能。
它对外的三个主要接口系统就是监控系统、变桨控制系统以及变频系统（变频器），它与监控系统接口完成风机实时数据及统计数据的交换，与变桨控制系统接口完成对叶片的控制，实现最大风能捕获以及恒速运行，与变频系统（变频器）接口实现对有功功率以及无功功率的自动调节。
变桨控制系统：与主控系统配合，通过对叶片节距角的控制，实现最大风能捕获以及恒速运行，提高了风力发电机组的运行灵活性。
目前来看，变桨控制系统的叶片驱动有液压和电气两种方式，电气驱动方式中又有采用交流电机和直流电机两种不同方案。
究竟采用何种方式主要取决于制造厂家多年来形成的技术路线及传统。
变频系统（变频）器：与主控制系统接口，和发电机、电网连接，直接承担着保证供电品质、提高功率因素，满足电网兼容性标准等重要作用。
从我国目前的情况来看，风机控制系统的上述各个组成部分的自主配套规模还相当不如人意，到目前为止对国外品牌的依赖仍然较大，仍是风电设备制造业中最薄弱的环节。
而风机其它部件，包括叶片、齿轮箱、发电机、轴承等核心部件已基本实现国产化配套（尽管质量水平及运行状况还不能令人满意），之所以如此，原因主要有： （1）我国在这一技术领域的起步较晚，尤其是对兆瓦级以上大功率机组变速恒频控制技术的研究，更是最近几年的事情，这比风机技术先进国家要落后二十年时间。
前已述及，我国风电制造产业是从2005年开始的最近四年才得到快速发展的，国内主要风机制造厂家为了快速抢占市场，都致力于扩大生产规模，无力对控制系统这样的技术含量较高的产品进行自主开发，因此多直接从MITA、Windtec等国外公司采购产品或引进技术。
最新风电行业控制系统企业名录
最新风电行业控制系统企业名录随着全球对可再生能源的需求增长，风力发电逐渐被认为是最有希望成为主力发电源的新兴能源之一。
为了保证风电行业的高效、可靠和安全运行，每一个风电设备的运行控制系统都至关重要。
随着技术的不断进步，风电行业控制系统也在发展和演变。
本文将对最新风电行业控制系统企业名录进行详细介绍。
一、ABB风电行业控制系统ABB是全球工业自动化领域的领先企业之一，其风电控制系统灵活、可靠、性能优异。
该系统采用了开放式结构，可方便的与第三方设备进行集成，具备高度的可扩展性。
核心技术-ABB Automation Builder是一款高效、灵活、易于使用的编程工具，并配备了完善的文档和视频教程，使该系统更加易于使用和维护。
二、Siemens风电行业控制系统Siemens是全球著名的风电行业控制系统供应商。
该公司的控制系统能够提高风机的可靠性，降低故障率，并减少维护和维修的成本。
同时，Siemens控制系统还配备了开放的接口和标准通讯协议，以便实现与其他设备的集成。
三、智能风电智能风电是一家致力于开发风电行业高端控制系统的企业。
作为一家年轻而活跃的公司，智能风电控制系统的研发团队拥有高素质的人才和先进的技术，可以为客户提供完整的解决方案。
同时，该公司的控制系统也具有高度的可扩展性和可定制性，可根据客户的需求进行定制和开发。
四、艾默生艾默生是一家集成化的风电行业化控制系统供应商，专注于提供智能、高性能的控制系统，以建立高效、安全和可靠的风电设备。
该公司的控制系统拥有灵活的架构，可以适应不同的风电设备，并采用了先进的算法和控制理论，可以大大提高风电设备的性能和效率。
五、施耐德电气施耐德电气是一家全球领先的能源管理和自动化解决方案供应商，也是风电行业控制系统的重要供应商之一。
该公司的控制系统拥有全面的功能和高度的可靠性，并能够进行智能化管理。
采用施耐德电气的控制系统，用户可以更加轻松和安全地管理风电设备，并提高能源利用率。
风电控制系统发展现状及展望
风电控制系统发展现状及展望风电控制系统是风力发电站中至关重要的组成部分，它负责监控和控制风力发电机组的运行状态，调节风轮转速和叶片角度，以及保护风力发电机组的安全运行。
随着风力发电的快速发展，风电控制系统也在不断创新和发展，本文将从发展现状和展望两个方面进行介绍。
风电控制系统的发展现状：1. 技术成熟度提升：随着风力发电技术的发展和成熟，风电控制系统也不断改进和提升。
现代的风电控制系统采用了先进的传感器和数据处理技术，能够实时监测风力发电机组的状态，并根据实时数据进行运行调整，提高发电效率和可靠性。
2. 智能化和自动化：现代风电控制系统借助人工智能技术和自动化控制算法，能够自动调节风轮和叶片的角度，以及控制风力发电机组的转速。
这大大降低了人工干预的需求，提高了风力发电机组的运行效率和可靠性。
3. 远程监控和管理：随着通信技术的发展，现代风电控制系统可以实现远程监控和管理。
运维人员可以通过云平台或者手机应用实时监测风力发电机组的运行状态，并进行故障诊断和维修工作。
这极大地提升了风电发电站的运维效率和可靠性。
风电控制系统的展望：1. 多智能化集成技术：未来的风电控制系统将会更加智能化和集成化。
通过引入大数据和人工智能技术，实现风力发电机组的智能化运维和预测性维修，可根据历史数据和环境变化进行预测，提前进行故障诊断和维修，降低维修成本和风险。
2. 新能源互联网：随着新能源互联网的发展，风电控制系统将与其他能源系统相互连接，实现能源的智能优化调度和交易。
通过与智能电网和储能系统的联动，进一步提高风力发电的可靠性和灵活性。
3. 超级网联网：未来的风电控制系统将与其他的超级网联网相互连接，共同构建一个高效、可靠、低碳的能源系统。
通过实时数据的共享和互通，实现能源的智能分配和优化调度，进一步提高风能的利用效率和可靠性。
综上所述，风电控制系统在技术成熟度和智能化水平方面取得了显著进展，并且未来还有更多的发展空间和潜力。
风力发电机控制系统
风力发电机控制系统风力发电机控制系统风力发电机由多个部分组成，而控制系统贯穿到每个部分，相当于风电系统的神经因此控制系统的好坏直接关系到风力发电机的工作状态、发电量的多少以及设备的安全目前风力发电亟待研究解决的的两个问题：发电效率和发电质量都和风电控制系统密切相关对此国内外学者进行了大量的研究，取得了一定进展，随着现代控制技术和电力电子技术的发展，为风电控制系统的研究提供了技术基础控制系统的组成风力发电控制系统的基本目标分为三个层次：这就是保证风力发电机组安全可靠运行，获取最大能量，提供良好的电力质量控制系统组成主要包括各种传感器、变距系统、运行主控制器、功率输出单元、无功补偿单元、并网控制单元、安全保护单元、通讯接口电路、监控单元具体控制内容有：信号的数据采集、处理，变桨控制、转速控制、自动最大功率点跟踪控制、功率因数控制、偏航控制、自动解缆、并网和解列控制、停机制动控制、安全保护系统、就地监控、远程监控当然对于不同类型的风力发电机控制单元会不相同控制系统结构示意图如下：针对上述结构，目前绝大多数风力发电机组的控制系统都采用集散型或称分布式控制系统工业控制计算机采用分布式控制最大优点是许多控制功能模块可以直接布置在控制对象的位置就地进行采集、控制、处理避免了各类传感器、信号线与主控制器之间的连接同时现场适应性强，便于控制程序现场调试及在机组运行时可随时修改控制参数并与其他功能模块保持通信，发出各种控制指令目前计算机技术突飞猛进，更多新的技术被应用到了之中是一种针对顺序逻辑控制发展起来的电子设备，目前功能上有较大提高很多厂家也开始采用构成控制系统现场总线技术()在进入九十年代中期以后发展也十分迅猛，以至于有些人已做出预测：基于现场总线的将取代成为控制系统的主角风力发电机控制系统控制系统技术风力发电系统中的控制技术和伺服传动技术是其中的关键技术，这是因为自然风速的大小和方向是随机变化的，风力发电机组的并网和退出电网、输入功率的限制、风轮的主动对风以及对运行过程中故障的检测和保护必须能够自动控制同时，风力资源丰富的地区通常都是边远地区或是海上，分散布置的风力发电机组通常要求能够无人值班运行和远程监控，这就对风力发电机组的控制系统的自动化程度和可靠性提出了很高的要求与一般工业控制过程不同，风力发电机组的控制系统是综合性控制系统它不仅要监视电网、风况和机组运行参数，对机组运行进行控制而且还要根据风速与风向的变化，对机组进行优化控制，以提高机组的运行效率和发电量20世纪XX年代中期开始进入风力发电市场的定桨距风力发电机组，主要解决了风力发电机组的并网问题和运行的安全性与可靠性问题，采用了软并网技术、空气动力刹车技术、偏航与自动解缆技术，这些都是并网运行的风力发电机组需要解决的最基本的问题由于功率输出是由桨叶自身的性能来限制的，桨叶的节距角在安装时已经固定；而发电机转速由电网频率限制因此，只要在允许的风速范围内，定桨距风力发电机组的控制系统在运行过程中对由于风速变化引起输出能量的变化是不作任何控制的这就大大简化了控制技术和相应的伺服传动技术，使得定桨距风力发电机组能够在较短时间内实现商业化运行 20世纪XX年代开始，风力发电机组的可靠性已经大大提高，变桨距风力发电机组开始进入风力发电市场采用全变桨距的风力发电机组，起动时可对转速进行控制，并网后可对功率进行控制，使风力机的起动性能和功率输出特性都有显著和改善由风力发电机组的变桨距系统组成的闭环控制系统，使控制系统的水平提高到一个新的阶段由于变距风力发电机组在额定风速以下运行时的效果仍不理想，到了20世纪XX年代中期，基于变距技术的各种变速风力发电机组开始进入风电场变速风力发电机组的控制系统与定速风力发电机组的控制系统的根本区别在于，变速风力发电机组是把风速信号作为控制系统的输入变量来进行转速和功率控制的变速风力发电机组的主要特点是：低于额定风速时，它能跟踪最佳功率曲线，使风力发电机组具有最高的风能转换效率；高于额定风速时，它增加了传动系统的柔性，使功率输出更加稳定特别是解决了高次谐波与功率因数等问题后，使供电效率、质量有所提高随着计算机技术与先进的控制技术应用到风电领域，控制方式从基本单一的定桨距失速控制向变桨距和变速恒频控制方向发展目前的控制方法是：当风速变化时通过调节发电机电磁力矩或风力机浆距角使叶尖速比保持最佳值，实现风能的最大捕获控制方法基于线性化模型实现最佳叶尖速比的跟踪，利用风速测量值进行反馈控制，或电功率反馈控制但在随机扰动大、不确定因素多、非线性严重的风电系统，传统的控制方法会产生较大误差因此近些年国内外都开展了这方面的研究一些新的控制理论开始应用于风电机组控制系统如采用模糊逻辑控制、神经网络智能控制、鲁棒控制等使风机控制向更加智能方向发展风力发电机控制系统控制系统的类型对于不同类型的风力发电机，控制单元会有所不同，但主要是因为发电机的结构或类型不同而使得控制方法不同，加上定桨距和变桨距，形成多种结构和控制方案根据浆叶的不同，分为以下三种：l 定桨距失速调节型风力发电机组定桨距是指桨叶与轮毂的连接是固定的，即当风速变化时，桨叶的迎风角度不能随之变化失速是指桨叶本身所具有的失速特性，当风速高于额定风速时，气流将在桨叶的表面产生涡流，使效率降低，产生失速，来限制发电机的功率输出为了提高风电机组在低风速时的效率，通常采用双速发电机在低风速段运行的，采用小电机使桨叶具有较高的气动效率，提高一些发电机的运行效率定桨失速调节型的优点是失速调节由指桨叶本身完成，简单可靠，当风速变化引起的输出功率的变化只通过桨叶的被动失速调节而控制系统不作任何控制，使控制系统大为减化但是在输入变化的情况下，风力发电机组只有很小的机会能运行在最佳状态下，因此机组的整体效率较低通常很少应用在兆瓦级以上的大型风力机上 2 变桨距调节型风力发电机组变奖距是指安装在轮毂上的叶片通过控制可以改变其桨距角的大小在运行过程中，当输出功率小于额定功率时，桨距角保持在0°位置不变，不作任何调节；当发电机输出功率达到额定功率以后，调节系统根据输出功率的变化调整桨距角的大小，使发电机的输出功率保持在额定功率此时控制系统参与调节，形成闭环控制 3 主动失速调节型风力发电机组将定桨距失速调节型与变桨距调节型两种风力发电机组相结合，充分吸取了被动失速和桨距调节的优点，桨叶采用失速特性，调节系统采用变桨距调节在低风速肘，将桨叶节距调节到可获取最大功率位置，桨距角调整优化机组功率的输出；当风力机发出的功率超过额定功率后，桨叶节距主动向失速方向调节，将功率调整在额定值上由于功率曲线在失速范围的变化率比失速前要低得多，控制相对容易，输出功率也更加平稳根据风机转速分有恒速恒频和变速恒频两种，恒速恒频机组的整体效率较低而变速恒频这种调节方式是目前公认的最优化调节方式，也是未来风电技术发展的主要方向变速恒频的优点是大范围内调节运行转速，来适应因风速变化而引起的风力机功率的变化，可以最大限度的吸收风能，因而效率较高控制上也很灵活，可以较好的调节系统的有功功率、无功功率，但控制系统较为复杂风力发电机控制系统变速恒频又根据发电机的不同分为以下几种：1 异步感应发电机通过晶闸管控制的软并网装置接入电网，并网冲击电流较大另外需要电容无功补偿装置控制电路简单各大风力发电制造商如：，，，都有此类产品2 绕线转子异步发电机对于绕线转子异步发电机可以采用功率辅助调节方式，即转子电流控制方式来配合变浆距机构，共同完成发电机输出功率的调节在绕线转子输入由电力电子装置控制的发电机转子电流，可以加大异步发电机转差率，使得发电机在较大的转速范围内向电网送电以提高异步发电机的风能利用率风力发电机控制系统3 双馈发电机双馈电机的结构类似于绕线式感应电机，定子绕组也由具有固定频率的对称三根电源激励，所不同的是转子绕组具有可调节频率的三相电源激励，一般采用交一交变频器或交一直一交变频器供以低频电流双馈电机励磁可调量有三个：一是可以调节励磁电流的幅值；二是可以改变励磁电流的频率；三是可以改变励磁电流的相位．通过改变励磁频率，可调节转速．这样在负荷突然变化时，迅速改变电机的转速，充分利用转子的动能，释放和吸收负荷，对电网的扰动远比常规电机小另外，通过调节转子励磁电流的幅值和相位，来调节有功功率和无功功率双馈电机控制系统通过变频器控制器对逆变电路小功率器件的控制，可以改变双馈发电机转子励磁电流的幅值频率及相位角，达到调节其转速、有功功率和无功功率的目的既提高了机组的效率，又对电网起到稳频、稳压的作用下图是双馈电机控制简要框图整个控制系统可分为：转速调整单元、有功功率调整单元和电压调整单元它们分别接受风速和转速有功功率、无功功率指令，并产生一个综合信号，送给励磁控制装置，改变励磁电流的幅值频率与相位角，以满足系统的要求由于双馈电机既可调节有功功率；又可调节无功功率，有风时，机组并网发电；无风时，也可作抑制电网频率和电压波动的补偿装置双馈电机应用于风力发电中，可以解决风力机转速不可调机组效率低等问题同时，由于双馈电机对无功功率有功功率均可调，对电网可起到稳压稳频的作用，提高了发电质量与同步机交一直一交系统相比，它还具有变频装置容量小、重量轻的优点但这种结构也还存在一些问题，如控制电路复杂一些，不同的控制方法效果有一定差异另外该结构比其他结构更容易受到电网故障的影响目前国内有多家开发成功双馈电机控制系统，如兰州电机有限责任公司与清华大学、沈阳工业大学合作研制的兆瓦级变速恒频双馈异步风力发电系统控制设备，采用全数字化矢量控制方法中科院电工研究所研制的兆瓦级变速恒频风电机组电控系统，该系统采用技术、双双向可逆变流控制风力发电机控制系统4 永磁直驱同步发电机永磁直驱同步发电机系统结构如图：由变浆距风轮机直接驱动永磁同步发电机，省去了增速用齿轮箱发电机输出先经整流器变为直流，再经逆变器将电能送到电网对风力发电机工作点的控制是通过控制逆变器送到电网的电流实现对直流环节电压的控制，从而控制风轮机的转速发电机发出电能的频率、电压、电功率都是随着风速的变化而变化的，这样有利于最大限度地利用风能资源，而恒频恒压并网的任务则由整流逆变系统系统完成除了永磁直驱同步发电机可以直接并网外，还可以构成风力发电机，比如公司的“” 采用的是高压永磁直驱同步发电机，结构如下：单机容量为3～5MW，输出额定电压高达20kV，频率为5～10Hz，每一台发电机机端只配置有整流器，把交流变换为直流，通过直流母线实现与风电场其他机组(群)的并联运行，既提高了可靠性，又改进了效率风电场由一台大容量公用逆变器把直流母线的直流电转换成50Hz的交流电，电压为12kV，可直接并入当地电网使用，也可经变压器升压至更高电压后并入更高压电网传输到远处永磁直驱同步发电机系统存在的缺点是：对永磁材料的性能稳定性要求高，电机重量增加另外，逆变器的容量较大，一般要选发电机额定功率的％以上但使用逆变器也带来一些好处：①使用脉宽调制获得正弦形转子电流，电机内不会产生低次谐波转矩，改善了谐波性能②有功功率和无功功率的控制更为方便③大功率很容易驱动④有很好的电流共享特性，这对于要达到风力发电机所需的功率水平，进行并联使用是非常必要⑤开关时间短，导通时间不到1毫秒，关断时间小于6毫秒，使得管子功耗小⑥目前单管容量已经较大，如公司的FZR65KF1等器件，可以在6kV电压下控制电流，FZR12KE3 等低电压器件，可以在电压下开关电流发电机控制系统除了控制发电机“获取最大能量”外，还要使发电机向电网提供高品质的电能因此要求发电机控制系统：①尽可能产生较低的谐波电流，②能够控制功率因数，③使发电机输出电压适应电网电压的变化，④向电网提供稳定的功率目前国内外兆瓦级以上技术较先进的、有发展前景的风力发电机组主要是双馈型风力发电机组和永磁直驱风力发电机组，二者各有优缺点单从控制系统本身来讲，永磁直驱风力发电机组控制回路少，控制简单，但要求逆变器容量大而双馈型风力发电机组控制回路多，控制复杂些，但控制灵活，尤其是对有功、无功的控制，而且逆变器容量小得多双馈型风力发电机组与永磁直驱风力发电机组的综合比较：风力发电机控制系统风电机的运行控制无功补偿控制由于异步发电机要从电网吸收无功功率，使风电机组的功率因数降低，而并网运行的风力发电机组一般要求其功率因数达到0．99以上，所以必须用电容器组进行无功补偿．由于风速变化的随机性，在达到额定功率前，发电机的输出功率大小是随机变化的，因此对补偿电容的投入与切除需要进行自动控制，由计算机根据输出无功功率的变化，控制补偿电容器分段投入或切除，保证功率因数达到要求对于双馈发电机，是直接由控制系统控制和调节无功功率的偏航与自动解缆控制① 自动对风正常运行时偏航控制系统自动对风，即当机舱偏离风向一定角度时，控制系统发出向左或向右调向的指令，机舱开始对风，当达到允许的误差范围内时，自动对风停止② 自动解缆当机舱向同一方向累计偏转圈后，若此时风速小于风电机组启动风速且无功率输出，则停机，控制系统使机舱反方向旋转圈解绕；若此时机组有功率输出，则暂不自动解绕；若机舱继续向同一方向偏转累计达3圈时，则控制停机，解绕；若因故障自动解绕未成功，在扭缆达4圈时，扭缆机械开关将动作，此时报告扭缆故障，自动停机；等待人工解缆操作③ 风轮保护当有特大强风发生时，停机并释放叶尖阻尼板，桨距调到最大，偏航90度背风，以保护风轮免受损坏停机控制当控制器发出正常停机指令后，风电机组将按下列程序停机：①切除补偿电容器；②释放叶尖阻尼板；③发电机脱网；④测量发电机转速下降到设定值后，投入机械刹车；⑤若出现利车故障则收桨，机舱偏航如90度背风当出现紧急停机故障时，执行如不停机操作：首先切除补偿电容器，叶尖阻尼板动作，延时0．3秒后卡钳闸动作检测瞬时功率为负或发电机转达小于同步速时；发电机解列，若制动时间超过20秒，转速仍未降到某设定值，则收桨，机舱偏航90度背风风力发电机控制系统安全保护控制系统是风力发电机组核心部件，是风力发电机组安全运行根本保证，所以为了提高风力发电机组运行安全性，必须认真考虑控制系统的安全性和可靠性问题控制系统的安全保护组成：雷电安全保护多数风机都安装在山谷的风口处、山顶上、空旷的草地、海边海岛等，易受雷击，安装在多雷雨区的风力发电机组受雷击的可能性更大，其控制系统大多为计算机和电子器件，最容易因雷电感应造成过电压损坏，因此需要考虑防雷问题一般使用避雷器或防雷组件吸收雷电波当雷电击中电网中的设备后，大电流将经接地点泄入地网，使接地点电位大大升高，若控制设备接地点靠近雷击大电流的入地点，则电位将随之升高，会在回路中形成共模干扰，引起过电压，严重时会造成相关设备绝缘击穿根据国外风场的统计数据表明，风电场因雷击而损坏的主要风电机部件是控制系统和通讯系统雷击事故中的40％～50％涉及到风电机控制系统的损坏，15％～25％涉及到通讯系统，15％～20％涉及到风机叶片，5％涉及到发电机我国一些风场统计雷击损坏的部件主要也是控制系统和监控系统的通讯部件这说明以电缆传输的4～20 mA电流环通信方式和RS串行通信方式由于通讯线长，分布广，部件多，最易受到雷击，而控制部件大部分是弱电器件，耐过压能力低，易造成部件损坏防雷是一个系统工程，不能仅仅从控制系统来考虑，需要在风电场整体设计上考虑，采取多层防护措施运行安全保护大风安全保护：一般风速达到25米/秒即为停机风速，机组必须按照安全程序停机，停机后，风力发电机组必须90度对风控制参数越限保护：各种采集、监控的量根据情况设定有上、下限值，当数据达到限定值时，控制系统根据设定好的程序进行自动处理过压过流保护：当装置元件遭到瞬间高压冲击和电流过流时所进行的保护通常采用隔离、限压、高压瞬态吸收元件、过流保护器等震动保护：机组应设有三级震动频率保护，震动球开关、震动频率上限1、震动频率极限2，当开关动作时，控制系统将分级进行处理开机关机保护：设计机组开机正常顺序控制，确保机组安全在小风、大风、故障时控制机组按顺序停机电网掉电保护风力发电机组离开电网的支持是无法工作的，一旦有突发故障而停电时，控制器的计算机由于失电会立即终止运行，并失去对风机的控制，控制叶尖气动刹车和机械刹车的电磁阀就会立即打开，液压系统会失去压力，制动系统动作，执行紧急停机紧急停机意味着在极短的时间内，风机的制动系统将风机叶轮转数由运行时的额定转速变为零大型的机组在极短的时间内完成制动过程，将会对机组的制动系统、齿轮箱、主轴和叶片以及塔架产生强烈的冲击紧急停机的设置是为了在出现紧急情况时保护风电机组安全的然而，电网故障无须紧急停机；突然停电往往出现在天气恶劣、风力较强时，紧急停机将会对风机的寿命造成一定影响另外风机主控制计算机突然失电就无法将风机停机前的各项状态参数及时存储下来，这样就不利于迅速对风机发生的故障作出判断和处理针对上述情况，可以在控制系统电源中加设在线后备电源，这样当电网突然停电时，自动投入，为风电机控制系统提供电力，使风电控制系统按正常程序完成停机过程紧急停机安全链保护系统的安全链是独立于计算机系统的硬件保护措施，即使控制系统发生异常，也不会影响安全链的正常动作安全链是将可能对风力发电机造成致命伤害的超常故障串联成一个回路，当安全链动作后将引起紧急停机，执行机构失电，机组瞬间脱网，控制系统在3秒左右，将机组平稳停止，从而最大限度地保证机组的安全发生下列故障时将触发安全链：叶轮过速、机组部件损坏、机组振动、扭缆、电源失电、紧急停机按钮动作微机控制器抗干扰保护风电场控制系统的主要干扰源有：工业干扰：如高压交流电场、静电场、电弧、可控硅等，自然界干扰：雷电冲击、各种静电放电、磁爆等；高频干扰：微波通讯无线电信号、雷达等这些干扰通过直接辐射或由某些电气回路传导进入的方式进入到控制系统，干扰控制系统工作的稳定性从干扰的种类来看，可分为交变脉冲干扰和单脉冲干扰两种，它们均以电或磁的形式干扰控制系统参考国家关于电磁兼容的有关标准，风电场控制设备也应满足相关要求如：GB／工业过程测量和控制装置的电磁兼容性总论GB／工业过程测量和控制装置的电磁兼容性静电放电要求 GB／工业过程测量和控制装置的电磁兼容性辐射电磁场要求 GB／工业过程测量和控制装置的电磁兼容性电快速瞬变脉冲群要求并应通过相关行业根根标准GB/T 进行的检测以保证设备的可靠性接地保护接地保护是非常重要的环节良好的接地将确保控制系统免受不必要的损害在整个控制系统中通常采用以下几种接地方式，来达到安全保护的目的工作接地、保护接地、防雷接地、防静电接地、屏蔽接地接地的主要作用一方面是为保证电器设备安全运行，另一方面是防止设备绝缘被破坏时可能带电，以致危及人身安全同时能使保护装置迅速切断故障回路，防止故障扩大。
风电机组控制系统概述
３ 不 同厂 家 在 风 电 机 组 主 要 系 统 的 实 现 上 对 软 硬 件 采 用 情 况
风 电机组控制系 统虽然包ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 的范围很广 ， 但是主控 系统、 变
桨 系 统和 变 流 系 统 是 其 中 最 主 要 的 ３个 组 成 部 分 ，不 同厂 家 在 这 ３个 系 统 的实 现 上 采取 的软 硬 件 也 不 尽 相 同。
１ 风 电机 组 控 制 系 统 的 组 成 结 构
超 从 从实现功能 的角度 可 以将控 制系统分 为主 控系统 、 变流控 大 ， 过 切 出 风 速 时 ， 保 护 机 组 的 角 度 出发 要 将 风 力 机 叶 片 风力发 电机组切 出电网， 实现 安全停机 。 制 系统、 变桨 距控制系统 、 偏航控 制系统 、 液压控 制系统及 安全 调 至顺 桨状态 ，
３ ２ 关 于 变 桨 系 统 ．
变 桨 距 是 指 风 电机 组 安 装 在 轮 毂 上 的 叶 片 借 助 控 制 技 术
使 区域 。由于 各 区 域 不 同 ， 以这 些 区 域 的 运 行 目标 也 不 同， 终 和 动 力 系 统 改 变 桨 距 角 的 大 小 从 而 改 变 叶 片 气 动 特 性 ， 桨 叶 所 最 主要有 ２大技术 所需要采 取的控制策略也 因此而 不同。以下是对不 同区域 的控 和整机 的受力情 况大为 改善 。作为变 桨系统 ，
３． 关 于 主控 系 统 １
曼 菜 丧 示 ，磊 荇
、
统计 数据和 故障
主控制器是 电控系统 的核心 ， 要完成对 机组运行 参数和 状
主控制器 运行 监控 远程通信 机 组起停 电网 、 风况检 测 故 障监测及 保护动作 系 统安全链 系 统紧急 停 机保护
风电基础知识培训风机控制系统
风电基础知识培训风机控制系统风电基础知识培训——风机控制系统随着能源需求的增长和可再生能源的推广，风力发电逐渐崭露头角。
风机控制系统作为风电发电场的关键组成部分之一，发挥着重要的作用。
本文将介绍风机控制系统的基础知识，帮助读者了解其原理和运作方式。
一、风机控制系统概述风机控制系统是风力发电机组的智能管理和控制中枢。
它通过监测和控制风机的运行状态，以实现安全高效的风力发电。
风机控制系统主要包括传感器、执行器、控制器和通信系统等组件。
二、传感器传感器是风机控制系统的重要组成部分，其作用是实时监测风机的各种运行参数。
常见的传感器包括风速传感器、温度传感器、振动传感器等。
通过这些传感器的信号采集和处理，可以对风机的运行状态进行准确的监控。
三、执行器执行器是风机控制系统中的输出设备，用于控制和调节风机的运行。
最常见的执行器是变桨系统、变频器和制动系统。
变桨系统的作用是根据风速的变化调整桨叶角度，以优化风轮的转速和功率输出。
变频器则用于调节发电机的转速以实现恒定的电压和频率输出。
制动系统则在紧急情况下用于停止风机的运行。
四、控制器控制器是风机控制系统的核心，负责对传感器和执行器进行数据的处理和控制。
其功能包括风机的启动和停机、风机桨叶角度的调整、风机的监测和故障诊断等。
控制器具备自动化和智能化的特点，能够根据实时的风速和负荷需求做出准确的控制决策。
五、通信系统通信系统是风机控制系统中的信息传递和交互的手段。
它将控制器和其他设备连接起来，实现数据的传输和指令的下达。
常见的通信方式有有线通信和无线通信。
通信系统不仅可以实现风机之间的联动控制，还可以将风机的运行数据传输到监控中心进行分析和管理。
六、安全保护措施风机控制系统还应当具备相应的安全保护措施，以确保风机的运行安全。
常见的安全保护措施包括风速过高保护、温度过高保护、电流过载保护等。
这些保护措施能够在异常情况下及时采取措施，保护风机和人员的安全。
七、风机控制系统的优化风机控制系统的优化是提高风力发电效率和可靠性的关键。
风力发电控制系统简述
风力发电控制系统简述一、风电控制系统简述风电控制系统包括现场风力发电机组控制单元、高速环型冗余光纤以太网、远程上位机操作员站等部分。
现场风力发电机组控制单元是每台风机控制的核心，实现机组的参数监视、自动发电控制和设备保护等功能；每台风力发电机组配有就地HMI人机接口以实现就地操作、调试和维护机组；高速环型冗余光纤以太网是系统的数据高速公路，将机组的实时数据送至上位机界面；上位机操作员站是风电厂的运行监视核心，并具备完善的机组状态监视、参数报警，实时/历史数据的记录显示等功能，操作员在控制室内实现对风场所有机组的运行监视及操作。
风力发电机组控制单元（WPCU）是每台风机的控制核心，分散布置在机组的塔筒和机舱内。
由于风电机组现场运行环境恶劣，对控制系统的可靠性要求非常高，而风电控制系统是专门针对大型风电场的运行需求而设计，应具有极高的环境适应性和抗电磁干扰等能力，其系统结构如下：风电控制系统的现场控制站包括：塔座主控制器机柜、机舱控制站机柜、变桨距系统、变流器系统、现场触摸屏站、以太网交换机、现场总线通讯网络、UPS电源、紧急停机后备系统等。
风电控制系统的网络结构：1、塔座控制站塔座控制站即主控制器机柜是风电机组设备控制的核心，主要包括控制器、I/O 模件等。
控制器硬件采用32位处理器，系统软件采用强实时性的操作系统，运行机组的各类复杂主控逻辑通过现场总线与机舱控制器机柜、变桨距系统、变流器系统进行实时通讯，以使机组运行在最佳状态。
控制器的组态采用功能丰富、界面友好的组态软件，采用符合IEC61131-3标准的组态方式，包括：功能图（FBD）、指令表（LD）、顺序功能块（SFC）、梯形图、结构化文本等组态方式。
2、机舱控制站机舱控制站采集机组传感器测量的温度、压力、转速以及环境参数等信号，通过现场总线和机组主控制站通讯，主控制器通过机舱控制机架以实现机组的偏航、解缆等功能，此外还对机舱内各类辅助电机、油泵、风扇进行控制以使机组工作在最佳状态。
风力发电机组的系统控制
风力发电机组的系统控制随着环境保护意识的不断提高和能源危机的加剧，风力发电作为一种清洁、可再生的能源利用方式，逐渐受到人们的关注和推广。
而风力发电机组的系统控制是实现稳定、高效发电的重要保障。
一、风力发电机组的系统组成和工作原理风力发电机组由风轮、转速控制系统、发电机和电力转换器等组成。
当风轮受风的作用旋转时，转动产生动能被传给发电机，经过电力转换器转化成交流电并输出。
其中，转速控制系统对风轮的转动进行调节，保证发电机在最大效率下运转。
二、风力发电机组的系统控制策略1.转速调节：转速调节是风力发电机组的基本控制策略。
其目的是保证风轮叶片旋转的速度达到最优区间，从而提高发电机的输出功率。
转速调节主要分为机械、电子和混合控制等方式。
机械控制：传统的机械控制方式采用转向浆的机械设计，通过改变羽片的角度来控制风轮转速。
该方式简单、成本低但稳定性不够。
电子控制：通过控制发电机转子上的磁场来改变发电机的输出功率，进而实现转速控制。
该方式精度高、稳定性好但成本较高。
混合控制：将机械和电子控制方式的优点结合起来，增强控制系统的稳定性和可靠性。
混合控制方式是当前主流的转速调节方式。
2.偏航控制：偏航控制是风力发电机组的必要控制策略，用来控制风轮的方向。
在复杂的气象条件下，通过偏航控制将风轮转向风向，并在突发的气象变化中及时调整风轮方向，减小因系统失控导致的风力发电机组运行出现事故。
3.电网支撑和功率平衡控制：电网支撑和功率平衡控制是指将风力发电机组的输出能量与电网负荷之间建立反馈控制，保证电能质量和电力系统的稳定性。
在市场化环境，对接电网的风力发电机组还需要实现功率平衡控制，控制机组的风电功率与基础负荷之和保持稳定。
三、风力发电机组的系统控制优化随着风力发电行业的快速发展，风力发电机组的系统控制的优化已成为实现高效、稳定发电的重要途径。
通过优化转速调节、偏航控制、电网支撑和功率平衡控制等关键系统控制策略，可以实现以下目标：1.提高机组发电效率，降低运行成本；2.提高机组的响应速度，保证风场运行的稳定性；3.实现对风力资源与市场需求的动态调整，提高风力发电系统的灵活性；4.通过风力发电机组的智能化控制系统，实现设备状态监测、故障诊断等高端需求。
风力发电机组的控制系统
3.2风力发电机组的基本组成
•独立运行的风力发电机组
水平轴独立运行的风力发电机组由 风轮、尾舵、发电机、支架、电 缆、充电器、逆变器、蓄电池组成
3.2 风力发电机组的基本组成
•并网运行的风力发电机组
并网运行的发电机组由风轮（包括叶片和轮毂）、增速箱、发 电机、偏航装置、控制系统、塔架等部件组成
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具体的控制内容包括： 信号的数据采集、处理， 变桨控制、转速控制，实现最大功率点跟踪控制， 功率因数控制， 偏航控制， 自动解缆， 并网和解列控制， 停机制动控制， 安全保护系统， 就地监控、远程监控。
信号采集
在风力发电机组运行过程中，必须对相关物理量进行
测量，并根据测量结果发出相应信号，将信号传递到主控
风向标的测量信号滤波后如果超过15°，风力发电机 组即开始偏航对风。风向标输出信号为0，风向即为0°。
人机界面
人机界面是计算机与操作人员的交互窗口。其主要 功能是风力发电机组运行操作、状态显示、故障监测和 数据记录。 一、运行操作
1.机组起停及复位 2.手动操作 3.控制参数修改 二、状态显示 三、故障监测
8.偏航装置
•借助电动机转动机舱，以使风轮转子叶片正对着风。偏 航装置由电子控制器根据风向标感觉的风向来操作。
9.液压系统
•风力发电机的液压系统属于风力发电机的一种动力系统， 主要功能是为变桨控制装置、安全桨距控制装置、偏航驱 动和控制装置、停机制动装置提供液压驱动力。它是为风 力发电机上一切使用液压作为驱动力装置提供动力。 •在定桨距风力发电机组中，液压系统的主要任务是驱动 风力发电机的气动刹车和机械刹车； •在变桨距风力发电机组中，主要控制变距机构，实现风 力发电机组的转速控制、功率控制，同时也控制机械刹车 机构。
00风电机组控制系统介绍
00风电机组控制系统介绍风电机组控制系统是风力发电系统中的关键设备，主要负责监测和控制整个风电机组的运行。
它包括了多个子系统，如风速测量系统、风向测量系统、电力系统、机械系统等，这些系统协同工作，确保风电机组安全稳定地运行并发挥最大发电效率。
风电机组控制系统的核心是风机控制器（Wind Turbine Controller，简称WTC），它是整个系统的大脑，负责监控风力发电机组的运行状态，调节叶片角度、转速和发电机功率等参数，以实现最佳的发电性能。
WTC通常包括了多个模块，如数据采集模块、信号处理模块、控制算法模块、人机界面模块等，每个模块都扮演着关键的角色，确保整个系统的正常运行。
风速测量系统是风电机组控制系统中一个非常重要的子系统，它通过安装在风车塔顶端的风速传感器来监测周围的风速情况。
这些传感器通常是基于超声波或光学原理工作的，能够精确地测量风速并将数据传输给WTC。
WTC根据接收到的风速数据来调节叶片角度和转速，以确保风电机组在不同风速下都能够高效发电。
与风速测量系统类似，风向测量系统也是风电机组控制系统中的一个重要组成部分。
通过安装在风机塔顶端的风向传感器，它能够准确地测量周围的风向，帮助WTC判断风的来向并做出相应的调整。
在不同的风向下，WTC会调节叶片的角度和转速，以确保风电机组在不同风向下都能够稳定发电。
电力系统也是风电机组控制系统中的关键组成部分，它包括了发电机、变频器、电网连接器等设备。
WTC通过监测电网电压、频率等参数，来控制变频器的输出功率，确保风电机组与电网之间的功率平衡。
此外，电力系统还负责将风机生成的交流电转变为直流电，并通过逆变器将其转换为电网所需的交流电。
机械系统是风电机组控制系统中的另一个重要组成部分，它主要包括了叶片调节系统、转子系统、转速监测系统等。
WTC通过监测这些机械系统的运行状态，来调节叶片的角度和转速，确保风电机组的整体稳定性和可靠性。
叶片调节系统负责调节叶片的角度，以适应不同的风速和风向；转子系统则负责控制整个转子的运行，保证其在各种工况下都能够安全运行。
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2012-5-6
风力发电控制系统介绍 风电机组的基本运行过程（一）
开机自检： 开机自检：对于第一次上电需要该过程。机组自动检测电网、风况、环
境温度、机组本身状态（如：各种温度、压力油位、控制电源、安全链、维 护开关位置等在正常状态）；
待机：自检通过后，开始执行“制动解除”即松闸和“机舱对风”（当风 待机：
保定科诺伟业控制设备有限公司
内容简介
风力发电控制系统介绍 科诺KN-WTCS系列产品
风力发电控制系统介绍 风电机组类型-并网型
失速型（恒速恒频）
– 单速型 – 双速型
变速恒频
– 双馈式 – 直驱式 – 混合式
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风力发电控制系统介绍 失速型（恒速恒频）机组结构
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风力发电控制系统介绍 失速型（恒速恒频）机组特点
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科诺KN-WTCS系列产品 机组运行状态监测与显示
电网参数： 电网参数：电网的电压、频率 环境参数：风速，风向，环境温度 环境参数： 发电机： 发电机：三相电流，有功功率，无功功率，功率因数，发电机转速，发电机 绕组温度，发电机前/后轴承温度 叶轮： 叶轮：叶轮转速，叶轮过速 液压系统： 液压系统：液压泵工作状态，液压油位，液压系统压力 偏航系统： 偏航系统：偏航电机工作状态，左/右偏航角度，偏航闸状态（刹车/释放） 齿轮箱： 齿轮箱：齿轮油位，齿轮油压力，齿轮油过滤，齿轮油温度，齿轮油轴承温 度 制动系统： 制动系统：高速闸状态（刹车/释放）、闸磨损 机舱： 机舱：机舱温度
适配机组功率（kW） 850
额定电压(V) 电网频率 (Hz) 中心控制器 控制方式 远程控制接口
人机界面 HMI
低温防护措施 防雷保护 冷却方式 防护等级 绝缘隔离 工作温度（℃） 海拔高度（m）
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科诺KN-WTCS系列产品 电气与环境使用条件
电网条件：电压，690V±10%；频率，50Hz±2% 适用电机：三相异步电机 冷却方式：柜内风扇冷却 环境条件：1）环境温度在-20℃~ +40℃之间； 2) 相对湿度不超过 95%，无凝露； 3）无易燃、易爆、腐蚀性气体，无导电性尘埃； 4）室内安装，通风良好； 5）振动＜0.5g； 6）海拔≥2000m 时，应相应降低容量使用。
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科诺KN-WTCS系列产品
风力发电机组控制系统整体配置图
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科诺KN-WTCS系列产品 产品分类
型号说明：KN—科诺伟业公司，WTCS—风力发电机组控制系统，1500—额定功率为 1500kW，DF—双馈发电机组
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科诺KN-WTCS系列产品 功能特点
→ 适合多种机型(双馈、直驱、半直驱) → 模块化，结构紧凑，可靠性好，可灵活扩展 → 操作界面友好，运行参数可以灵活设置 → 变速运行控制实现最大风能捕获 → 变速变桨距协调控制，实现风电机组柔性控制 → 完备的通信接口设计(MPI, Profibus, Profinet, Ethernet) → 完善的状态监控和冗余设计，有效保护机组安全 → 远程控制功能 → 完善的维护检修设计更加适合中国风电场
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风力发电控制系统介绍 变速恒频机组特点
直驱式的特点
风轮直接与低速（多极）励磁同步发电机（也有利用永磁同步发电的） 相连，省去了故障多发部件相连，省去了故障多发部件-齿轮箱。电机全功率通过电力电子装置连 接到电网。利用电力电子技术可以控制系统输出的有功和无功功率，同 样也可以使机组捕获最大风能； 齿轮传动不仅降低了风电转换效率和产生噪音，更是造成机械故障的主 要原因，而且为减少机械磨损需要润滑清洗等定期维护。采用无齿轮箱 的直驱方式虽然提高了电机的设计成本，但却有效的提高了系统的效率 以及运行可靠性； 其缺点是：直驱发电机体积大而笨重 ，电机设计成本较高。
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科诺KN-WTCS系列产品 检测能力
为促进公司在变速恒频风电机组控制系统方面关键技术的研制，掌握自主核心技术与 创新，缩短与世界先进技术的差距，同时加快公司风电机组控制系统系列产品的批量化生 产，促进公司技术进步和产品升级，保障公司产品质量，公司建立了完善的风电机组控制 系统生产流程与检测平台。
塔架
支撑风力机的重量，同时承受风压以及风力机运行的动载荷，对其强度，刚 度要求严格。
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科诺KN-WTCS系列产品
风力发电机组控制系统是整个风力发电机组安全可靠运行的核心， 其控制技术是风电机组的关键技术之一。控制系统与风力发电机组的其 余各部分密切相关，是风电机组运行的大脑，是整个机组正常可靠运行 以及实现最佳运行的可靠保证。风力发电机组控制系统的整体配置如图 所示，其中控制柜是机组可靠运行的核心，主要完成数据采集及输入、 输出信号处理；逻辑功能判定；对外围执行机构发出控制指令；与变桨 系统、变流器以及中央监控系统通讯，交换信息。 控制系统主要实现正常运行控制、参数监测及监控以及安全保护及 处理等三大功能。 正常的运行控制包括机组启动/关机控制、并网控制、加热与冷却控 制、变速控制、恒功率运行控制；偏航控制以及解缆控制等。
速达到对风风速〉2.5m/s)。如风速低于启动风速3m/s，则机组处于待机状 速达到对风风速〉2.5m/s)。如风速低于启动风速3m/s，则机组处于待机状 态；
启动与并网：风轮在风的升力作用下开始旋转，当转速达到并网转速时 启动与并网：
，执行并网过程； 在中央监控室）。
启动方式：自动启动；顶部机舱启动；塔底操作面板启动；远程启动（ 启动方式：
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风力发电控制系统介绍 风电机组关键部件
齿轮箱
将风机叶片捕获的机械能传递到发电机，使转速发生变化。
2012-5-6
风力发电控制系统介绍 风电机组关键部件
发电机
将传动系统输出的机械能转化成电能的装置。
直驱式永磁发电机
双馈式异步发电机
2012-5-6
风力发电控制系统介绍 风电机组关键部件
风力发电机组的转速随风速的波动作变速运行，但仍输出恒定频率的交 流电。 此方式提高了风能的利用率，增加了系统的柔动性，但将导致必须增加 实现恒频输出的电力电子设备，增加系统复杂性。 直驱式
双馈式
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风力发电控制系统介绍 变速恒频机组特点
双馈式的特点
双馈电机定子直接与电网相连，转子侧通过功率变换器（一般为双 PWM 交—直—交型变换器）连接到电网。该功率变换器的容量仅为 电机容量的1/4左右，并且能量可以双向流动，这是这种机型的优点。 电机容量的1/4左右，并且能量可以双向流动，这是这种机型的优点。 该种机型是利用发电机转子励磁频率、定子输出频率和转子机械频率的 关系，通过改变转子的励磁频率而使机组完成变速恒频运行，进而实现 最大风能捕获。 对电网而言，该系统利用矢量控制实现了输出的有功和无功的解偶控制 ，可以为电网输出无功，保证了输出电能质量。
2012-5-6
风力发电控制系统介绍 风电机组的基本运行过程（二）
液压系统的压力控制和温度控制 ； 变速与变桨距调节： 变速与变桨距调节：跟踪最佳运行曲线，最大捕获风能； 有功功率和无功功率的解藕控制：提高输出电能品质; 有功功率和无功功率的解藕控制：提高输出电能品质; 故障检测与复位：人工手动复位和自动复位； 故障检测与复位： 偏航与解缆： 偏航与解缆：当风向改变时执行自动偏航；人工偏航包括：顶部机舱手 脱网：当机组运行自身和外部条件不满足时，机组执行脱网程序。 脱网：
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科诺KN-WTCS系列产品 技术指标
技术参数 型号 KN-WTCS-V850-DF KN-WTCS-V850-DD KN-WTCS-V1000-DF KN-WTCS-V1000-DD 1000 KN-WTCS-V1500-DF KN-WTCS-V1500-DD 1500 690±10% 50±2% 西门子S7-300可编程逻辑控制器 ＰＩ调节＋优化控制 带键盘触摸液晶显视屏，中文界面 温控器+加热器 主动能量控制技术 三级保护 风冷 IP54 有 -20~+50（常温型） -30~+50（低温型） ≦1000（1000米以上降低容量使用) KN-WTCS-V2000-DF KN-WTCS-V2000-DD 2000
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科诺KN-WTCS系列产品 菜单总体结构
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科诺KN-WTCS系列产品 执行标准
本产品符合 GB/T 14048.1－2000 低压开关和控制设备总则 GB/T 19568－2004 风力发电机组装配和安装 GB 50171－92 电气装置安装工程盘、柜二次回路接线施工及验收规范 GB 7251－1997 低压成套开关设备和控制设备 GB/T 4728.7.2000 电气简图用图形符号 第 7 部分：开关、控制和保护器件 GB 6995.3－1986 电线电缆识别标志 第 3 部分电线电缆识别标志 GB/T 19069-2003 风力发电机组控制器 技术条件 GB/T 19070-2003 风力发电机组控制器 试验条件 DL 400-1991 继电保护和安全自动装置技术规程
动偏航；塔底操作面板手动偏航；远程偏航。当电缆缠绕时执行解缆操作。
2012-5-6
风力发电控制系统介绍 控制系统的基本组成
功率柜: 功率柜:
风力发电机组的主配电系统，包括发电机与电网连接主回路、 主要是IGBT等电力电子器件组成的整流、逆变电路；电容及 主要是IGBT等电力电子器件组成的整流、逆变电路；电容及 主要控制叶片改变桨距角。 低压配电控制回路、电源变换、防雷保护回路等；
风力发电机组的转速不随风速的波动而变化，始终维持恒转速运转，从而输 出恒定额定频率的交流电。 系统目前普遍采用，简单可靠，但是对风能的利用不充分，因为风力机只有 在一定的叶尖速比的数值下才能达到最高的风能利用率。
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