风电机组控制系统
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
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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。
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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
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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。
风机控制系统PPT课件
传感器接入 执行部件控制 数字电源 数字、模拟IO 安全链系统 变距系统通讯 变压器
人机界面
当机舱柜与塔底柜执行相同功能时，机舱柜优先 级高于塔底柜
变距系统
辅助电源：控制电源，动力电源 安全链及其它硬件连接：
安全链输出：变流器急停 安全链节点：变流器断开安全链
通讯接口：主控制器和变距系统 采用现场总线
模块化：不管是硬件还是软件均模块化，不同的控 制和调节程序都以模块化形式并行运行在有优先级 的多任务环境中。均可随意扩展和组合
标准化：硬件符合通行的工业标准（CE, IEC，GL， UL等）并且建立在标准的软件和IT环境基础上。
硬件部分
硬件模块
处理器模块 数字/模拟输入、输出、输入/输出模块 温度记录模块 计数器模块 编码器接口模块 轴控制模块 脉宽调制模块 安全模块 环境监测模块 总线扩展模块 串口模块 供电模块 网络终端
额定风速以上：
恒功率控制 保持功率恒定， 通过变距控制转速 稳定运行
控制策略（二）
阻尼变距控制：避开谐振点（区）
共振点跳跃：
通过变距控制，跳 过低转速点（非工 作区）易振点
振动预测与干预：
通过传感器采集加速 度信号，对振动进行 预测和防振动处理。
塔筒前后载荷的变化
风电场管理功能需求
变流器接口
辅助电源： 控制电源，UPS，风扇加热器电源
安全链及其它硬件连接
急停输入： 干节点 并网柜与变流器： 电网测量：电网侧电压，定子侧电压，定子侧电流 并网接触器控制： 合，断，就绪等
通讯接口： 主控制器和变流器采用现场总线进行通 讯
滑环和传感器
滑环
信号列表：变距系统电源、通讯、控制信号、轮毂内照 明、轴承润滑等
风力发电控制系统及远程监控
号
电量采集系统 就地监控系统 中央及远程监控系统
风机与风机间或风机与控制中心的网络通信部分
风电控制系统的现场控制站包括：
塔座主控 制器机柜
变流器系 统
现场总线 通讯网络
机舱控制 变桨距系
站机柜
统
现场触摸 以太网交
屏站
换机
UPS电源
紧急停机 后备系统
风电控制系统基本功能：
（1）数据采集（DAS）功能：包括采集电网、气象、机组 参数，实现控制、报警、记录、曲线功能等
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。
变速恒频机组结构
变速恒频机组特点
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。
实时显示生产情况和分机运行、故障报警
多个风电场集中监控，可接入检测不同电场合风机，规 避不同机组和中控系统复杂性，通过一套系统检测和管 理。 可以接入升压站、测风塔及气象等数据，形成综合对比 分析。
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②系统显示各台机组的运行数据，如每台机组的瞬时发电 功率、累计发电量、发电小时数、风轮及电机的转速和风 速、风向等，将下位机的这些数据调入上位机，在显示器 上显示出来，必要时还可以用曲线或图表的形式直观地显 示出来。
③系统显示各风电机组的运行状态，如开机、停车、调向、 手/自动控制以及大/小发电机工作等情况，通过各风电机组 的状态了解整个风电场的运行情况。
（2）机组控制功能：包括自动启动机组、并网控制、转速 控制、功率控制、无功补偿控制、自动对风控制、解缆控
风电控制系统及SCADA系统
风机运行状态划分
►停机状态 1机械刹车松开 2偏航系统停止工作 3叶片收回至90°变桨系统停止工作 4发电机出口开关闭合,其余开关均断开
风机运行状态划分
► 紧急停机状态 1机械刹车与空气动力刹车同时快速动作 2计算机输出信号被旁路,使计算机没有可能去激活
任何机构 3计算机仍在运行和测量所有输入信号 4发电机出口开关和所有接触器断开 5叶片紧急收回至90°后变桨系统停止工作 6偏航系统停止工作 ► 风力发电机组进入紧急停机状态后,除非手动进
自动运行控制要求
► 9、软切入控制 由大功率晶闸管和有关 控制驱动电路组成.控制其目的就是通过不断监测机 组的三相电流和发电机的运行状态,限制软切入装置 通过控制主电路晶闸管的导通角,以控制发电机的端 电压,达到限制起动电流的目的.在电机转速接近同 步转速时,旁路接触器动作,将主电路晶闸管断开,软 切入过程结束,软并网成功.
4.AIO模块 .处理各种外部模拟量信号如：变频器冷却装置的入口、 出口水压、变压器温度等
5.空模块
机舱控制柜
►机舱控制柜组成
1.机舱PLC站 电源模块 FASTBUS从站模块 CANBUS主站模块 以太网模块本地PC维护接口 DIO AIO模块
2.塔基X-Y振动传感器单元PCH 3.紧急故障继电器 4.各种断路器、继电器、开关等
► 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
CAN SLAVE模块 轮毂转速编码器模块 叶片角度编码器模块 I/O模块DIO,AIO
► 伺服驱动单元 ► 紧急变桨蓄电池及监视单元 ► 紧急变桨模块 ► 超速保护继电器 ► 小型断路器,各种继电器及端子板 ► 各种按钮,指示灯及维护开关
第8章-风力发电机组控制系统-答案
第8章风力发电机组控制系统1、风力发电系统主要由风力发电机组和升压站变电站组成。
2、风力发电机组主要分为风轮（叶片和轮毂）、机舱、塔架和基础等部分；按照功能分，由传动系统、偏航系统、液压系统、制动系统、发电机以及控制和安全系统等组成。
3、风力发电机组控制系统的作用是协调风轮、传动、偏航、制动等各主辅设备，确保风电机组的设备安全稳定运行。
4、风力发电机组控制系统通常是指接受风电机组及工作运行环境信息，调节机组使其按照预先设定的要求运行的系统。
5、风电机组控制系统是整机设计的关键技术，决定机组的性能与结构载荷大小与分布。
6、基于转子电流控制器（RCC）进行有限变速的全桨变距有限变速风力发电机组开始进入风力发电市场。
7、变速恒频风电机组的控制系统与定桨距失速风电机组的控制系统的根本区别在于：变速恒频风电机组叶轮转速被允许根据风速情况在相当宽的范围内变化，从而使机组获得最佳的功率输出变现和控制特性。
8、变速恒频风电机组的主要特点：低于额定风速时，它能最大限度跟踪最佳功率曲线使风电机组具有较高的风能转换效益；高于额定风速时，它增加了整机的控制柔性，使功率输出更加稳定。
9、水平轴风力发电机组按照风力发电机组功率调节方式分为：采用齿轮箱增速的普通异步风力发电机组、双馈异步风力发电机组、直驱式同步风力发电机组（含永磁发电机组和直流励磁发电机）以及混合式（半直驱）风力发电机组。
10、风力发电机组按控制方式主要分为定桨失速控制、变桨失速（全桨距有限变速）控制和变速恒频控制。
11、定桨失速型风电机组均采用三相鼠笼式感应发电机晶闸管移相软切入控制，以限制冲击电流的目的，通常要求并网冲击电流在2倍额定电流以下。
12、定桨距失速风电机组的软并网控制结构，主控制器的判断依据为电流有效值、当前的移相控制角、发电机转速、输出为移相控制角给定和旁路控制信号。
13、软切入控制的主要任务：一是判断软切入气动时刻；二是确定双向晶闸管的移相规律。
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
风力发电机组的控制与安全系统技术要求
风力发电机组的控制与安全系统技术要求简介风力发电机组是一种利用风能转化为电能的设备，越来越多地被应用于能源领域。
为了保证风力发电机组的安全运行，需要进行控制和监管。
本文将介绍风力发电机组控制与安全系统的技术要求。
控制系统风力发电机组的控制系统是由控制器、传感器、执行机构等组成的，用于控制风力发电机的运行和维护。
控制器风力发电机组的控制器是核心部件，功率变换器、功率调整器、变桨器等都需要通过控制器来控制。
控制器需要支持各种常见的通讯协议，如Modbus、CAN等。
控制器需要具备以下技术要求：1.快速响应：控制器需要在短时间内响应并调节系统的状态，以保证发电机的安全运行。
2.稳定性：控制器需要能够保持在复杂多变的环境中的稳定性。
3.可靠性：控制器需要遵循良好的电路设计和质量控制标准，确保可靠性。
传感器风力发电机组的传感器用于检测风速、转速、温度等参数，为控制器提供可靠的反馈信息。
传感器需要具备以下技术要求：1.高效准确：传感器需要精确地检测各种参数。
2.可靠性：传感器需要具备较高的可靠性，以确保风力发电系统的正确工作。
执行机构风力发电机组的执行机构用于控制转子和叶片的角度，控制风力发电机的转速，从而确保风电机组能够按照预定要求工作。
执行机构需要具备以下技术要求：1.响应速度：执行机构需要具有较快的响应速度，以进行精密控制。
2.稳定性：执行机构需要能够保持在复杂多变的环境中的稳定性。
3.可靠性：执行机构需要遵循良好的电路设计和质量控制标准，确保可靠性。
安全系统风力发电机组的安全系统是通过对控制系统、电气设备、机械设备等的监测，实现风力发电机组的安全运行。
控制系统风电控制系统的安全要求主要包括以下几个方面：1.控制系统故障保护：确保控制器在故障情况下能够自动断电并防止发电机的持续运行。
2.防止电网反向流：避免电网中产生反向电流，对电气设备和控制器造成损害。
3.突发状况下的控制系统安全：应对发电机的速度和输出功率的变化，确保发电机及其附件的安全。
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。
中国风电机组控制系统行业综述(变桨系统篇)
中国风电机组控制系统行业综述（变桨系统篇）文 | 高原 中国可再生能源学会风能专业委员会风电产业概况得益于技术进步和商业模式创新，风电产业正在快速发展。
根据中国可再生能源学会风能专业委员会（CWEA）的统计，2019年，中国（除港、澳、台地区外）风电新增装机数量为10916台，新增装机容量为2679万千瓦，同比增长26.7%，占全球风电新增装机容量的44.4%。
截至2019年年底，中国风电累计装机数量为13.5万多台，累计装机容量为2.36亿千瓦，占全球风电累计装机容量的36.3%，继续保持稳步增长态势，驱动全球风电发展（图1）。
风电产业的高速发展为风电机组控制系统行业带来了巨大的市场契机，行业内能够抓住机遇的企业也迎来快速发展。
风电机组控制系统行业概况风电机组控制系统是控制风电机组运行、保障风电机组发电效率的重要部分，是风电机组运行的核心单元，主要包括主控系统、变桨系统和变流系统等。
在风电机组生产中，控制系统所占的成本相对较低，其作用却十分重要。
由于控制系统涉及多个技术领域，对生产工艺及稳定性有较高的要求，目前，越来越多的风电整机制造商为了降低成本，选择向外采购控制系统，这为风电机组系统配套商带来了新的市场空间。
风电机组变桨系统变桨系统是大型风电机组控制和保护的重要执行装置，对机组安全、稳定、高效运行具有十分重要的作用。
稳定的变桨控制已成为当前大型风电机组控制和保护技术领域研究的热点和难点之一。
变桨系统在风电机组整体成本中的占比约5%，但就是这样一个“小”部件，却对风电机组的安全运行发挥着至关重要的作用。
2011年欧盟ReliaWind项目一份题为《以可靠性为中心的风能系统设计和运维优化研究：用于下一代产品的工具、概念验证、导则和方法》（Reliabilityfocused research on optimizing WindEnergy systems design, operation andmaintenance: Tools, proof of concepts,guidelines & methodologies for a newgeneration）的报告显示，变桨系统故障在2MW风电机组故障次数中占21.29%，造成的风电机组停机时间约占总停机时间的23.32%，高于其他部50 风能Wind Energy2021年第01期 51图1 2010—2019年中国风电装机容量走势件或系统（图2）。
风电机组控制安全系统安全运行的技术要求
风电机组控制安全系统安全运行的技术要求风电机组控制安全系统是保证风力发电机组安全运行的关键。
为了确保该安全系统的稳定性和可靠性，需要满足一系列技术要求。
以下是关于风电机组控制安全系统安全运行的技术要求的内容：一、系统可靠性和稳定性要求1. 风电机组控制安全系统应具有充分的可靠性和稳定性，以确保风力发电机组的正常运行。
系统应能够对各种故障和异常情况做出及时响应，保障风电机组的安全运行。
2. 系统应具有自动检测和自我诊断功能，能够实时监测系统的工作状态和各部件的运行情况，及时发现并处理故障。
3. 系统应具有自动切换功能，能够在发生故障或异常情况时，自动切换到备份系统，确保风力发电机组不受影响。
4. 系统应具有恢复功能，能够在故障解除后自动恢复正常工作状态，确保风力发电机组的持续运行。
二、系统安全保护要求1. 风电机组控制安全系统应具有完备的安全保护功能，能够对风力发电机组的各部件和工作环境进行全面监控和保护。
系统应能够实时监测温度、振动、电压、电流等参数，确保各部件不超过允许范围，防止事故发生。
2. 系统应具有故障自锁保护功能，当系统发生故障时能够自动切断电源，防止继续工作造成更大的损失。
3. 系统应具有防雷击功能，能够有效抵御雷电击打，防止发电机组因雷击而受损，保障安全运行。
4. 系统应具有防误操作功能，能够有效避免误操作造成事故。
系统应设计合理的操作界面和控制逻辑，设置密码和权限等控制手段，确保只有授权人员才能进行操作。
三、系统通信和数据传输要求1. 风电机组控制安全系统应具有可靠的通信功能，能够与风力发电机组的其他系统进行信息交互和数据传输。
系统通信方式应采用双向通信，确保信息传输的准确性和及时性。
2. 系统通信应采用加密传输和远程监控技术，确保通信过程的安全性。
系统应具备抗干扰和抗攻击的能力，防止黑客入侵和破坏。
3. 系统应具有数据存储和备份功能，能够对运行数据和事件记录进行持久化存储，以便后期分析和故障诊断。
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。
风电机组主控系统培训课件
二、风机控制系统的作用-基本功能
并网运行的FD型风力发电机组的控制系统具备以下功能： ① 根据风速信号自动进入启动状态或从电网切出。 ② 根据功率及风速大小自动进行转速和功率控制。 ③ 根据风向信号自动偏航对风。 ④ 发电机超速或转轴超速，能紧急停机。 ⑤ 当电网故障，发电机脱网时，能确保机组安全停机。 ⑥ 电缆扭曲到一定值后，能自动解缆。 ⑦ 当机组运行过程中，能对电网、风况和机组的运行状况进行检
1安全链 安全链是一个硬回路，由所有能触发紧急停机的触点串联而成，任何一个触发都 会导致紧急停机。以下是构成紧急停机的信号点：
位于机舱控制柜上的紧急停机按钮，机舱内便携式控制盒停机按钮，变频器控制 柜上的紧急停机按钮。
低速轴超速信号，发电机转速超速信号。 超过额定功率的1.5倍。 振动超限 主控系统触发的变浆控制失败 电缆扭曲： ±4旋转 2变浆控制 三个叶片变桨分别由三个带变频控制的三个直流电机驱动，通过L+B控制器同步调 整动作。如果是电网故障或安全停机，每个电机的电源由各自的后备蓄电池提供。 变桨控制除了调节功率外，还作为三重冗余保护。每个叶片多安装有一个角度编 码器，每个电机也装有一个编码器，在运行中， L+B控制还监视变桨电机的电流 和温度，三个蓄电池循环充电控制，蓄电池电压检测，并通过串口与控制器通讯 进行数据传输。 3安全刹车 风机装有两个刹车卡钳，通过作用在装在高速轴上的刹车盘来止动。刹车卡钳直 接安装在齿轮箱壳体上。止动时靠弹簧力，张开时靠液压力。
二、风机控制系统的作用-检测风机运行状态
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。
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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。
（4）转速恒定区：这一区域内发电机转速达到最大值，并保持恒定，风速逐步增大，机组功率因为发电机扭矩的增大而增加。
而这个阶段，为了保护机组的安全运行，不再进行最大风能追踪，该区域的转速限制主要是通过调节发电机的电磁转矩实现的，功率曲线也较前一阶段平滑。
（5）功率恒定区：如果风速继续增大，发电机和变流器将达到其功率额定值，此时，只能减小风轮吸收的能量才能保障机组的安全，于是加入变桨距控制，增大桨距角，继续减小风能利用系数Cp，以维持机组的输出功率稳定在额定值。
（6）切出保护区：当风速继续增大，超过切出风速时，从保护机组的角度出发要将风力机叶片调至顺桨状态，风力发电机组切出电网，实现安全停机。
三、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
（1）关于主控系统
主控制器是电控系统的核心，要完成对机组运行参数和状态的检测和监控，同时要建立良好的人机交互界面和远程通讯的功能。
在主控系统的硬件上，几乎所有的厂家都选择PLC作为主控制器PLC系统因为构成灵活，扩展容易，以开关量控制为其特长，也能进行连续过程的PID回路控制，并能与上位机构成复杂的控制系统，实现生产过程的综合自动化；使用方便，编程简单，开发周期短，现场调试容易；能适应风电场恶劣的运行环境，可靠性强，所以完全适用于风电领域。
（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和动力系统改变桨距角的大小从而改变叶片气动特性，使桨叶和整机的受力情况大为改善。
作为变桨系统，主要有两大技术路线，如下：
1.电动变桨方式：几乎所有的国内风机制造商以及GE、Enercon、Suzlon、Siemens都是采用该种变桨方式，驱动电机有直流电机和交流电机之分，传动方式有齿轮齿圈传动和齿形皮带传动（仅有金风一家）之分。
2.液压变桨方式：以Vestas和Gamesa两大国际风机巨头为代表。
两种变桨方式各有优缺点，两种系统在基本功能方面几乎是一致的，而在细节方面各有利弊，目前在电动型应用领域更为广泛。
（3）关于变流系统
电力电子变流器作为风力发电与电网的接口，要满足风电机组控制、配合实现风能的最大捕获、向电网输送优质电能等要求。
近来低电压穿越功能的提出，使得变流器愈显重要。
在变流器方面，除金风风机采用全功率变流器以外，其余厂家采用的基本都是双馈型机组，变流器的容量为机组额定容量的1/3，在变流器的产品中也存在着两种不同的技术路线。
1.基于磁场定向原理的矢量控制变流器：科孚德、GE变流器、Gamesa变流器、深圳禾望等，国内外厂家都采用该种控制方法的变流器。
2.基于直接转矩控制原理的变流器：以ABB公司的ACS800型变流器为典型代表。
以上两种变流器虽然代表不同的技术，但是在风力发电领域的应用中都有很好的表现。
目前金风、联合动力都有机型通过了中国电科院的测试。