风力发电机组控制系统介绍

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。

电气控制系统电气控制系统的作用是确保风力机运行过程的安全性和可靠性，提高机组的运行效率和发电供电质量。

离网型风力发电机组电气控制系统分为直流和交流系统。

直流系统是由风力机驱动直流发电机、经过调压限流器向蓄电池充电及向电阻性负载供电。

交流系统包括交流发电机、整流装置、控制器、分流卸载电阻箱、蓄电池组、逆变器和负载。

它是一个由交流发电机经整流装置整流后向蓄电池充电及向电阻性负载供电，还可以在蓄电池之后连接逆变器向交流负载供电的交直流供电系统。

发电机按类型分为同步和异步发电机；励磁和永磁发电机；直流和交流发电机。

按运行方式又分为内转子和外转子。

现有国产离网型风力发电机多采用同步三相永磁式交流发电机，而且是直接驱动的低转速、内转子运行方式。

这种发电机为永磁体转子，无励磁电流损耗，它比同容量电励磁发电机效率高、重量轻、体积小、制造工艺简便、无输电滑环，运转时安全可靠，容易实现免维护运行。

它的缺点是电压调节性能差。

一种爪极无刷自励磁交流发电机，具备励磁电流自动调节功能。

在为独立运行的小型风力发电机配套时，可以有效的避免因风速变化，发电机转速变化而引起的端电压波动，使发电机的电压和电流输出保持平稳。

控制器功率容量几千瓦的离网型风电系统常配置简易的控制器。

它包括三相全桥整流、电压限制、分流卸载电阻箱、对蓄电池充电时的充放保护和容量10kVA以下逆变电源。

逆变电源输出的交流电波形分正弦波和方波，感性负载宜采用正弦波形的逆变电源。

比较完善的控制器采用：PWM斩波整流，使电气控制系统具备了AC-DC/DC-AC 双向变换功能；（2）PWM升压型（Boost型）整流，弥补了永磁发电机在低风速、低转速时电压偏低的缺陷；（3）根据风力发电机的运行特性切入了最大功率跟踪技术（PTTP）；（4）向蓄电池智能充电功能；（5）通过改善输出的交流波形，大幅提高风力发电系统的运行效率和年发电量；（6）设置风速及风力机转速传感器并在风速和转速达到限定值时启动执行机构实施制动停机；（7）设置了状态显示和主参数通讯接口。

风力发电机组的控制系统风力发电作为一种清洁、可再生的能源，越来越得到人们的重视和使用。

而风力发电最核心的部分就是风力发电机组控制系统。

本文将深入探讨风力发电机组控制系统的相关知识。

一、风力发电机组的基本组成部分风力发电机组通常由3个主要部分组成：风力涡轮、变速器和发电机。

其中变速器是为了将风力涡轮的旋转速度转变成适合发电机的速度，同时保证风力涡轮在各种风速下都能正常转动。

而发电机则是将机械能转变为电能。

二、风力发电机组的控制系统的分类根据控制对象的不同，风力发电机组控制系统可以分为风力涡轮控制系统和整机控制系统。

1. 风力涡轮控制系统风力涡轮控制系统主要由风速测量仪、方向传感器、转矩信号传感器、角度传感器、变桨控制器等部分组成。

其主要作用是对风速和转矩进行检测和获取，然后根据这些数据控制机组桨叶的角度，调节风力涡轮的输出功率，以适应不同的风速和负载要求。

当遭遇大风或预期外部异常情况时，风力涡轮控制系统还可以自动停机。

2. 整机控制系统整机控制系统主要由仪表、控制器、通信模块、电动机传动机构、机械部分等部分组成。

整机控制系统起到了协调、控制各部分工作的作用，可以实现以最佳的效率输出电能。

其主要作用是监控发电机组的运转状态，通过检测各项参数实时调整变速器的转速，并及时进行告警和自动停机。

三、风力发电机组控制系统的关键技术1. 风力涡轮桨叶轴系统的控制风力涡轮桨叶轴系统的控制是风力发电机组控制系统的核心部分之一，也是解决风机输出功率波动和抖动问题的重要技术。

目前常见的调节方式包括机械调节和电动调节两种。

机械调节方式主要采用伺服驱动的伸缩臂与桨叶之间的连杆机构实现，而电动调节则利用变速器的电动油门、电子液压伺服系统或液压拉杆控制桨毂角度。

其中，电动调节方式更加智能化、精准化。

2. 整机控制系统的优化算法整机控制系统的优化算法是风力发电机组控制系统技术的另一个重要方向。

通过对风能、转速、功率、角度等数据进行分析，整机控制系统可通过智能算法，实现最大效率的输出电能。

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。

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。

风力发电机组控制系统风力发电机组控制系统功能研究风力发电机组控制系统简介风力发电机组由多个部分组成，而控制系统贯穿到每个部分，其相当于风电系统的神经。

因此控制系统的质量直接关系到风力发电机组的工作状态、发电量的多少以及设备的安全性。

自热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、风轮的主动对封以及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控制，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。

与一般的工业控制过程不同，风力发电机组的控制系统是综合性控制系统。

他不仅要监视电网、风况和机组运行参，对机组进行控制。

而且还要根据风速和风向的变化，对机组进行优化控制，以提高机组的运行效率。

控制系统的组成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。

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图2-1所示：图2-1 控制系统结构示意图控制系统的类型 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案。

风力发电机组控制系统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2、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。

3、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。

4、2、机舱控制站5、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。