风力发电机控制系统

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。

风力发电系统的控制原理风力涡轮机特性：1，风能利用系数Cp风力涡轮从自然风能中吸取能量的大小程度用风能利用系数Cp表示：P---风力涡轮实际获得的轴功率r---空气密度S---风轮的扫风面积V---上游风速根据贝兹〔Betz〕理论可以推得风力涡轮机的理论最大效率为：Cpmax=0.593。

2，叶尖速比l为了表示风轮在不同风速中的状态，用叶片的叶尖圆周速度与风速之比来衡量，称为叶尖速比l。

n---风轮的转速w---风轮叫角频率R---风轮半径V---上游风速在桨叶倾角b固定为最小值条件下，输出功率P/Pn与涡轮机转速N/Nn的关系如图1所示。

从图1中看，对应于每个风速的曲线，都有一个最大输出功率点，风速越高，最大值点对应得转速越高。

如故能随风速变化改变转速，使得在所有风速下都工作于最大工作点，则发出电能最多，否则发电效能将降低。

涡轮机转速、输出功率还与桨叶倾角b有关，关系曲线见图2 。

图中横坐标为桨叶尖速度比，纵坐标为输出功率系统Cp。

在图2 中，每个倾角对应于一条Cp=f(l)曲线，倾角越大，曲线越靠左下方。

每条曲线都有一个上升段和下降段，其中下降段是稳定工作段〔若风速和倾角不变，受扰动后转速增加，l加大，Cp减小，涡轮机输出机械功率和转矩减小，转子减速，返回稳定点。

〕它是工作区段。

在工作区段中，倾角越大，l和Cp越小。

3，变速发电的控制变速发电不是根据风速信号控制功率和转速，而是根据转速信号控制，因为风速信号扰动大，而转速信号较平稳和准确〔机组惯量大〕。

三段控制要求：低风速段Ｎ＜Ｎｎ，按输出功率最大功率要求进行变速控制。

联接不同风速下涡轮机功率－转速曲线的最大值点，得到ＰＴＡＲＧＥＴ＝ｆ〔ｎ〕关系，把ＰＴＡＲＧＥＴ作为变频器的给定量，通过控制电机的输出力矩，使风力发电实际输出功率Ｐ＝ＰＴＡＲＧＥＴ。

图３是风速变化时的调速过程示意图。

设开始工作与Ａ２点，风速增大至Ｖ２后，由于惯性影响，转速还没来得与变化，工作点从Ａ２移至Ａ１，这时涡轮机产生的机械功率大于电机发出的电功率，机组加速，沿对应于Ｖ２的曲线向Ａ３移动，最后稳定于Ａ３点，风速减小至Ｖ３时的转速下降过程也类似，将沿Ｂ２－Ｂ１－Ｂ３轨迹运动。

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。

风力发电偏航控制系统的研究0引言风能是一种清洁能源，在人类实现可持续发展中有着重要作用，由于它的作用大，故此吸引的许多人的开发，风力发电更是受到广大的青睐。

其可靠优秀可靠优秀也被更多人认识。

本文主要是对风力偏航控制系统的组成和原理做一个简单的了解，偏航系统主要是由偏航控制机构和偏航驱动机构两大部分组成，控制机构包括风向传感器，偏航控制器，解缆传感器组成，而驱动机构是由偏航轴承，偏航驱动装置，偏航制动器组成。

本课题也是在了解了风力发电的一些基本原理的前提下面，进一步对偏航做一个更好的认识，了解简单的控制流程。

同样就风力在全世界的快速发展，因此带动了一大批产业的崛起，它对世界经济的上升带来了不可忽视的重大作用。

1风力发电概况1.1国外风力发电的发电根据全国风能理事会发布的全球风电市场装机数据，2011年，全球新增风电装机达到237669MW。

这一数据表明全球累计装机实现了21%的年增长，新装数据达到6%o到目前，全球75个过国家有商业运营的风电装机，其中22个国家的装机容量超过lOOOMWo 996^2011年全球风电发展情况如图1-1和图1-2。

1.2国内风力发电的发展风电行业在2011年仍然保持了较快的发展，根据不完全统计，截止到2011年12月末，中国风电累计装机容量达6580. 21万千瓦（包括已经并网发电和等待并网发电），分布在31个省、直辖市、自治区和特别行政区。

其中，广州和四川在2011 年填补了无风电的空白。

累计风电装机超过200万千瓦的省级地区有10个，其中内蒙古风电装机容量以1853. 63万千瓦位居第一，河北与甘肃分别位居第二和第三。

累计风电装机容量前10位省级地区的合计装机容量达到5671.45万千瓦，占全国累计风电装机容量的86. 19%如图1-3。

2. 1偏航系统概述偏航系统是水平轴式风力发电机组不可缺少的组成之一。

它的主要作用有两 个： 一是与风力发电机组的控制系统相互配合，使风力发电机组的风轮始终处于迎风状 态，充分利用风能，提高风力发电机组的发电效率；二是提供必要的锁紧力矩，以保障 风力发电机组的安全运行。

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。

风力发电机的风向控制系统说明书一、引言风力发电机作为一种清洁、可再生的能源发电设备，受到了越来越多的关注和应用。

风向控制系统是风力发电机中至关重要的一个部分，它能够将风能转化为电能的效率最大化。

本说明书旨在提供风向控制系统的详细说明和操作指南，确保用户能够正确安装、调试和操作系统。

二、系统组成风向控制系统由以下几个主要组成部分构成：1. 风向传感器：通过感知风的方向，将信号传递给控制系统；2. 控制器：接收风向传感器传来的信号，根据设定参数进行计算和控制；3. 驱动系统：根据控制器的指令控制风力发电机的倾斜角度，使其朝向风的方向；4. 电力输出系统：将通过风力发电机转化的机械能转化为电能并输出。

三、系统安装与调试1. 安装：a. 风向传感器：应安装在风力发电机的最高点，确保能够准确感知风的方向；b. 控制器：根据用户需求，选择合适的位置进行安装，建议防止暴雨和阳光直射；c. 驱动系统：根据风力发电机的设计结构，选择合适的方式安装；d. 电力输出系统：根据风力发电机的设计要求，连接输出设备。

2. 调试：a. 风向传感器：通过检测风向传感器输出的信号，确认其准确性；b. 控制器：根据用户需求，进行参数设置和校准，确保控制器的正常运行；c. 驱动系统：根据控制器的指令，调整风力发电机的倾斜角度，观察是否与风向传感器的信号一致；d. 电力输出系统：确认电力输出的稳定性和输出功率符合预期。

四、系统操作与维护1. 操作：a. 启动系统：确保风力发电机与电力输出系统连接正常后，按照操作指南启动系统；b. 监控系统：定期监测风力发电机的运行状态和电力输出情况，及时处理异常情况。

2. 维护：a. 定期检查风向传感器和控制器的连接是否牢固，如有松动及时紧固；b. 清洁风向传感器和控制器，确保其表面干净，避免灰尘和水分影响正常工作；c. 定期检查驱动系统的润滑情况，确保其部件间的摩擦减小，延长使用寿命；d. 维护电力输出系统的电缆、绝缘体等相关设备，确保其安全可靠。

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。

风力发电机系统及其自动化控制一、引言风力发电是一种利用风能转化为电能的可再生能源技术。

风力发电机系统是由风力发电机、传动系统、发电机控制系统和电网连接系统等组成的。

自动化控制技术在风力发电机系统中起着至关重要的作用，可以提高系统的效率和可靠性。

本文将介绍风力发电机系统的基本原理和自动化控制技术。

二、风力发电机系统的基本原理风力发电机系统的基本原理是利用风能驱动风力发电机转动，通过传动系统将机械能转化为电能，并将电能输送到电网中。

风力发电机通常由风轮、主轴、发电机和控制系统组成。

1. 风轮风轮是风力发电机的核心部件，它通过叶片捕捉风能并转化为机械能。

风轮通常由数个叶片组成，叶片的形状和数量会影响风力发电机的性能。

2. 主轴主轴是连接风轮和发电机的部件，它将风轮转动的机械能传递给发电机。

主轴通常由高强度的材料制成，以承受风力发电机的转动力矩。

3. 发电机发电机是将机械能转化为电能的设备。

风力发电机通常采用异步发电机或永磁同步发电机。

发电机的输出电压和频率需要与电网保持一致，因此需要通过控制系统来调节发电机的转速。

4. 控制系统控制系统是风力发电机系统的核心部分，它负责监测和控制风力发电机的运行状态。

控制系统通常包括风速测量装置、转速测量装置、电压测量装置和控制器等。

通过对测量数据的分析和处理，控制系统可以实现对风力发电机的自动化控制。

三、风力发电机系统的自动化控制技术风力发电机系统的自动化控制技术主要包括风速控制、转速控制和电压控制等。

1. 风速控制风速控制是通过调节风轮的转动速度来控制风力发电机的输出功率。

当风速较低时，风力发电机的输出功率较低，可以通过提高风轮的转速来提高输出功率；当风速较高时，风力发电机的输出功率较高，可以通过降低风轮的转速来控制输出功率。

2. 转速控制转速控制是通过调节发电机的转速来控制风力发电机的输出电压和频率。

当电网电压和频率发生变化时，控制系统可以通过调节发电机的转速来使输出电压和频率保持稳定。

密级：公司秘密型风力发电机组主控制系统说明书编号KF20-001000DSM版本号A东方汽轮机有限公司2014年7 月编制<**设计签字**> <**设计签字日期**> 校对<**校对签字**> <**校对签字日期**> 审核<**审核签字**> <**审核签字日期**> 会签<**标准化签字**> <**标准化签字日期**><**会二签字**> <**会二签字日期**><**会三签字**> <**会三签字日期**><**会四签字**> <**会四签字日期**><**会五签字**> <**会五签字日期**><**会六签字**> <**会六签字日期**><**会七签字**> <**会七签字日期**><**会八签字**> <**会八签字日期**><**会九签字**> <**会九签字日期**> 审定<**审批签字**> <**审批签字日期**>批准<**批准签字**> <**批准签字日期**> 编号换版记录目录序号章节名称页数备注1 0-1 概述 12 0-2 系统简介 13 0-3 系统硬件114 0-4 系统功能 55 0-5 主控制系统软件说明126 0-6 故障及其处理说明640-1概述风能是一种清洁环保的可再生能源，取之不尽，用之不竭。

随着地球生态保护和人类生存发展的需要，风能的开发利用越来越受到重视。

风力发电机就是利用风能产生电能，水平轴3叶片风力发电机是目前最成熟的机型，它主要是由叶片、轮毂、齿轮箱、发电机、机舱、变频器、偏航装置、刹车装置、控制系统、塔架等组成。

风力发电机系统及其自动化控制一、引言风力发电是一种利用风能转化为电能的可再生能源技术。

风力发电机系统是实现风能转化的关键设备，而自动化控制则是提高风力发电系统效率和稳定性的重要手段。

本文将介绍风力发电机系统的组成和工作原理，并探讨其自动化控制的关键技术。

二、风力发电机系统的组成风力发电机系统主要由风力发电机组、变频器、变压器、电网连接和监控系统等组成。

1. 风力发电机组风力发电机组是风力发电系统的核心部件，其主要由风轮、发电机和塔架组成。

风轮是转动的部分，通常由数片叶片组成，叶片的设计和材料选择直接影响风力发电机组的性能。

发电机是将风能转化为电能的装置，常用的有同步发电机和异步发电机两种。

塔架用于支撑风轮和发电机，使其能够高效地利用风能。

2. 变频器变频器是将风力发电机组产生的交流电转换为适合电网输送的交流电的装置。

它能够根据电网的要求调整输出电压和频率，实现风力发电系统与电网的匹配。

3. 变压器变压器用于将变频器输出的电能升压至电网所需的电压水平，以便输送到电网中。

4. 电网连接电网连接是将风力发电系统与电网相连的关键环节。

通过电网连接，风力发电系统可以将产生的电能输送到电网中，实现对外供电。

5. 监控系统监控系统用于实时监测风力发电机组的运行状态和电能输出情况。

通过监控系统，可以及时发现故障并采取相应措施，保证风力发电系统的安全稳定运行。

三、风力发电机系统的工作原理风力发电机系统的工作原理是利用风能驱动风轮旋转，进而带动发电机产生电能。

具体工作过程如下：1. 风轮转动当风力作用于风轮叶片时，风轮开始转动。

风轮的转动速度与风速、叶片形状和数量等因素有关。

2. 发电机发电风轮的转动带动发电机转子旋转，通过磁场感应原理产生电能。

同步发电机通过转子和定子之间的磁场耦合产生电能，而异步发电机则通过转子感应电流产生电能。

3. 变频器调节发电机产生的交流电经过变频器转换为适合电网输送的交流电。

变频器可以根据电网的要求调整输出电压和频率，以实现与电网的匹配。

风力发电机的风速控制系统说明书一、引言风力发电机是一种利用风能将其转化为电能的装置。

而风速控制系统则是风力发电机中关键的一部分，它的作用是确保风力发电机在不同风速下的工作效率和安全性。

本文将详细介绍风速控制系统的相关信息，包括系统的结构、工作原理以及如何使用和维护。

二、系统结构风速控制系统主要由以下几个组成部分构成：1. 风速传感器：用于检测风速的传感器，通常安装在风力发电机的顶部或附近，并与控制系统进行连接。

2. 控制器：接收并处理来自风速传感器的信号，根据风速的变化来调整风力发电机的转速，以达到最佳的工作状态。

3. 电机驱动器：根据控制器的指令，控制风力发电机的转速，确保其在各种风速下都能稳定运行。

三、工作原理风速控制系统的工作原理如下：1. 风速传感器检测风速，并将所得的数据传输给控制器。

2. 控制器根据接收到的风速数据，与预设的工作参数进行比较，从而确定风力发电机需要调整的转速。

3. 控制器将转速调整的指令发送给电机驱动器。

4. 电机驱动器根据控制器发送的指令，调整风力发电机的转速。

5. 风力发电机根据电机驱动器的控制，调整叶片的角度和转速，以最大程度地转化风能为电能。

四、使用和维护为了确保风力发电机的风速控制系统能够稳定运行并保持高效性，以下是一些建议的使用和维护事项：1. 使用前，请确保系统的所有部件都安装正确，并进行必要的校准和测试。

2. 定期检查风速传感器的工作状态，如有问题及时更换或维修。

3. 避免在恶劣的天气条件下长时间使用风力发电机，以免对系统造成损坏或损失。

4. 定期对控制器进行系统升级，并确保使用最新版本的软件。

5. 风力发电机运行期间，及时检查控制器和驱动器的温度，如有过热迹象，请立即停机检修。

6. 在风力发电机需要进行维护或保养时，务必按照制造商的指导进行操作，切勿擅自拆卸或更改系统的任何部件。

7. 风力发电机停机时，请切断电源，并确保系统处于安全状态。

五、总结风速控制系统是风力发电机中的关键部分，它可以确保风力发电机在不同风速下高效且安全地工作。

基于PLC的风力发电控制系统设计基于PLC（可编程逻辑控制器）的风力发电控制系统是一种能够自动控制风力发电机组运行的系统。

PLC作为控制器，通过输入和输出模块与其他设备进行通信，根据预设的逻辑程序对风力发电机进行控制，实现对发电机的监测、控制和保护。

下面将针对该系统进行详细设计。

首先，整个风力发电控制系统的架构可以分为四个主要的功能模块：风速检测模块、温度检测模块、发电机控制模块和报警保护模块。

这些模块通过PLC进行数据采集、处理和输出。

1.风速检测模块：风力发电的效率受到环境因素的影响，风速是其中最主要的因素之一、风速检测模块通过风速传感器实时测量风速，并将数据传输给PLC进行处理。

PLC可以根据预设的控制策略调整风力发电机组的转速，以使风力发电机组能够在不同的风速下运行。

2.温度检测模块：风力发电机组在运行过程中会产生一定的热量，温度检测模块通过温度传感器实时监测发电机组的温度情况，并将数据传输给PLC进行处理。

PLC可以根据温度数据进行控制，以保证发电机组的正常运行和防止过热。

3.发电机控制模块：发电机的控制是风力发电控制系统的核心，也是最复杂的模块之一、在这个模块中，PLC通过输出控制信号来调整发电机的功率输出和运行状态。

根据预设的控制逻辑，PLC可以根据风速、温度和其他相关参数，实时调整发电机的控制参数，确保发电机始终在最佳工作状态下工作。

4.报警保护模块：在风力发电过程中，可能会发生多种异常情况，如风速过大、温度过高等，这些异常情况可能对发电机组造成损坏。

因此，系统需要具备报警和保护功能。

报警保护模块通过输入模块监测各种传感器的数据，当一些参数超出设定值范围时，PLC会触发相应的报警信号并采取相应的保护措施，如停机、降低功率输出等，以保证发电机组的安全运行。

设计风力发电控制系统需要注意以下几点：1.系统的可靠性和稳定性是设计的关键，因此要选择具有高稳定性和可靠性的PLC设备，并确保各个模块之间的通信准确可靠。