大型风力发电机组控制系统的安全保护功能
永磁同步风力发电系统的组成、工作原理及控制机理
永磁同步风⼒发电系统的组成、⼯作原理及控制机理永磁同步风⼒发电系统的系统基本组成、⼯作原理、控制模式论述1.系统的基本组成：直驱式同步风⼒发电系统主要采⽤如下结构组成：风⼒机（这⾥概括为：叶⽚、轮毂、导航罩）、变桨机构、机舱、塔筒、偏航机构、永磁同步发电机、风速仪、风向标、变流器、风机总控系统等组成。
其中全功率变流器⼜可分为发电机侧整流器、直流环节和电⽹侧逆变器。
就空间位置⽽⾔，变流器和风机总控系统⼀般放在塔筒底部，其余主要部件均位于塔顶。
2.⼯作原理：系统中能量传递和转换路径为：风⼒机把捕获的流动空⽓的动能转换为机械能，直驱系统中的永磁同步发电机把风⼒机传递的机械能转换为频率和电压随风速变化⽽变化的不控电能，变流器把不控的电能转换为频率和电压与电⽹同步的可控电能并馈⼊电⽹，从⽽最终实现直驱系统的发电并⽹控制。
3.控制模式：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。
风⼒发电控制系统的基本⽬标分为三个层次：分别为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。
⼀、系统运⾏时控制：1、偏航系统控制：偏航系统的控制包括三个⽅⾯：⾃动对风、⾃动解缆和风轮保护。
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2~3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2~3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。
风力发电机组的控制系统
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。
风力发电机组240验收
卖方全面负责风电机组的调试及试运行。风电机的 安装、接线完毕后通电调试，卖方在投标文件中附上调 试计划，应当列明风电机组调试的内容、步骤、调试方 法和控制点等。
以下外部原因导致的停机，不视为风电机组故障：
1）电网故障（电网参数在技术规范范围之外）； 2）气象条件（包括风况和环境温度）超出技术规 范规定的运行范围；
轴类零件
泄露、异常噪声、振动、腐蚀润滑、螺栓与预紧力
机舱及承载结构件
腐蚀、裂纹、异常噪声、润滑、螺栓预紧力
液压、气动系统
损伤、防腐、泄露、功能性侵蚀、裂纹
塔架、基础
腐蚀、螺栓预紧力
安全设施、信号和刹车 装置
功能检查、参数设定、损伤、磨损
电气系统和控制系统
并网、腐蚀、功能、污物
4、试运行期间应根据设备制造商的规定对机组进行 必要的调整工作。这些工作包括（但不限于）螺栓预 紧、更换润滑油。检查零部件的装配和工作情况等适 当的调整。
2）测量注意事项
测量接地电阻时应注意：
（1）测量时接地装置宜与避雷线断开；
（2）电流极、电压计应布置在与线路或地下金属管道 垂直的方向上；
（3）应避免在雨后立即测量接地电阻；
（4）允许采用其它等效的方法进行测量。Βιβλιοθήκη d11电压≈30o
D
d12
电流
图1 电极三角形布置
4.控制功能的检查和试验 对锋利发电机控制器的控制功能进行下列检查和试验： 1）根据风速信号自动进行启动、并网和停机功能试验； 2）根据风向信号进行偏航对风调向试验； 3）根据功率或风速信号进行大、小发电机切换试验
3）所有非卖方责任的全部停机。 若在240h试运行期间，风电机组出现需人工干预 的故障，则待故障处理后重新计时。
风力发电控制方法
风力发电控制方法一、引言随着能源需求的不断增长和对环境保护意识的提高，可再生能源的利用越来越受到关注。
其中，风力发电作为一种清洁、可持续的能源形式，逐渐成为人们广泛采用的发电方式之一。
风力发电的关键是如何有效地控制风力发电机组的运行，以实现最大化的发电效益。
本文将介绍几种常见的风力发电控制方法。
二、定速控制定速控制是风力发电最常用的控制方式之一。
其原理是通过控制风力发电机组的转速保持恒定，使得发电机输出的电压和频率稳定。
在这种控制方式下，风力发电机组的转速通常设定为额定转速，当风速超过额定风速时，会通过控制机组的叶片角度或刹车系统来限制转速，以保护发电机组的安全运行。
三、变速控制变速控制是一种根据风速的变化而调整风力发电机组转速的控制方式。
在低风速时，风力发电机组的转速较低，以保证机组获得足够的启动风速；而在高风速时，转速会逐渐增加，以提高风力发电机组的发电效率。
变速控制能够更好地适应不同的风速条件，提高发电效率，但也增加了控制系统的复杂性和成本。
四、功率控制功率控制是一种以实际输出功率为目标的控制方式。
通过监测风力发电机组的转速、风速和叶片角度等参数，控制系统可以实时计算出最佳的功率输出点，并调整叶片角度和转速以实现最大化的发电效益。
功率控制可以使风力发电机组在不同的风速条件下始终工作在最佳状态，提高发电效率和稳定性。
五、电网并联控制电网并联控制是将风力发电机组与电网连接并行运行的一种控制方式。
通过监测电网的电压和频率等参数，控制系统可以调整风力发电机组的输出功率，使其与电网保持同步运行。
电网并联控制可以实现风力发电的发电功率与电网负荷的匹配，同时也可以提供稳定的电力输出。
六、故障保护控制故障保护控制是一种用于保护风力发电机组安全运行的控制方式。
通过监测发电机组的转速、温度、振动等参数，控制系统可以及时检测到可能存在的故障，并采取相应的措施，如降低转速、切断电网连接等，以防止故障进一步扩大，保护设备和人员的安全。
风电监控自动化技术监督-名词解释
风电监控自动化技术监督——名词解释名词：风力发电机组将风的动能转换为电能的系统。
名词：水平轴风力发电机组风轮轴基本上平行于风向的风力发电机组。
名词：垂直轴风力发电机组风轮轴垂直于风向的风力发电机组。
名词：定桨距机组风轮桨叶与轮毂刚性连接，桨距角不随风速和机组运行工况变化的风力发电机组。
名词：变桨距机组桨距角可以根据风速和机组运行工况变化的风力发电机组。
名词：双馈风力发电机组双馈风力发电机是交流异步电机的一种，发电机定子接电网或负荷，变流器给转子施加交流电来励磁，通过调整转子励磁电流大小和频率，可使定子的输出频率恒定，除定子向电网馈电外，转子也可以向电网馈电，或从电网吸收能量。
名词：直驱式永磁同步风力发电机组采用多级永磁发电机，由风力直接驱动，并经全功率变流器向电网馈电的变速恒频机组。
名词：半直驱式永磁同步风力发电机组也称为“中传动比齿轮箱型”机组，采用单级变速装置和多级永磁同步发电机，转速介于高传动比齿轮箱型和直驱式之间的机组。
名词：轮毂将叶片或叶片组件连接到风轮轴上的固定部件。
名词：双馈风力发电机组变流器与双馈风力发电机组配套，连接于转子绕组与电网之间的变流器，用于为发电机转子提供交流励磁或将转子能量馈入电网，以及实现发电机功率解耦合并网控制等功能。
主要由发电机侧变流器、直流环节、电网侧变流器及其控制系统组成，具有能量双向流动的特点。
名词：大气环流指地球表面大范围的大气运动，大气环流的形成是因地球绕太阳运转过程中日地距离和方位不同，导致地球上各维度所接受的太阳辐射强度各异造成的。
名词：风速空间特定点的风速为该点周围气体微团的移动速度。
名词：局地环流指海陆风、山谷风等由海陆差异或地形特征等引起的气流在白天和夜晚的周期变化。
名词：风廓线假设的风速随离地面高度变化的数学表达式，可采用自然对数或指数公式描述。
名词：风向频率在一定时间内各种风向出现的次数占所观测总次数的百分比。
名词：风速频率在一定时间内各种风速出现的次数占所观测总次数的百分比。
风电机组安全链
风电机组安全链摘要：随着国内科学技术的快速发展,我国在清洁能源的开发方面进行了大量的研究与实验,突破了许多风力发电机组运行中的技术瓶颈问题.但是在风电机组的运行维护与技术质量的配套设施方面还有一定的安全隐患,尤其是在运行过程中的稳定性问题成为了近年来有关企业和部门的重要关注点.关键词：风电机组，安全链前言在全球能源结构调整的背景下，国内风电机组装机量持续增长，且新增机型均为变桨矩机型。
随着运行时间的增加，变桨系统出现故障的概率越来越高，一旦遇到风电机组变桨系统因各种原因导致桨叶无法收回时，易引起风电机组飞车倒塔事故的发生。
安全链作为风电机组防止飞车倒塔的最后一道防线，具有重要的意义。
一、安全链的概念风电机组控制系统安全保护是以“失效一安全”为原则进行设计的。
即当控制失败、内部或外部故障导致机组不能正常运行时，系统安全保护装置动作，确保机组处于安全状态。
当出现急停按钮动作、超速、扭缆、振动、变桨驱动、看门狗信号丢失及脱网时的停机失败等现象时，系统自动执行保护功能。
控制系统的安全保护通常有一般保护和紧急保护两个层次。
一般保护由机组软件控制系统来完成，紧急保护则是由独立于计算机系统的硬件保护措施完成，即安全链保护。
二、安全链设计原理安全链釆用反逻辑(有信号时断开)设计，将可能对风电机组造成严重伤害的故障节点串联成一个回路，一旦其中一个信号动作，将引起紧急停机，执行机构失电，机组瞬间脱网，并使主控系统和变桨系统处于闭锁状态，从而最大限度地保证机组的安全。
三、安全链的作用风力发电机组的安全链是十分重要的，在逻辑上，安全链系统的等级比控制系统要优先。
其目的是为了确保风力发电设备在出现危机机组或人生安全的故障时，首先保证执行机构安全动作，确保机组或人身处于安全状态。
（一）一般保护在控制系统控制下进行的停机称为正常停机。
如过/欠电压保护、过电流保护、主轴承过热保护、发电机绕组及轴承过热保护、齿轮箱过热保护、制动片过热保护、齿轮箱及液压站油位低保护等。
风力发电机组的控制技术
风力发电机组的控制技术摘要：随着时代的发展科技的进步，我国在不断地向前发展，电力的使用量是衡量一个国家发展的主要依据之一，我国每年的电耗量位居世界前列，发电过程中需要消耗大量的能源，对环境造成一定的影响，所以我国一直致力于利用清洁能源进行发电，其中风力发电就是清洁能源发电的主要手段之一，本文将对风力发电机组的控制技术进行讨论。
关键词：风力发电；风力发电机组；发电机组控制技术风力发电是一种清洁的发电手段，减少了发电对于环境的破坏。
我国国土辽阔，适合风力发电的区域广泛，所以我国在风力发电这一发电技术上取得了长足进步，风力发电机组的控制技术是维持风力发电的最核心技术之一，风力发电机组的控制技术能够为我国风力发电事业提供强大助力。
一、风力发电在进行风力发电机组的控制技术讨论时，首先简述一下风力发电的概念及其适用范围。
风力发电是指将风的动能转化为机械动能，之后将机械动能转化为电能的一种发电手段，并且风力发电在发电过程中不会产生辐射及空气污染情况的发生，是一项清洁的发电技术。
风力发电在我国西部地区使用广泛，风力发电技术在近些年也得到了充分的发展，风力发电又分为水平轴风力发电、垂直轴风力发电、双馈型发电机发电等多种发电模式。
二、风力发电机组想要利用风力进行发电工作，就离不开发电机组的运转，风力发电机组由风轮、发电机组成。
其中发电机又由风轮中所含的叶片、轮毂等部件组成，当叶片受到风力吹动时，会进行旋转，从而将机械能转化为电能。
风力发电机组按照风轮桨叶分类分为定桨型与变桨型两种，按照风轮的转速又可分为定速型、变速型两种[1]。
我国现在已经拥有了风力发电关键零部件的开发制造能力，但是我国的风力发电机组控制技术还有待完善，再简单描述风力发电机组的构成与类型之后，下面将针对风力发电机组的控制技术进行讨论。
三、风力发电机组的控制技术风力发电机组的控制技术，是风力发电的核心，通过控制技术能够提高风力发电的安全性，提高风力发电的发电效率，下面根据风力发电机组的控制技术进行研究讨论。
风力发电机组的基本工作状态（三篇）
风力发电机组的基本工作状态安全天地网讯风力发电机组总是工作在如下状态之一：①运行状态；②暂停状态；③停机状态；④紧急停机状态。
每种工作状态可看作风力发电机组的一个活动层次，运行状态处在最高层次，紧停状态处在最低层次。
为了能够清楚地了解机组在各种状态条件下控制系统是如何反应的，必须对每种工作状态作出精确的定义。
这样，控制软件就可以根据机组所处的状态，按设定的控制策略对调向系统、液压系统、变桨距系统、制动系统、晶闸管等进行操作，实现状态之间的转换。
以下给出了四种工作状态的主要特征及其简要说明。
(1)运行状态：1)机械刹车松开；2)允许机组并网发电；3)机组自动调向；4)液压系统保持工作压力；5)叶尖阻尼板回收或变桨距系统选择最佳工作状态。
(2)暂停状态：1)机械刹车松开；2)液压泵保持工作压力；3)自动调向保持工作状态；4)叶尖阻尼板回收或变距系统调整桨叶节距角向90方向；5)风力发电机组空转。
这个工作状态在调试风力发电机组时非常有用，因为调试风力机的目的是要求机组的各种功能正常，而不一定要求发电运行。
(3)停机状态1)机械刹车松开2)液压系统打开电磁阀使叶尖阻尼板弹出，或变距系统失去压力而实现机械旁路；3)液压系统保持工作压力；4)调向系统停止工作。
(4)紧急停机状态：1)机械刹车与气动刹车同时动作；2)紧急电路(安全链)开启；3)计算机所有输出信号无效；4)计算机仍在运行和测量所有输入信号。
当紧停电路动作时，所有接触器断开，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。
风力发电机组的基本工作状态（二）风力发电机组是一种利用风能将其转化为电能的设备。
它由风轮、发电机、传动系统和控制系统等组成，能够将风的机械能转换成电能，并输送到电网中供人们使用。
以下是风力发电机组的基本工作状态的详细介绍。
1. 待机状态风力发电机组在没有足够的风能驱动风轮时，处于待机状态。
在待机状态下，风轮静止不动，发电机不工作，只有控制系统处于运行状态。
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大型风力发电机组控制系统的
安全保护功能
Safety protection function of control system for large wind turbine
电力安全 | Power Safety
安全管理
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大型风力发电机组控制系统的安全
保护功能
1制动功能
制动系统是风力发电机组安全保障的重要环节，在硬件上主要
由叶尖气动刹车和盘式高速刹车构成，由液压系统来支持工作。制
动功能的设计一般按照失效保护的原则进行，即失电时处于制动保
护状态。在风力发电机组发生故障或由于其他原因需要停机时，控
制器根据机组发生的故障种类判断，分别发出控制指令进行正常停
机、安全停机以及紧急停机等处理，叶尖气动刹车和盘式高速刹车
先后投入使用，达到保护机组安全运行的目的。
2独立安全链
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。安全链采用反逻辑
导语：进行安全管理的目的是预防、消灭事故，防止或消除事故伤害，保护劳动者的安全与健康。在安全管
理的四项主要内容中，虽然都是为了达到安全管理的目的，但是对生产因素状态的控制，与安全管理目的关
系更直接，显得更为突出。
电力安全 | Power Safety
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设计，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，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、看门狗、扭缆、24V电源失电、振动和紧急停机
按钮动作。
3防雷保护
多数风机都安装在山谷的风口处或海岛的山顶上，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
最容易因雷电感应造成过电压损害，因此在600kW风力发电机组控
制系统的设计中专门做了防雷处理。使用避雷器吸收雷电波时，各
相避雷器的吸收差异容易被忽视，雷电的侵入波一般是同时加在各
相上的，如果各相的吸收特性差异较大，在相间形成的突波会经过
电源变压器对控制系统产生危害。因此，为了保障各相间平衡，我
们在一级防雷的设计中使用了3个吸收容量相同的避雷器，二、三
级防雷的处理方法与此类同。控制系统的主要防雷击保护：①主电
路三相690V输入端（即供给偏航电机、液压泵等执行机构的前段）
电力安全 | Power Safety
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做了一级防雷保护；②对控制系统中用到的两相220V电压输出端
（电磁阀、断路器、接触器和UPS电源等电子电路的输入端）采取
二级防雷措施；③在电量采集通信线路上安装了通信避雷器加以保
护；④在中心控制器的电源端口增加了三级防雷保护。
4硬件保护
硬件本身的保护措施主要采取了3种方法：硬件互锁电路、过
电压以及过电流保护。
①风力发电机组中的左、右偏航电机和大、小发电机只有一个
可以运行，我们通过接触器辅助触点的互联对其进行了互锁。例如：
左右偏航电机接触器正常情况下处于断开状态，其各自的辅助触点
处于闭合状态。我们将左偏航电机的辅助触点传接到右偏航电机回
路里，右偏航电机的辅助触点串接到左偏航电机回路里；当机组需
要左偏航时，左偏航接触器带电，而串在右偏航电机回路里的左偏
航接触器辅助触点断开，从而保障了正确的偏航。当由于误动作引
起左右偏航电机接触器都带电时，它们的辅助触点都断开，机组不
进行偏航，从而达到了保护机组安全运行的目的。
电力安全 | Power Safety
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②在设计时，对断路器、接触器等选件都进行了负荷计算。选
择的原则：既留有裕量也不会使执行机构等受到冲击，当有瞬时冲
击电流通过电缆传入控制柜时，控制系统具有自我保护的能力。
③通过将快速熔断器、速断保护的断路器（根据各自的负荷计
算允许通过的电流）等串在执行机构的前端，防止了大电流流过回
路，从而减少了不必要的损害。
5接地保护
在整个控制系统中用了以下5种接地方式，来达到安全保护的
目的。
①工作接地。变压器的中性点设置接地。
②保护接地。为了防止控制系统的金属外壳在绝缘被破坏时可
能带电，以致危及人身安全而设置的接地。
③防雷接地。避雷器的一端与控制系统中被保护的设备相连，
另一端连接到地下，能把雷电流引入大地。
④防静电接地。将控制系统中的金属可导电部分在工作过程中
产生的静电电流引入大地。
电力安全 | Power Safety
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⑤屏蔽接地。为防止外界磁场对流经电缆的信号产生影响，设
计时选用了屏蔽电缆，并将电缆屏蔽层接地。
6电网掉电保护UPS电源
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
组的控制系统、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；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，
对控制电路作了相应的改进。在控制系统电路中加设了一台1kVA的
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在线UPS后备电源，这样当电网突然停电时，UPS机及时投入，为
风机的控制系统提供足够的动力，使风机制动系统按正常程序完成
停机过程。
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