風力發(fā)電機組的控制系統(tǒng)

3.1風力發(fā)電機組控制系統(tǒng)的控制策略和功能3.2風力發(fā)電機組的基本組成3.3風力發(fā)電機組控制系統(tǒng)的基本組成3.4變槳距系統(tǒng)3.5偏航系統(tǒng)3.6液壓系統(tǒng)3.7安全保護系統(tǒng)3.8控制系統(tǒng)的設計第3章風力發(fā)電機組的控制系統(tǒng)

2021/5/91控制目標：保證系統(tǒng)的可靠運行能量利用率最大電能質量高機組壽命長常規(guī)控制策略：在運行的風速范圍內，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行低風速時，跟蹤最佳葉尖速比，獲取最大能量高風速時，限制風能的捕獲，保持風力發(fā)電機組輸出的功率為額定值減小陣風引起的轉矩波動峰值，減小風輪的機械應力和輸出的功率波動，避免共振減小功率傳動鏈的暫態(tài)響應控制器簡單，控制代價小調節(jié)機組功率，確保機組輸出的電壓和頻率穩(wěn)定3.1控制系統(tǒng)的控制策略和功能2021/5/92控制系統(tǒng)要實現(xiàn)的基本功能：根據(jù)風速信號自動加入起動狀態(tài)、并網(wǎng)或從電網(wǎng)切除；根據(jù)功率及風速大小自動進行轉速和功率控制；根據(jù)風向信號自動對風；迎風裝置根據(jù)風向傳感器測得的風向信號，由控制器控制偏航電機，驅動與塔架上大齒輪相嚙合的小齒輪轉動，使機艙始終對準風向方向根據(jù)功率因數(shù)自動投入（或切出）相應的補償電容。3.1控制系統(tǒng)的控制策略和功能2021/5/93控制系統(tǒng)要實現(xiàn)的基本功能：當發(fā)電機脫網(wǎng)時，能確保機組安全關機；在機組運行過程中，能對電網(wǎng)、風況和機組的運行狀況進行監(jiān)測和記錄，對出現(xiàn)的異常情況能夠自行判斷并采取相應的保護措施，并能夠根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)，生成各種圖表，以及風力發(fā)電機組的各項性能指標；能實現(xiàn)遠程通信。3.1控制系統(tǒng)的控制策略和功能2021/5/94獨立運行的風力發(fā)電機組

水平軸獨立運行的風力發(fā)電機組由風輪、尾舵、發(fā)電機、支架、電纜、充電器、逆變器、蓄電池組成

3.2風力發(fā)電機組的基本組成2021/5/95并網(wǎng)運行的風力發(fā)電機組

并網(wǎng)運行的發(fā)電機組由風輪（包括葉片和輪轂）、增速箱、發(fā)電機、偏航裝置、控制系統(tǒng)、塔架等部件組成

248135116971012葉片輪轂主軸承主軸偏航電機塔筒齒輪箱機艙底盤聯(lián)軸器發(fā)電機主控柜機艙罩3.2風力發(fā)電機組的基本組成2021/5/961.輪轂

輪轂是風輪的樞紐，也是葉片根部與主軸的連接件。所有從葉片傳來的力，都通過輪轂傳遞到傳動系統(tǒng)，再傳到風力機驅動的對象。3.2風力發(fā)電機組的基本組成2021/5/971.輪轂

同時輪轂也是控制葉片槳距（使葉片作俯仰轉動）的所在。在設計中應保證足夠的強度。2021/5/982.葉片：捕獲風能并將風力傳送到轉子軸心。3.2風力發(fā)電機組控制系統(tǒng)的基本組成2021/5/99定槳距葉片的葉根與輪轂直接相連，連接結構主要有法蘭式，螺紋件預埋式，鉆孔組裝式三種。葉片和輪轂的鏈接變槳距風力發(fā)電機組葉片通過變距軸承與輪轂連接。2021/5/910風機葉片設計短片2021/5/9112021/5/9123.調速或限速裝置從原理上看，有三類：第一類使風輪偏離主風向；第二類是利用氣動阻力；第三類改變葉片的槳距角。4.塔架風力機塔架載有機艙及轉子?？梢允枪軤畹乃埽ò踩?，也可是是格子狀的塔架（便宜）。按結構不同，塔架可分為：拉索式塔架桁架式塔架錐筒式塔架2021/5/9135.機艙包容著風力機的關鍵設備，包括齒輪箱，發(fā)電機。維護人員可通過風力機塔進入機艙。雙饋式機組機艙底盤多用鑄件多用焊接件2021/5/914

機艙殼體機艙殼體由機艙底盤、機艙罩和整流罩組成。塔架葉片輪轂主軸齒輪箱發(fā)電機機艙電氣控制柜風向標風速儀偏航電機整流罩機艙底盤機艙罩2021/5/9156主傳動功能：是將風力機的動力傳遞給發(fā)電機組成：主軸、主軸承、齒輪箱、聯(lián)軸器等。2021/5/9167.風力發(fā)電機種類有很多：異步發(fā)電機，同步發(fā)電機，開關磁阻發(fā)電機，軸向磁場發(fā)電機等。6主傳動2021/5/9178.偏航裝置借助電動機轉動機艙，以使風輪轉子葉片正對著風。偏航裝置由電子控制器根據(jù)風向標感覺的風向來操作。2021/5/918風力發(fā)電機的液壓系統(tǒng)屬于風力發(fā)電機的一種動力系統(tǒng)，主要功能是為變槳控制裝置、安全槳距控制裝置、偏航驅動和控制裝置、停機制動裝置提供液壓驅動力。它是為風力發(fā)電機上一切使用液壓作為驅動力裝置提供動力。在定槳距風力發(fā)電機組中，液壓系統(tǒng)的主要任務是驅動風力發(fā)電機的氣動剎車和機械剎車；在變槳距風力發(fā)電機組中，主要控制變距機構，實現(xiàn)風力發(fā)電機組的轉速控制、功率控制，同時也控制機械剎車機構。9.液壓系統(tǒng)2021/5/9193.2風力發(fā)電機組的基本組成10.電子控制系統(tǒng)由傳感器、執(zhí)行機構和軟/硬件處理器系統(tǒng)組成。不斷監(jiān)控風力機狀態(tài)……11.風速計及風向標：用于測量風速及風向。12.冷卻系統(tǒng)：有風冷和水冷。2021/5/920一、控制系統(tǒng)的總體結構控制系統(tǒng)的總體結構

控制系統(tǒng)的結構與功能監(jiān)視電網(wǎng)、風況和機組運行數(shù)據(jù)。并網(wǎng)、脫網(wǎng)控制。機組優(yōu)化控制。一般采用微機控制。3.3風力發(fā)電機組控制系統(tǒng)的構成2021/5/921

風力發(fā)電機組控制系統(tǒng)：由傳感器、執(zhí)行機構和軟/硬件處理器系統(tǒng)組成。傳感器一般包括：風速儀，風向標，轉速傳感器，電量采集傳感器，槳距角位置傳感器，各種限位開關，振動傳感器，溫度和油位指示器，液壓系統(tǒng)壓力傳感器，操作開關和按紐等。執(zhí)行機構一般包括：液壓驅動裝置或電動變槳距執(zhí)行機構，發(fā)電機轉矩控制器，發(fā)電機接觸器，剎車裝置和偏航電機等。處理系統(tǒng)：通常由計算機或微型控制器和可靠性高的硬件安全鏈組成，以實現(xiàn)風機運行過程中的各種控制功能，同時必須滿足當嚴重故障發(fā)生時，能夠保障風力發(fā)電機組處于安全狀態(tài)。3.3風力發(fā)電機組控制系統(tǒng)的構成2021/5/922

整個系統(tǒng)由主控制系統(tǒng)、機艙偏航控制系統(tǒng)、葉輪變槳控制系統(tǒng)組成，各子系統(tǒng)通過通訊母線系統(tǒng)互聯(lián)在一起。

采用分布式I/O方式：主控+遠程I/O站PLC控制器組成實時多任務操作系統(tǒng)。所有控制邏輯、控制策略、控制算法全部由PLC完成，執(zhí)行單元按照PLC輸出的控制量進行動作。3.3風力發(fā)電機組控制系統(tǒng)的基本組成2021/5/923

具體的控制內容包括：信號的數(shù)據(jù)采集、處理，變槳控制、轉速控制，實現(xiàn)最大功率點跟蹤控制，功率因數(shù)控制，偏航控制，自動解纜，并網(wǎng)和解列控制，停機制動控制，安全保護系統(tǒng)，就地監(jiān)控、遠程監(jiān)控。3.3風力發(fā)電機組控制系統(tǒng)的基本組成2021/5/924信號采集

在風力發(fā)電機組運行過程中，必須對相關物理量進行測量，并根據(jù)測量結果發(fā)出相應信號，將信號傳遞到主控系統(tǒng)，作為主控系統(tǒng)發(fā)出控制指令的依據(jù)。需要檢測的信號

速度信號；

溫度信號；位置信號電氣特性；液流特性；

運動和力特性；環(huán)境條件

2021/5/9253.3風力發(fā)電機組控制系統(tǒng)的基本構成

主控系統(tǒng)及控制策略實現(xiàn)機組的發(fā)電控制，是風機控制的核心。負責所有任務的處理：

主控電源分配/轉換、風機的起/停；協(xié)調偏航控制、變槳控制、變流器控制；所有的輔助功能控制、保護、監(jiān)視等。

主控制系統(tǒng)2021/5/926主控系統(tǒng)硬件大型風電機組系統(tǒng)硬件由塔基控制器模塊組和機艙控制器模塊組組成。主控系統(tǒng)安裝在塔基的主控制柜中。2021/5/927偏航控制系統(tǒng)（機艙控制柜）

偏航控制系統(tǒng)控制策略主要完成機艙/輪轂電源分配/轉換，機艙偏航遠程I/O，機艙輔助功能控制，塔基加速度監(jiān)控（振動）及發(fā)電機的溫度保護等。

偏航控制器由機艙頂部的風向標激活，風向標測量風向給偏航控制系統(tǒng)提供輸入信號。通過控制器參數(shù)的設定，使偏航載荷最小化。偏航速度設定為0.5°/s。

風向標的測量信號濾波后如果超過15°，風力發(fā)電機組即開始偏航對風。風向標輸出信號為0，風向即為0°。2021/5/928人機界面人機界面是計算機與操作人員的交互窗口。其主要功能是風力發(fā)電機組運行操作、狀態(tài)顯示、故障監(jiān)測和數(shù)據(jù)記錄。一、運行操作1.機組起停及復位2.手動操作3.控制參數(shù)修改二、狀態(tài)顯示三、故障監(jiān)測2021/5/929

變槳系統(tǒng)的主要功能是通過調節(jié)槳葉對氣流的攻角，改變風力機的能量轉換效率從而控制風力發(fā)電機組的功率輸出，變槳系統(tǒng)還在機組需要停機時提供空氣動力制動。變槳執(zhí)行機構是變速恒頻風力發(fā)電機組控制系統(tǒng)的一個重要組成部分，通常采用液壓驅動或電驅動，在設計階段需要考慮兩種方式的優(yōu)點和缺點。主要有三種組合形式：1、液壓變槳距系統(tǒng)；2、電動變槳距系統(tǒng)；3、電-液結合的變槳距系統(tǒng)。3.4變槳距系統(tǒng)2021/5/9303.4變槳距系統(tǒng)一、液壓變槳距系統(tǒng)液壓變槳距系統(tǒng)以液壓伺服閥作為功率放大環(huán)節(jié)，以液體壓力驅動執(zhí)行機構。組成如下：

液壓變槳距系統(tǒng)的組成控制策略核心--變槳角度反饋閉環(huán)控制，角度設定依賴于葉輪轉速。角度設定與反饋的偏差信號送入變槳角度伺服控制器，從而控制槳葉角度及葉輪轉速亦即發(fā)電機輸出的電氣功率。2021/5/9313.4變槳距系統(tǒng)變槳距控制執(zhí)行系統(tǒng)原理二、電動變槳距系統(tǒng)1、總體結構

電動變槳距系統(tǒng)以伺服電機驅動齒輪系實現(xiàn)變距調節(jié)功能，可以使3個葉片獨立實現(xiàn)變槳距。2021/5/9323.4變槳距系統(tǒng)2、單元組成單個葉片變槳距裝置一般包括控制器、伺服驅動器、伺服電動機、減速機、變距軸承、傳感器、角度限位開關、蓄電池、變壓器等。伺服電動機：變槳距系統(tǒng)常用的伺服電動機有異步電動機、無刷直流電動機和三相永磁同步電動機。2021/5/933變距軸承：對于電動機驅動齒輪式變距的機組來說，一般選用有內齒的4點接觸球式轉盤軸承，變距軸承的內外圈分別與風輪的葉片和輪轂用螺栓連接。2021/5/934三、電-液變槳距系統(tǒng)特點是電液伺服系統(tǒng)中使用交流伺服電機而不是電液伺服閥。因此具有電動機控制靈活和液壓出力大的雙重優(yōu)點。四、變槳距系統(tǒng)的控制變槳距系統(tǒng)的控制是由控制器來實現(xiàn)的?？刂破饕环矫婵刂茍?zhí)行機構完成變槳距的動作，另一方面還要通過現(xiàn)場總線實現(xiàn)與主控制器的通信?？刂破鞯暮诵牟考俏⑻幚砥骰騊LC。(1)開環(huán)控制即將槳距角由順槳狀態(tài)(一般90°)按照一定的順控程序置為最大風能利用系數(shù)的角度(一般2°～3°)，以獲得最大起動力矩。

(2)閉環(huán)控制通過變槳距控制使轉速以一定升速率上升至同步轉速，進行升速閉環(huán)控制；為了對電網(wǎng)產(chǎn)生盡可能小的沖擊，控制器也同時用于并網(wǎng)前的同步轉速控制。2021/5/935變槳距系統(tǒng)2021/5/9363.5偏航系統(tǒng)水平軸風力機風輪繞垂直軸的旋轉叫偏航。偏航系統(tǒng)可以分為被動偏航系統(tǒng)和主動偏航系統(tǒng)。一、偏航系統(tǒng)的功能由于風向經(jīng)常改變，如果風輪掃掠面和風向不垂直，不但功率輸出減少，而且承受的載荷更加惡劣。偏航系統(tǒng)的功能就是跟蹤風向的變化，驅動機艙圍繞塔架中心線旋轉，使風輪掃掠面與風向保持垂直。2021/5/9373.5偏航系統(tǒng)二、偏航系統(tǒng)的組成和工作原理

偏航系統(tǒng)是一個自動控制系統(tǒng)，其組成和工作原理如下圖。2021/5/9383.5偏航系統(tǒng)偏航系統(tǒng)結構偏航系統(tǒng)的執(zhí)行機構一般由偏航軸承、偏航驅動裝置、偏航制動器、偏航液壓回路等部分組成。2021/5/939

1、偏航軸承

偏航軸承的內外圈分別與機組的塔體和機艙用螺栓連接。2、偏航驅動偏航系統(tǒng)用在對風、解纜時，驅動機艙相對于塔筒旋轉，一般為驅動電機或液壓驅動單元，安置在機艙中，通過減速機驅動輸出軸上的小齒輪，小齒輪與固定在塔筒上的大齒圈嚙合，驅動機艙偏航，嚙合齒輪可以在塔筒外，也可以在塔筒內。3、偏航制動偏航制動的功能是使偏航停止，同時可以設置偏航運動的阻尼力矩，以使機艙平穩(wěn)轉動。2021/5/940第二節(jié)偏航系統(tǒng)

偏航系統(tǒng)2021/5/941偏航系統(tǒng)由控制器來實現(xiàn)偏航系統(tǒng)的控制。人工操作信號交換偏航控制器四、偏航系統(tǒng)的控制1.偏航控制的硬件2021/5/942偏航系統(tǒng)2.偏航控制的軟件偏航控制系統(tǒng)由于采用計算機控制，因此必須依賴控制軟件。偏航系統(tǒng)工作流程(1)自動偏航功能(2)手動偏航功能(3)自動解纜功能

(4)90°側風功能

3、偏航傳感器（1）解繞傳感器（2）偏航方向傳感器2021/5/9432021/5/9442021/5/9452021/5/9462021/5/9472021/5/9482021/5/9492021/5/9503.6液壓系統(tǒng)功能：以有壓液體為介質，實現(xiàn)動力傳輸和運動控制的機械單元。優(yōu)點：傳動平穩(wěn)、功率密度大、易實現(xiàn)無級調速、易更換元器件和過載保護可靠等。圖5-30風力發(fā)電機組液壓站主要用于：控制變距機構，空氣動力制動；機械制動；偏航驅動與制動；齒輪箱潤滑油液的冷卻和過濾；發(fā)電機水冷；變流器的溫度控制；開關機艙和驅動起重機等。2021/5/9513.6液壓系統(tǒng)動力元件：將機械能轉換為液體壓力能，如液壓泵。一、液壓元件控制元件：控制系統(tǒng)壓力、流量、方向以及進行信號轉換和放大，作為控制元件的主要是各類液壓閥。執(zhí)行元件：將流體的壓力能轉換為機械能，驅動各類機構，如液壓缸。輔助元件：保證系統(tǒng)正常工作除上述3元件外的裝置。油箱、過濾器、蓄能器、熱交換器等。2021/5/9523.6液壓系統(tǒng)1.液壓泵液壓泵是能量轉換裝置，向液壓系統(tǒng)輸送壓力油，推動執(zhí)行元件。

齒輪泵

a)解剖圖b)原理圖液壓泵的圖形符號

a)定量泵b)變量泵一、液壓元件(1)液壓泵分類及工作原理：按結構可分為齒輪泵、葉片泵、柱塞泵和螺桿泵等

2021/5/9533.6液壓系統(tǒng)(1)方向控制閥

控制液壓系統(tǒng)的油流方向，接通或斷開油路，控制執(zhí)行機構的起動、停止或改變運動方向。1)單向閥普通單向閥(逆止閥):控制油液沿一個方向流動，不能反向流動。圖5-33單向閥

a)剖面圖b)圖形符號

1—閥體2—錐閥3—彈簧4、5—擋圈圖5-34液控單向閥

a)工作原理圖b)圖形符號2)液控單向閥(帶有控制口的單向閥):控制口通壓力油時，油液可反向流動。2.液壓閥按功能分為方向控制閥、壓力控制閥、流量控制閥、電液伺服閥、電液比例閥等。2021/5/9543.6液壓系統(tǒng)圖5-35電磁換向閥

a)、b)、c)工作原理圖d)圖形符號3）換向閥:利用閥心相對于閥體的運動，控制液流方向、接通或斷開油路，改變執(zhí)行機構的運動方向、起動或停止。換向閥穩(wěn)定工作位置：“位”；對外接口：“通”2021/5/9553.6液壓系統(tǒng)(2)壓力控制閥控制油液壓力，或利用壓力作為信號來控制執(zhí)行元件和電氣元件動作的閥。圖3-36直動型溢流閥

a)球閥b)錐閥c)圖形符號

1—閥心2—閥體3—調壓彈簧4—調壓手輪按功用分：溢流閥、減壓閥、順序閥、壓力繼電器等。圖3-37溢流閥的作用

a)定壓溢流b)限壓安全c)卸荷回路2021/5/9563.6液壓系統(tǒng)控制液體流量的閥類，簡稱流量閥。通過改變控制口大小調節(jié)通過閥的液體流量，改變執(zhí)行元件運動速度。圖5-40節(jié)流閥

a)剖面圖b)圖形符號c)應用節(jié)流閥的回路(3)流量控制閥

包括節(jié)流閥、調速閥和分流集流閥等。2021/5/9573.6液壓系統(tǒng)(5)電液比例閥

用比例電磁鐵代替普通電磁換向閥電磁鐵的液壓控制閥。也可根據(jù)輸入電信號連續(xù)成比例地控制系統(tǒng)流量和壓力。(4)電液伺服閥

根據(jù)輸入電信號連續(xù)成比例地控制系統(tǒng)流量和壓力的液壓控制閥。將小功率的電信號轉換為大功率的液壓能輸出，實現(xiàn)執(zhí)行元件的位移、速度、加速度及力的控制。電液伺服閥控制精度高，響應速度快，應用于控制精度要求較高的場合。動態(tài)特性上不如電液伺服閥，制造成本、抗污染能力等方面優(yōu)于電液伺服閥。2021/5/9583.6液壓系統(tǒng)液壓變距型風力發(fā)電機組液壓系統(tǒng)中的液壓缸有時采用差動連接。圖5-46液壓缸的差動連接圖5-45液壓缸

a)解剖圖b)圖形符號液壓缸是液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件，是將輸入的液壓能轉變?yōu)闄C械能的能量轉換裝置?？梢院芊奖愕孬@得直線往復運動。3.液壓缸2021/5/9593.6液壓系統(tǒng)蓄能器：儲存和釋放液體的壓力能。圖5-47蓄能器

a)活塞式b)氣囊式c)隔膜式d)圖形符號4.輔助元件蓄能器、過濾器、油箱、冷卻器、加熱器、密封件、油管、管接頭、壓力表和壓力表開關等。按結構可分為彈簧式，重錘式和充氣式。2021/5/9603.6液壓系統(tǒng)過濾器：凈化油液雜質，控制油液污染。

圖5-48過濾器

a)解剖圖b)圖形符號圖5-49油箱

a)解剖圖b)圖形符號油箱:液壓油的儲存器。2021/5/9613.6液壓系統(tǒng)油溫高：粘度下降，泄漏傾向增加；密封老化，油液氧化。冷卻器:風冷式、水冷式和冷媒式圖5-50管式水冷卻器

a)解剖圖b)圖形符號圖5-51電加熱器

a)安裝位置b)圖形符號熱交換器油溫低：粘度大，設備起動困難，壓力損失大，振動。加熱器:熱水或蒸汽加熱、電加熱2021/5/9623.6液壓系統(tǒng)密封裝置防止系統(tǒng)油液的內外泄漏，以及外界灰塵和異物的侵入，保證系統(tǒng)建立必要壓力。

密封要求：在一定壓力和溫度范圍內良好密封性；與運動件之間摩擦系數(shù)??；壽命長，不易老化，抗腐蝕能力強。2021/5/9633.7潤滑與溫控風力發(fā)電機組的自動潤滑系統(tǒng)可以分為

主齒輪箱自動潤滑系統(tǒng)

主軸和發(fā)電機軸承自動潤滑系統(tǒng)

變槳距和偏航系統(tǒng)自動潤滑系統(tǒng)一、潤滑手動潤滑:人工定時定量向被潤滑點加入潤滑劑。自動潤滑:由潤滑系統(tǒng)自動完成潤滑功能。潤滑劑:主齒輪箱采用液體潤滑油，軸承多采用半固體的潤滑脂。各個位置使用的自動潤滑系統(tǒng)的外形和結構基本相同，差異的只是容量和供電等方面。2021/5/9643.7潤滑與溫控圖3-58主軸承潤滑系統(tǒng)主要由油箱、集成控制器和分配器組成。自動潤滑泵將油箱內的油脂定期經(jīng)過高壓油管輸出，由分配器將油脂分配到各個潤滑點上，同時，在被潤滑設備上將安裝集油盒以收集多余的廢油。典型的自動潤滑系統(tǒng)自動潤滑系統(tǒng)在自動控制潤滑時也具備系統(tǒng)自檢的能力，能在故障時向風力發(fā)電機組控制系統(tǒng)輸出報警信號2021/5/9653.7潤滑與溫控對變槳內齒環(huán)的潤滑通常使用專用的潤滑小齒輪，通過帶潤滑孔的小齒輪與變槳軸承內齒環(huán)嚙合而進行潤滑。2021/5/9663.7潤滑與溫控二、溫度控制溫控主要是溫度的采集、處理、維持系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運行。包括發(fā)電機冷卻，變流器溫控，變壓器冷卻，液壓系統(tǒng)溫控等。2021/5/9673.7潤滑與溫控1.發(fā)電機的溫控風力發(fā)電機一般為全封閉式的，其散熱條件比開啟式電機要差。圖3-62采用水冷的發(fā)電機2021/5/968二、溫度控制圖3-63變流器冷卻系統(tǒng)原理圖2.變流器的溫控：大功率變流器通常加設專門的溫度控制系統(tǒng)，變流器中的冷卻液可以借助于液壓泵進行循環(huán)，同時根據(jù)環(huán)境溫度對潤滑液加熱或冷卻。圖5-64變流器溫度控制系統(tǒng)外形2021/5/9693.7潤滑與溫控3.變壓器的冷卻油浸式變壓器，干式變壓器圖3-66變壓器的冷卻系統(tǒng)4.液壓系統(tǒng)的溫控溫度傳感器、冷卻器、加熱器2021/5/970

保護環(huán)節(jié)以失效保護為原則進行設計，即當控制失敗，風力發(fā)電機組內部或外部故障引起機組不能正常運行時，系統(tǒng)安全保護裝置動作，保護風力發(fā)電機組處于安全狀態(tài)。引起控制系統(tǒng)自動執(zhí)行保護功能的情況有：

1、大風保護安全系統(tǒng)；2、電網(wǎng)失電保護；3、參數(shù)越限保護（超速、超電壓、超電流）；4、振動保護

；

5、開機保護；6、關機保護

風電機組控制系統(tǒng)基本功能：運行管理，安全保護。3.8安全保護2021/5/9713.8安全保護風力發(fā)電機組的安全保護系統(tǒng)包括：

1、運行安全保護系統(tǒng)，

2、微控制器抗干擾系統(tǒng)，3、

微控制器的自動檢測功能，4、緊急故障安全鏈保護系統(tǒng)，

5、避雷系統(tǒng)，

6、接地保護系統(tǒng)

2021/5/972一、機組運行安全保護系統(tǒng)

1.大風保護安全系統(tǒng)風速達到25m/s(10min)為切出風速，關機前功率輸出；關機時機組按照程序安全停機；關機后偏航90°背風。

2.電網(wǎng)失電保護電網(wǎng)失電，空氣動力制動和機械制動系統(tǒng)動作，相當于執(zhí)行緊急關機程序。

3.參數(shù)越限保護風力發(fā)電機組運行中，當參數(shù)數(shù)據(jù)達到限定值時，控制系統(tǒng)根據(jù)設定好的程序自動處理。2021/5/973參數(shù)越限保護實例

1)超速保護：①當轉速傳感器檢測到發(fā)電機或風輪轉速超過額定轉速的110%時，控制器給出正常關機指令；②葉尖擾流器制動液壓系統(tǒng)設有獨立超速保護裝置——“突開閥”，控制系統(tǒng)失效時停機。

2)超電壓保護：電氣裝置元件瞬間高壓沖擊保護。對控制系統(tǒng)交流電源進行隔離穩(wěn)壓，裝置高壓瞬態(tài)吸收元件。3)超電流保護：控制系統(tǒng)所有的電器電路(除安全鏈外)必須加過電流保護器，如熔絲、斷路器等。2021/5/9744.振動保護機組應設有三級振動頻率保護。

5.開機保護定槳距風力發(fā)電機組——軟切入控制限制并網(wǎng)對電網(wǎng)的電沖擊。同步風力發(fā)電機——同步、同相、同壓并網(wǎng)控制限制并網(wǎng)電流沖擊。

6.關機保護小風、大風及故障情況時，空氣動力制動后后軟切除脫網(wǎng)關機。2021/5/9753.8安全保護三、控制器的自動檢測功能

微控制器應能夠對系統(tǒng)的故障進行自動檢測。利用自動檢測和修復方法可以使微控制器的故障自動消除，或者使系統(tǒng)操作者能更快地發(fā)現(xiàn)故障部件，迅速修復，已達到微控制器安全運行的目的。二、微控制器抗干擾保護系統(tǒng)

使微機控制系統(tǒng)或控制裝置既不因外界電磁干擾的影響而誤動作或喪失功能，也不向外界發(fā)送過大的噪聲干擾，以免影響其他系統(tǒng)或裝置正常工作。2021/5/976四、安全鏈

獨立于計算機系統(tǒng)的最后一級保護措施：將可能對風力發(fā)電機組造成致命傷害的故障節(jié)點串聯(lián)成一個回路，一旦其中有一個動作，便會引起緊急關機反應。串接傳感器的信號：緊急關機按鈕、控制器程序監(jiān)視器（看門狗）、液壓缸壓力繼電器、扭纜傳感器、振動傳感器、控制器DC24V電源失電等；控制計算機發(fā)生死機，風輪過轉速或發(fā)電機過轉速；故障排除，手動復位。圖3-5安全鏈組成2021/5/977四防雷設計設計依據(jù)標準防雷總體概述直擊雷防護機組等電位連接系統(tǒng)屏蔽機艙防雷電源防雷信號線防雷基礎防雷2021/5/978設計依據(jù)及標準風力發(fā)電系統(tǒng)綜合防雷系統(tǒng)設計方案依據(jù)標準IEC62305-1-4-2006《雷電防護》IEC61400-24:2002《風力發(fā)電機組第24部分雷電防護》GB50052-95《供配電系統(tǒng)設計規(guī)范》GB50057-94《建筑物防雷設計法規(guī)》GB50343-2004《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術規(guī)范》2021/5/979防雷總體設計

雷電對風力發(fā)電機組的危害不可忽視。直擊雷和感應雷及雷電電磁脈沖的侵入是主要造成電氣設備、控制系統(tǒng)和通訊系統(tǒng)損壞的原因。根據(jù)《風力發(fā)電機組防雷保護》規(guī)定，將防雷區(qū)分為LPZ0、LPZ1、LPZ2等：

LPZ0：區(qū)內的物體可能遭到直擊雷擊，傳導全部雷電流或區(qū)內的物體不會遭到直接雷擊，但該區(qū)的電磁場沒有衰減。（葉片）LPZ1：區(qū)內的物體不會遭到直擊雷擊，該區(qū)內所有導電體的電流比

LPZ0區(qū)進一步減小，電磁場可能衰減（機艙、塔架、箱變內LPZ2：包括的所有設備，為了進一步減小干擾效應，還必須采取附加屏蔽措施（齒輪箱、發(fā)電機、控制柜）。

2021/5/980直接雷防護葉尖接閃器、避雷針、機艙外殼引導體直擊雷地網(wǎng)直擊雷放電通道2021/5/981機組等電位連接等電位連接措施機艙內可導電部分進行等電位連接。葉片、主軸承、發(fā)電機、齒輪箱、液壓系統(tǒng)等做等電位連接接地塔筒底部與接地網(wǎng)可靠連接（不少于4點連接），機艙等電位接地端子排與塔筒可靠連接。塔底配電、控制設備外殼做等電位連接2021/5/982機艙防雷機艙內電氣感應雷防護：對發(fā)電機、控制器、繼電保護和通訊系統(tǒng)安裝相應的過電壓保護裝置。AC/DC電源線路、控制線路、傳感器線路等應用屏蔽線，屏蔽線兩端做等電位連接。機艙內電氣感應雷產(chǎn)生：機組受雷擊，機艙內部件易受到雷電感應高電壓而損壞機艙－塔筒間電源線及信號線受雷電感應高電壓損壞設備2021/5/983電源防雷第一級使用雷擊電涌保護器第二級使用電涌保護器第三級使用終端設備保護器三級防雷保護措施2021/5/984電源防雷發(fā)電機輸出端（690V）到塔底并網(wǎng)柜安裝電源浪涌保護器SPD塔底配電柜(690V)到變壓器電源線路安裝電源浪涌保護器機艙到輪轂（400V/230V)配電線路安裝電源浪涌保護器塔底控制柜（230V)到機艙柜配電線路安裝電源浪涌保護器塔底控制柜到機艙控制柜(24V),機艙控制柜到變槳柜（24V)安裝24V電源浪涌保護器2021/5/985信號線路防雷LPZ0～LPZ1區(qū)的測控信號線路：（如風向標、風速儀的線路）在柜內的變送器前端加裝模擬信號防雷器或開關信號防雷器進行保護。機艙柜到變槳柜信號線安裝信號防雷器機艙到塔底信號線安裝信號防雷器機組光纖通訊安裝金屬部分在進光端機前做等電位連接。

2021/5/986基礎防雷垂直接地體和環(huán)形接地體組成工頻接地電阻小于4歐環(huán)形接地體4點鋼條焊接2021/5/987一、需要檢測的信號

1)速度信號：發(fā)電機轉速、風輪轉速、偏航轉速和方向等。

2)溫度信號：主軸承溫度、齒輪箱油溫、液壓油油溫、齒輪箱軸承溫度、發(fā)電機軸承溫度、發(fā)電機繞組溫度、環(huán)境溫度、電器柜內溫度、制動器摩擦片溫度等。

3)位置信號：槳距角、葉尖擾流器位置、風輪偏角等。

4)電氣特性：電網(wǎng)電流、電壓、功率因數(shù)、電功率、電網(wǎng)頻率、接地故障、逆變器運行信息等。

5)液流特性：液壓或氣壓、液壓油位等。

6)運動和力特性：振動加速度、軸轉矩、齒輪箱振動、葉根彎矩等。

7)環(huán)境條件：風速、風向、濕度等。3.9信號測量2021/5/9883.9信號測量二、主要信號測量技術

1.測量儀表的分類及構成模擬式：利用被測量驅動指針運動，產(chǎn)生位移或偏角。

特點：簡潔反應被測量，但易引起測量誤差。數(shù)字式：

特點：精確度教高。圖6-6數(shù)字式儀表的構成2021/5/9892.基本電量測量

(1)互感器一種專供測量儀表、控制及保護設備用的特殊變壓器。分為電壓互感器（電磁式電壓互感器，電容式電壓互感器）和電流互感器。

1)電磁式電壓互感器：工作原理和結構與電力變壓器相似，容量較小，通常只有幾十伏安或幾百伏安。2)電流互感器：將高壓電流和低壓大電流變換成電壓較低的小電流，提供給儀表使用。圖6-8電流互感器的接線圖6-7電壓互感器的接線2021/5/9903.9信號測量(2)電量變送器

功能：將被測電量變換成標準的直流電信號(一般為4~20mA的電流信號或0~5V的電壓信號)。目的:對風力發(fā)電機發(fā)出的電量進行自動檢測或對風力發(fā)電機組進行自動控制。

1)電流、電壓變送器：有平均值變送器和有效值變送器(交流電壓、電流測量)。2)功率變送器2021/5/991(3)電壓與電流的測量交流儀表多用有效值標定，直流儀表多用平均值標定。電壓和電流測量一般測取線電壓和線電流。

1)用指示式儀表測量：進行電壓、電流測量時，常選用指示式電工儀表。2)用數(shù)字存儲示波器測量：變速恒頻控制接入變流器，對電壓電流測量要求提高。數(shù)字存儲示波器可顯示被測電壓或電流波形、信號、頻率、周期、幅值、有效值、平均值等；可對信息和波形進行數(shù)字存儲。3)用電量變送器測量：風力發(fā)電系統(tǒng)需要對電壓和電流進行自動監(jiān)測、檢測與控制，因此