風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)工作的安全可靠性已成為風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)能否發(fā)揮作用，甚至成為風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)長(zhǎng)期安全可靠運(yùn)行的重大問題。在實(shí)際應(yīng)用過程中，尤其是一般風(fēng)力發(fā)電控制與檢測(cè)系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)滿足用戶提出的功能上的要求是不困難的。往往不是控制系統(tǒng)功能而是它的可靠性直接影響風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的聲譽(yù)。有的風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)功能很強(qiáng)，但由于工作不可靠，經(jīng)常出故障，而出現(xiàn)故障后對(duì)一般用戶來說維修又十分困難。于是，這樣一套控制系統(tǒng)可能發(fā)揮不了它應(yīng)有的作用，造成不應(yīng)有的損失。因此，對(duì)于一個(gè)風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和使用者來說，系統(tǒng)的安全可靠性必須認(rèn)真加以考慮，必須引起足夠的重視。
　　我們的目的是希望通過控制與安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)，采取必要的手段，使我們的系統(tǒng)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)不出故障或少出故障。并且，在出故障之后能夠以最快的速度修復(fù)系統(tǒng)使之恢復(fù)正常工作。
　　1．控制與安全系統(tǒng)的技術(shù)要求
　　1.1. 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組組的運(yùn)行控制要求
　?。?）控制思想     我國(guó)風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行的機(jī)組多數(shù)以定槳距失速型機(jī)組為主,所謂失速型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組組就是當(dāng)風(fēng)速超過風(fēng)力發(fā)電機(jī)組額定風(fēng)速以上時(shí)，為確保風(fēng)力發(fā)電機(jī)組功率輸出不再增加，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)過載，通過空氣動(dòng)力學(xué)的失速特性，使葉片發(fā)生失速，從而控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的功率輸出。所以，定槳距失速型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組組控制系統(tǒng)控制思想和控制原則以安全運(yùn)行控制技術(shù)要求為主,功率控制有葉片的失速特性來完成。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行及安全性取決于先進(jìn)的控制策略和優(yōu)越的保護(hù)功能。控制系統(tǒng)應(yīng)以主動(dòng)或被動(dòng)的方式控制機(jī)組的運(yùn)行，使系統(tǒng)運(yùn)行在安全應(yīng)許的規(guī)定范圍內(nèi)，切各項(xiàng)參數(shù)保持在正常工作范圍內(nèi)。控制系統(tǒng)可以控制的功能和參數(shù)包括：功率極限、風(fēng)輪轉(zhuǎn)速、電氣負(fù)載的連接、起動(dòng)及停機(jī)過程、電網(wǎng)或負(fù)載丟失時(shí)的停機(jī)、紐纜限制、機(jī)艙對(duì)風(fēng)、運(yùn)行時(shí)電量和溫度參數(shù)的限制。如風(fēng)機(jī)的工作風(fēng)速是采用BIN法計(jì)算十分鐘平均值確定小風(fēng)脫網(wǎng)風(fēng)速和大風(fēng)切除風(fēng)速，每個(gè)參數(shù)極限控制均采用回差法，上行點(diǎn)和下行點(diǎn)不同，視實(shí)際運(yùn)行情況而定。對(duì)于變距型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組組與定槳距恒速型機(jī)組控制方法略有不同，即功率調(diào)節(jié)方式不同，它采用變槳距方式改變風(fēng)輪能量的捕獲，從而使風(fēng)機(jī)的輸出功率發(fā)生變化，最終達(dá)到限制功率輸出的目的。保護(hù)環(huán)節(jié)以失效保護(hù)為原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，當(dāng)控制失敗，內(nèi)部或外部故障影響,導(dǎo)致出現(xiàn)危險(xiǎn)情況引起機(jī)組不能正常運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)安全保護(hù)裝置動(dòng)作，保護(hù)風(fēng)機(jī)處于安全狀態(tài)。在下列情況系統(tǒng)自動(dòng)執(zhí)行保護(hù)功能：超速、發(fā)電機(jī)過載和故障、過振動(dòng)、電網(wǎng)或負(fù)載丟失、脫網(wǎng)時(shí)的停機(jī)失敗等。保護(hù)環(huán)節(jié)為多級(jí)安全鏈互鎖，在控制過程中具有邏輯“與”的功能，而在達(dá)到控制目標(biāo)方面可實(shí)現(xiàn)邏輯“或”的結(jié)果。此外，系統(tǒng)還設(shè)計(jì)了防雷裝置，對(duì)主電路和控制電路分別進(jìn)行防雷保護(hù)。控制線路中每一電源和信號(hào)輸入端均設(shè)有防高壓元件，主控柜設(shè)有良好的接地并提供簡(jiǎn)單而有效的疏雷通道。
　?。?）自動(dòng)運(yùn)行控制要求 
　　 A、開機(jī)并網(wǎng)控制
當(dāng)風(fēng)速十分鐘平均值在系統(tǒng)工作區(qū)域內(nèi)，機(jī)械閘松開，葉尖歸位，風(fēng)力作用于風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)平面上，風(fēng)機(jī)慢慢起動(dòng)，當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速大于20%的額的轉(zhuǎn)速持續(xù)五分鐘，轉(zhuǎn)速仍達(dá)不到60%額定轉(zhuǎn)速，發(fā)電機(jī)進(jìn)入電網(wǎng)軟拖動(dòng)狀態(tài)，軟拖方式視機(jī)組型號(hào)而定。正常情況下，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速連續(xù)增高，不必軟拖增速，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到軟切入轉(zhuǎn)速時(shí)，風(fēng)機(jī)進(jìn)入軟切入狀態(tài)；當(dāng)轉(zhuǎn)速升到發(fā)電機(jī)同步轉(zhuǎn)速時(shí)，旁路主接觸器動(dòng)作，機(jī)組并入電網(wǎng)運(yùn)行。對(duì)于有大、小發(fā)電機(jī)的失速型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組組，按風(fēng)速范圍和功率的大小，確定大、小電機(jī)的投入，但大電機(jī)和小電機(jī)的發(fā)電工作轉(zhuǎn)速不一致，通常為1000r/m和1500r/m，在小電機(jī)脫網(wǎng)，大電機(jī)并網(wǎng)的切換過程中，要求嚴(yán)格控制，通常必須幾秒完成控制。
　　B、小風(fēng)和逆功率脫網(wǎng)     小風(fēng)和逆功率停機(jī)是將風(fēng)機(jī)停在待風(fēng)狀態(tài)，當(dāng)十分鐘平均風(fēng)速小于小風(fēng)脫網(wǎng)風(fēng)速或發(fā)電機(jī)輸出功率負(fù)到一定值后，風(fēng)機(jī)不允許長(zhǎng)期在電網(wǎng)運(yùn)行，必須脫網(wǎng)，處于自由狀態(tài)，風(fēng)機(jī)靠自身的摩擦阻力緩慢停機(jī)，進(jìn)入待風(fēng)狀態(tài)。當(dāng)風(fēng)速再次上升，風(fēng)機(jī)又可自動(dòng)旋轉(zhuǎn)起來，達(dá)到并網(wǎng)轉(zhuǎn)速，風(fēng)機(jī)又投入并網(wǎng)運(yùn)行。
　　C、普通故障脫網(wǎng)停機(jī)     機(jī)組運(yùn)行時(shí)發(fā)生參數(shù)越限、狀態(tài)異常等普通故障后，風(fēng)機(jī)進(jìn)入普通停機(jī)程序，機(jī)組投入氣動(dòng)剎車，軟脫網(wǎng)，待低速軸轉(zhuǎn)速低于一定值后，再抱機(jī)械閘，如果是由于內(nèi)部因素產(chǎn)生的可恢復(fù)故障，計(jì)算機(jī)可自行處理，無需維護(hù)人員到現(xiàn)場(chǎng)，即可恢復(fù)正常開機(jī)。
　　D、緊急故障脫網(wǎng)停機(jī)
　　當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生緊急故障如風(fēng)機(jī)發(fā)生飛車，超速、振動(dòng)及負(fù)載丟失等故障時(shí)，風(fēng)機(jī)進(jìn)入緊急停機(jī)程序，機(jī)組投入氣動(dòng)剎車的同時(shí)執(zhí)行90°偏航控制，機(jī)艙旋轉(zhuǎn)偏離主風(fēng)向，轉(zhuǎn)速達(dá)到一定限制后脫網(wǎng)，低速軸轉(zhuǎn)速小于一定轉(zhuǎn)速后，抱機(jī)械閘。
　　E、安全鏈動(dòng)作停機(jī)
　　安全鏈動(dòng)作停機(jī)指電控制系統(tǒng)軟保護(hù)控制失敗時(shí)，為安全起見所采取的硬性停機(jī)——葉尖空氣剎車、機(jī)械剎車和脫網(wǎng)同時(shí)動(dòng)作，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組組在幾秒內(nèi)停下來。