2、機組啟停、發(fā)電控制

　?。?）主控系統(tǒng)檢測電網(wǎng)參數(shù)、氣象參數(shù)、機組運行參數(shù)，當(dāng)條件滿足時，啟動偏航系統(tǒng)執(zhí)行自動解纜、對風(fēng)控制，釋放機組的剎車盤，調(diào)節(jié)槳距角度，風(fēng)車開始自由轉(zhuǎn)動，進入待機狀態(tài)。

　?。?）當(dāng)外部氣象系統(tǒng)監(jiān)測的風(fēng)速大于某一定值時，主控系統(tǒng)啟動變流器系統(tǒng)開始進行轉(zhuǎn)子勵磁，待發(fā)電機定子輸出電能與電網(wǎng)同頻、同相、同幅時，合閘出口斷路器實現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電。

　?。?）風(fēng)力機組功率、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)

　　根據(jù)風(fēng)力機特性，當(dāng)機組處于最佳葉尖速比λ運行時，風(fēng)機機組將捕獲得最大的能量，雖理論上機組轉(zhuǎn)速可在任意轉(zhuǎn)速下運行，但受實際機組轉(zhuǎn)速限制、系統(tǒng)功率限制，不得不將該階段分為以下幾個運行區(qū)域：即變速運行區(qū)域、恒速運行區(qū)域和恒功率運行區(qū)。額定功率內(nèi)的運行狀態(tài)包括：變速運行區(qū)（最佳的λ）和恒速運行區(qū)。

　　當(dāng)風(fēng)機并網(wǎng)后，轉(zhuǎn)速小于極限轉(zhuǎn)速、功率低于額定功率時，根據(jù)當(dāng)前實際風(fēng)速，調(diào)節(jié)風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速，使機組工作在捕獲最大風(fēng)能的狀態(tài)。

　　由于風(fēng)速儀測量點的風(fēng)速與作用于槳葉的風(fēng)速存在一定誤差，所以轉(zhuǎn)距觀測器來預(yù)測風(fēng)力機組的機械傳動轉(zhuǎn)距，在通過發(fā)電機轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)距的對應(yīng)關(guān)系推出轉(zhuǎn)速。 ω為發(fā)電機轉(zhuǎn)速期望值。 Tm為轉(zhuǎn)距的觀測值。Kopt為最佳轉(zhuǎn)速時的比例常數(shù)。

　　當(dāng)風(fēng)速增加使發(fā)電機轉(zhuǎn)速達(dá)上限后，主控制器需維持轉(zhuǎn)速恒定，風(fēng)力機組發(fā)出的電功率，隨風(fēng)速的增加而增加，此時機組偏離了風(fēng)力機的最佳λ曲線運行。

　　當(dāng)風(fēng)速繼續(xù)增加，使轉(zhuǎn)速、功率都達(dá)到上限后，進入恒功率運行區(qū)運行，此狀態(tài)下主控通過變流器，維持機組的功率恒定，主控制器一方面通過槳距系統(tǒng)的調(diào)節(jié)減少風(fēng)力攻角，減少葉片對風(fēng)能的捕獲；另一方面通過變流器降低發(fā)電機轉(zhuǎn)速節(jié)，使風(fēng)力機組偏離最佳λ曲線運行，維持發(fā)電機的輸出功率穩(wěn)定。

　　3、風(fēng)電控制系統(tǒng)輔助設(shè)備邏輯

　?。?）發(fā)電機系統(tǒng)

　　監(jiān)控發(fā)電機運行參數(shù)，通過3臺冷卻風(fēng)扇和4臺電加熱器，控制發(fā)電機線圈溫度、軸承溫度、滑環(huán)室溫度在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，相關(guān)邏輯如下：

　　當(dāng)發(fā)電機溫度升高至某設(shè)定值后，起動冷卻風(fēng)扇，當(dāng)溫度降低到某設(shè)定值時，停止風(fēng)扇運行；當(dāng)發(fā)電機溫度過高或過低并超限后，發(fā)出報警信號，并執(zhí)行安全停機程序。

　　當(dāng)溫度越低至某設(shè)定值后，起動電加熱器，溫度升高至某設(shè)定值后時，停止加熱器運行；同時電加熱器也用于控制發(fā)電機的溫度端差在合理的范圍內(nèi)。

　?。?）液壓系統(tǒng)

　　機組的液壓系統(tǒng)用于偏航系統(tǒng)剎車、機械剎車盤驅(qū)動。機組正常時，需維持額定壓力區(qū)間運行。

　　液壓泵控制液壓系統(tǒng)壓力，當(dāng)壓力下降至設(shè)定值后，啟動油泵運行，當(dāng)壓力升高至某設(shè)定值后，停泵。

　?。?）氣象系統(tǒng)

　　氣象系統(tǒng)為智能氣象測量儀器，通過RS485口和控制器進行通訊，將機艙外的氣象參數(shù)采集至控制系統(tǒng)。根據(jù)環(huán)境溫度控制氣象測量系統(tǒng)的加熱器以防止結(jié)冰。

　　閃光障礙燈控制，每個葉片的末端安裝閃光障礙燈，在夜晚點亮。

　　機艙風(fēng)扇控制機艙內(nèi)環(huán)境溫度。

　?。?）電動變槳距系統(tǒng)

　　變槳距系統(tǒng)包括每個葉片上的電機、驅(qū)動器、以及主控制PLC等部件，該PLC通過CAN總線和機組的主控系統(tǒng)通訊，是風(fēng)電控制系統(tǒng)中槳距調(diào)節(jié)控制單元，變槳距系統(tǒng)有后備DO順槳控制接口。槳距系統(tǒng)的主要功能如下： 緊急剎車順槳 系統(tǒng)控制，在緊急情況下，實現(xiàn)風(fēng)機順槳控制。 通過CAN通訊接口和主控制器通訊，接受主控指令，槳距系統(tǒng)調(diào)節(jié)槳葉的節(jié)角距至預(yù)定位置。 槳距系統(tǒng)和主控制器的通訊內(nèi)容包括：

　　槳葉A位置反饋
　　槳葉B位置反饋
　　槳葉C位置反饋
　　槳葉節(jié)距給定指令
　　槳距系統(tǒng)綜合故障狀態(tài)
　　葉片在順槳狀態(tài)
　　順槳命令

　?。?）增速齒輪箱系統(tǒng)

　　齒輪箱系統(tǒng)用于將風(fēng)輪轉(zhuǎn)速增速至雙饋發(fā)電機的正常轉(zhuǎn)速運行范圍內(nèi)，需監(jiān)視和控制齒輪油泵、齒輪油冷卻器、加熱器、潤滑油泵等等。

　　當(dāng)齒輪油壓力低于設(shè)定值時，起動齒輪油泵；當(dāng)壓力高于設(shè)定值時，停止齒輪油泵。當(dāng)壓力越限后，發(fā)出警報，并執(zhí)行停機程序。

　　齒輪油冷卻器/加熱器控制齒輪油溫度：當(dāng)溫度低于設(shè)定值時，起動加熱器，當(dāng)溫度高于設(shè)定值時停止加熱器；當(dāng)溫度高于某設(shè)定值時，起動齒輪油冷卻器，當(dāng)溫度降低到設(shè)定值時停止齒輪油冷卻器。

　　潤滑油泵控制，當(dāng)潤滑油壓低于設(shè)定值時，起動潤滑油泵，當(dāng)油壓高于某設(shè)定值時，停止?jié)櫥捅谩?

　　（6）偏航系統(tǒng)控制

　　根據(jù)當(dāng)前的機艙角度和測量的低頻平均風(fēng)向信號值，以及機組當(dāng)前的運行狀態(tài)、負(fù)荷信號，調(diào)節(jié)CW（順時針）和CCW（逆時針）電機，實現(xiàn)自動對風(fēng)、電纜解纜控制。

　　自動對風(fēng)：當(dāng)機組處于運行狀態(tài)或待機狀態(tài)時，根據(jù)機艙角度和測量風(fēng)向的偏差值調(diào)節(jié)CW、CCW電機，實現(xiàn)自動對風(fēng)。（以設(shè)定的偏航轉(zhuǎn)速進行偏航，同時需要對偏航電機的運行狀態(tài)進行檢測）

　　自動解纜控制：當(dāng)機組處于暫停狀態(tài)時，如機艙向某個方向扭轉(zhuǎn)大于720度時，啟動自動解纜程序，或者機組在運行狀態(tài)時，如果扭轉(zhuǎn)大于1024度時，實現(xiàn)解纜程序。

　?。?）大功率變流器通訊

　　主控制器通過CANOPEN通訊總線和變流器通訊，變流器實現(xiàn)并網(wǎng)/脫網(wǎng)控制、發(fā)電機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)、有功功率控制、無功功率控制：

　　并網(wǎng)和脫網(wǎng)：變流器系統(tǒng)根據(jù)主控的指令，通過對發(fā)電機轉(zhuǎn)子勵磁，將發(fā)電機定子輸出電能控制至同頻、同相、同幅，再驅(qū)動定子出口接觸器合閘，實現(xiàn)并網(wǎng)；當(dāng)機組的發(fā)電功率小于某值持續(xù)幾秒后或風(fēng)機或電網(wǎng)出現(xiàn)運行故障時，變流器驅(qū)動發(fā)電機定子出口接觸器分閘，實現(xiàn)機組的脫網(wǎng)。

　　發(fā)電機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)：機組并網(wǎng)后在額定負(fù)荷以下階段運行時，通過控制發(fā)電機轉(zhuǎn)速實現(xiàn)機組在最佳λ曲線運行，通過將風(fēng)輪機當(dāng)做風(fēng)速儀測量實時轉(zhuǎn)距值，調(diào)節(jié)機組至最佳狀態(tài)運行。

　　功率控制：當(dāng)機組進入恒定功率區(qū)后，通過和變頻器的通訊指令，維持機組輸出而定的功率。

　　無功功率控制：通過和變頻器的通訊指令，實現(xiàn)無功功率控制或功率因數(shù)的調(diào)節(jié)。

　　8）安全鏈回路

　　安全鏈回路獨立于主控系統(tǒng)，并行執(zhí)行緊急停機邏輯，所有相關(guān)的驅(qū)動回路有后備電池供電，保證系統(tǒng)在緊急狀態(tài)可靠執(zhí)行。

　　三 目前我廠技術(shù)狀態(tài)及對策

　　目前我廠已擁有發(fā)電機技術(shù)，變流系統(tǒng)正在研發(fā)中，已在2010年初完成，其它技術(shù)尚處于空白之中，為快速進入市場考慮，應(yīng)采取兩條腿走路的方案，即自主研發(fā)和技術(shù)引進。目前擁有此項技術(shù)的國內(nèi)廠家有南京科遠(yuǎn)自動化集團股份有限公司等廠家，北京景新也擁有此項技術(shù)，并在1MW機組上試運行。

　　自主研發(fā)方面，鑒于風(fēng)電控制系統(tǒng)的復(fù)雜性，需與有實力的高校發(fā)合，研發(fā)中需設(shè)立多個分項目，因為該項目包含計算機硬件、電力電子、軟件、通迅等項技術(shù)，按功能也是分散在風(fēng)電機組各處。

　　四 結(jié)束語

　　目前風(fēng)力發(fā)電的主要方向：

　　1陸地風(fēng)力發(fā)電機組采用１．５／２Ｍ雙饋異步發(fā)電機組。
　　2、離岸風(fēng)力發(fā)電機組采用４／５Ｍ永磁同步全饋發(fā)電機組。
　　3、建設(shè)大型或者超大型的風(fēng)力電場（有上百臺風(fēng)力機組組成）。
　　4、風(fēng)力機組控制系統(tǒng)具有防電壓穿透功能。
　　5、風(fēng)力發(fā)電機組在在線發(fā)電時可調(diào)節(jié)功率因數(shù)，在不發(fā)電時也可以調(diào)節(jié)功率因數(shù)，進行無功補償，凈化電網(wǎng)。