风电机组组成-控制系统

风力发电机组的控制系统贯穿到机组的每个部分，直接关系到机组的安全经济运行。控制系统的主要作用是保证风力发电机组安全运行的前提下尽可能地获取风能，并高效地转化为电能。风力发电机组控制系统由传感器、执行机构和软/硬件处理器组成。处理器负责传感器输入信号的处理，并发出输出信号控制执行机构的动作，传感器负责采集信号，一般包括转速、电量、位置、振动、温度、压力传感器，风速仪风向标，操作开关、按钮等装置。执行机构一般包括液压驱动装置或电动驱动装置、发电机转矩控制装置、发电机并网装置、刹车装置和偏航电机等。处理器系统通常由计算机或微型控制器和可靠性较高的硬件安全链组成，以实现风机运行过程中的各种控制功能，在机组发生严重故障时，控制系统能够保障机组处于安全的状态。控制系统的具体控制内容包括数据采集和处理、变浆控制、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、远程监控等。

变桨距控制系统

变桨距控制系统是风力发电机组一个独立的子控制系统，它的功能是根据主控制器发出的指令调节叶片的角度，实现风力发电机功率、启动、停机以及紧急停机的控制。其主要调节方法为:

（1）当风力发电机组达到运行条件时，控制系统命令调节桨距角到准备角度，当叶轮转速升高至规定值后，调节叶片桨距角至零度方向，逐步增大叶片启动力矩，直至风力发电机组达到额定转速并网发电。

（2）在运行过程中，当输出功率小于额定功率时，桨距角保持在零度，指令不做调整。

（3）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路角的大小，改变叶片的攻角，从而改变风力发电机组获得的空气动力转矩，使发电机的输出功率保持在额定功率。

变桨角度信息一般是通过计数器组件来测量。叶片轴承的内齿圈和计数器的测量小齿轮啮合，测量小齿轮把叶片转动的信息传给计数器，由计数器的数据计算出叶片转动的角度。部分机型通过与变桨电机同轴连接的编码器测量变桨电机转动角度，折算得到叶片变桨角度数值。当紧急情况或编码器组件失效时，安装在顺桨终点位置上的一个或多个限位开关测量叶片所处终点位置，为风力发电机组提供保护。

变浆系统不仅能实现机组正常启动和运行时的桨距角调节，还为机组故障发生后提供最主要的空气动力停机保障。在正常停机情况下，变桨系统将叶片变桨至90°附近，使叶轮逐渐停转。在紧急停机情况下，变桨系统使用交流电源或后备电源，以最快速度收浆至90°后限位开关触发位置，起到安全保护作用。

功率控制系统

在 GB/T 40600-2021 《风电场功率控制系统调度功能技术要求》中对功率控制系统的定义如下：

风电场自动发电控制（Wind Farm Automatic Generation Control：根据电网实时控制指令（或预置目标指令）及风电机组出力特性，合理分配风电机组的有功功率，实现风电场有功功率自动闭环控制，使风电场有功出力满足电网控制要求。

风电场一次调频控制（Wind Farm Primary Frequency Control）：当电力系统频率偏离规定的调频死区时，风电场快速自动调节有功功率，以响应电网频率变化，维持电网频率稳定的控制功能。

风电场功率控制系统（Wind Farm Power Control System）：通过对风电机组和无功补偿装置的直接控制，实现风电场自动发电控制、一次调频控制和无功电压控制等功能的系统。

ChatGPT：

风力发电机的功率控制对于风电场的稳定运行和电网的平稳运行具有重要的作用。在风速较高时，发电机输出的功率会随之增加，而如果没有控制机制，则可能导致电网过载，对电力系统造成安全隐患。因此，风力发电机需要通过功率控制来控制其输出功率，以保证其输出功率不超过电网所能承受的范围。

风力发电机的功率控制通常采用变桨调节、变频调节、电磁转矩调节等方式来实现。其中，变桨调节是指通过改变桨叶的角度来控制风轮受到的风力，从而控制输出功率；变频调节是指通过调节发电机的转速和电压来控制输出功率；电磁转矩调节是指通过调节发电机转矩和磁通来控制输出功率。这些控制方式可以根据风力发电机的不同类型和应用场合灵活选择。

风力发电机的功率控制对于电网的平稳运行和风电场的经济效益都具有重要的作用。通过合理的功率控制，可以使风电场更好地适应电网负荷的变化，保证电网的安全稳定运行；同时，也可以控制风电机组的输出功率，提高风电场的发电效率和经济效益。

NewBing：

风电工程中的功率控制系统是指对风电机组的输出功率进行控制，以保证风电场的稳定运行。风电机组控制系统可以通过检测装置测量得到风速和发电机转速，经计算得到实际叶尖速比，如果其值不等于最佳值，则通过发电机子控制系统产生用于变流器的控制信号，改变发电机功率进而调整发电机转速，使实际的叶尖速比等于最佳叶尖速比，从而获得最大风能¹。

此外，由于风电具有随机性、波动性和反调峰特性，高比例的风电并入电网会对电力系统的稳定性和安全性造成很大的冲击，因此有必要对风电场有功功率输出进行控制，减少风电功率的波动性，提高输出功率的平滑性；同时，随着装机容量的不断增加，造成大量的弃风现象，风电场的控制模式由传统的最大功率点跟踪（maximum power point tracking，MPPT）模式向限功率控制模式转变¹³。

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源: 与必应的对话， 2023/4/22
(1) 风电机组控制与优化运行第3章 风力发电系统的转速和功率控制 .... https://bing.com/search?q=%e9%a3%8e%e7%94%b5%e5%b7%a5%e7%a8%8b%e4%b8%ad%e7%9a%84%e5%8a%9f%e7%8e%87%e6%8e%a7%e5%88%b6%e7%b3%bb%e7%bb%9f%e8%b5%b7%e4%bb%80%e4%b9%88%e4%bd%9c%e7%94%a8%ef%bc%9f.
(2) 干货 | 主控系统在风电运维中的重要作用-北极星风力发电网. https://news.bjx.com.cn/html/20200428/1067782.shtml.
(3) 风电机组控制与优化运行第3章 风力发电系统的转速和功率控制 .... https://jz.docin.com/p-743501382.html.
(4) 风电控制系统及SCADA系统ppt课件 - 百度文库. https://wenku.baidu.com/view/bbe9f9084b2fb4daa58da0116c175f0e7cd1198f.html.
(5) 风电系列之七（变流器）：保证风电恒频输出的关键部件 - 知乎. https://zhuanlan.zhihu.com/p/472101543.

偏航控制系统

偏航系统的主要功能为:

（1）正常运行时自动对风。当机舱偏离风向一定角度时，控制系统根据控制策略发出顺时针或逆时针偏航指令，对机舱动态对风，将机舱位置控制在允许偏差范围内，随后停止偏航。

（2）扭缆时自动解缆。当机舱向同一方向累计偏转达到设定值后，为防止电缆扭曲过度，控制系统停止风机运行，控制机舱向反方向旋转实现电缆解绕。若偏航扭缆角度过大，触发限位开关，风机紧急停机，需人工干预进行手动解缆。

（3）部分风机还设有超速自动侧风功能。当风轮转速超过设定值且控制系统无法降低转速时，偏航系统将机舱从主风向偏航 90°，侧风后风机失去风能推动，以降低风机损坏程度。

安全保护系统

风力发电机组在风速、环境温度等条件越限时，需手动人为停机时或机组自身发生非紧急停机故障时，控制系统依据控制策略执行正常停机。风力发电机组正常停机时，控制系统控制叶片变桨装置进行气动收桨，功率降至设定值时使主断路器断开脱网。停机条件消除后，风力发电机组往往可自动恢复运行。

当控制系统检测到紧急停机故障，会触发快速停机程序，此时控制系统会以较快的速度进行气动收桨，待功率降至设定值时使主断路器断开脱网，在主轴转速低于规定值时激活机械刹车。

为了保证风力发电机组的安全，以安全链的形式将各关键保护节点串联组成独立于控制系统的硬件保护回路。一般来说，变流器急停、变桨系统急停、塔基柜急停、机舱柜急停、超速、振动越限、扭缆越限都会触发安全链保护动作，变桨系统以最快的速度进行收桨，变流器脱网，投入机械刹车。危及人身安全时，机组内部供电可能被切除。