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　　一、MW級風力發電機組控制特性
　　隨著風力發電技術的發展，機組容量逐步大型化，現代大型風力發電機組的控制技術是關鍵，其具有以下幾方面的特點：

1、自然界的風力具有隨機變化的特點，機組需實時捕獲風力的大小、方向信息，調整機組的運行參數，盡可能使機組在最佳效率工作狀態運行。

2、大型風電機組的塔架、軸承、齒輪箱、葉片等關鍵部件的載荷受力情況復雜，主控系統需綜合考慮機組的運行情況，盡量減緩各類載荷對機組長期運行的壽命影響。

3、風電機組在運行過程中需監視電網、風況、機組運行的參數，對機組的并網、脫網進行精確控制，確保運行過程的安全性和可靠性。

4、風電機組往往安裝在風力資源豐富的沙漠、海島等場合，需通過遠程監控實現無人值守，對控制產品的可靠性提出非常高的要求。
　　二、WPCS主控系統基本功能

　　主控系統協調變槳系統、變流器系統，實現機組的發電控制，是風機控制的核心，針對上述風力機的特性，主控系統設計需實現以下四方面的目標：

1、根據風力資源、機組狀況，控制機組生產滿足電網需求的電力，盡可能減少對電網的沖擊，保證電網的穩定運行。

2、在發電過程中，需保證機組本身各傳動系統的安全穩定運行，診斷相關故障信息，保證機組本身的安全運行。

3、風機的載荷控制，盡量減緩載荷對機組壽命的影響。

4、跟蹤最大風力資源，盡可能使機組工作在最佳效率狀態。

　　MW級風電機組的控制特性復雜，控制系統需仔細設計，以求在上述目標之間平衡。

　　2.1 機組自動啟?？刂?br/>　　主控根據風力參數、電網參數以及機組各系統相關的運行狀況，自動在各過程之間切換，完成機組的發電控制，系統的各狀態之間切換狀態圖如下：

圖1.1，機組運行狀態切換簡圖

　　當系統上電后，主控系統首先進入“開機”狀態，檢測各參數正常后，系統進入“待機”狀態，如檢測的狀態不正常，則根據級別進入其他各類停機狀態；

　　在“待機”狀態，系統開始執行機組的各單元的控制程序，如偏航系統、齒輪箱系統、變槳系統、變流器系統等等，同時檢測機組自身參數、電網條件、風況條件，滿足條件要求，切換至“啟動升速”狀態；在“待機”狀態，機組可通過操作盤上的按鈕切換至“手動”狀態，完成偏航、變槳系統的手動控制。

　　在“啟動升速”狀態，系統會根據不同的風速條件選擇啟動方式，控制變槳角度，讓風輪開始旋轉，開始最初的轉速開環控制，當轉速滿足最低要求后，系統開始啟動變流器執行“啟勵”、“并網”等控制任務，進入“發電運行”狀態。

　　2.2主控故障保護
　　主控系統根據實時運行的診斷數據和預先設置的故障級別，將系統的故障停機分為如下三類：

1、正常停機：主控控制變槳系統、變流器系統，按照設定減負荷速度控制轉速、轉矩，實現機組的正常停機。

2、快速停機：由于發生了危害機組安全的故障，主控直接控制變槳系統順槳，快速降低機組負荷，實現安全停機。

3、安全鏈停機：獨立于主控的后備保護回路，采用“失電動作”設計，有效保護機組的安全，停機條件包括塔座、機艙急停按鈕，塔座、機艙控制系統看門狗，變流器故障，電網保護裝置動作，機組超速，振動保護動作，扭纜越限等條件。

　　2.3機組在線診斷
　　風電機組自動化程度高、運行環境惡劣，主控程序需實現各類運行參數的診斷和統計，包括風況參數、電網參數、變槳系統、變流器系統、偏航系統、齒輪箱、發電機、液壓系統、潤滑系統等等。

　　主控系統實時監視機組的運行狀況，控制機組的各類輔機運行，根據各類診斷結果的不同級別，執行包括紀錄、報警、正常停機、快速停機、安全鏈動作等各類不同的機組保護方式，同時主控將機組信息實時傳送至遠端的監控中心。

　　2.4機組變速、變槳距控制
　　大型風力機通過控制發電機轉速和變槳系統的槳距角度實現發電控制，運行曲線（如下圖）分為功率優化區和功率限制區兩個部分。

1、當低于額定功率時，通過控制發電機轉速實現在小于額定功率情況下的最佳葉尖速比運行。如圖轉速點A’以下的范圍為開環控制區（機組啟動過程）；B~C’為最佳葉尖比運行區；C’點為機組的額定轉速區，當機組運行達到C’點后，機組進入恒轉速運行。

2、當機組功率達到E點時，進入功率限制運行區，通過調節變槳距角度，限制機組輸入功率為額定功率。常規調節方法由于變槳角執行的響應速度很難完全跟蹤風速的能量變化，會導致功率的波動，在這里可通過特殊的恒功率算法，使機組在陣風模式依然可獲得穩定的功率輸出。

圖1.2，轉速、轉矩運行曲線