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北京交通大学毕业设计（论文）中文题目：三速三相感应风力发电机控制系统的设计学 院： 北京交通大学专 业： 电气自动化姓 名： 齐鑫学 号： 10605099指导教师： 王红英2012年 4 月 30 日远程与继续教育学院北京交通大学毕业设计(论文)成绩评议年级10年春层次本科专业电气自动化姓名齐鑫题目三速三相感应风力发电机控制系统的设计指导教师评阅意见系统采用主动偏航、TSC动态无功补偿、最新电动变桨、斜坡式电流爬升限流软并网等控制策略和技术，极大地提高了所控制的感应风力发电机的风能利用率及利用范围，并且有效解决了以往感应风力发电机功率因数低、对电网冲击大的缺点，为大功率感应风力发电机在风电行业的应用开辟了新途径，论文写作规范，语句通顺，达到了北京交通大学对毕业论文的各种要求。成绩评定：良好 指导教师：王宏英 2012年 4月 25日评阅教师意见 同上 评阅教师：王宏英 2012年 4月 25日答辩小组意见答辩小组负责人：王淑玲 2012年5 月 12 日北京交通大学毕业设计(论文)任务书本任务书下达给： 10春 级 本 科 电气自动化 专业学生 齐鑫 设计（论文）题目：三速三相感应风力发电机控制系统的设计一、设计（论述）内容：主要包括以下方面：1. 控制系统总体构成2. 控制系统关键控制策略二、基本要求：结合自己所学的专业，根据提纲对发电机及其控制系统做出详细的介绍，抓住其中两三个方面，作为主要论述内容，将控制系统主要的技术理论进行说明。论文的资料需完整、丰富，引用数据准确，行文流畅，条理清晰，层次清晰、主次分明。三、重点研究的问题：1. 实施中遇到的问题，包括控制程序安排的合理化。2. 系统故障的预防、分析和处理。四、主要技术指标：1.发电机控制系统与设备控制时候，控制程序与风机的默契程度。2.设备故障处理时间3.设备报警最快响应时间五、其他要说明的问题下达任务日期：2012年01月06日要求完成日期：2012年04月30日答辩日期：2012年05月12日指导教师：王宏英开 题 报 告题 目：三速三相感应风力发电机控制系统的设计报告人：齐鑫 2012年 3月 1日一、文献综述与传统单速或双速感应风力发电机相比，新型MW级大功率三速三相感应风力发电机可以像双馈式和永磁直驱式两大主流变桨变速风机一样在3m/s至25m/s宽风速范围内持续发电。其控制系统包括主控、变桨、软并网、远程监控等硬件及相应数据传输、记录、监控软件。系统采用主动偏航、TSC动态无功补偿、最新电动变桨、斜坡式电流爬升限流软并网等控制策略和技术，极大地提高了所控制的感应风力发电机的风能利用率及利用范围，并且有效解决了以往感应风力发电机功率因数低、对电网冲击大的缺点，为大功率感应风力发电机在风电行业的应用开辟了新途径。二、 选题的目的和意义 该系统采用主动偏航、TSC动态无功补偿、最新电动变桨、斜坡式电流爬升限流软并网等控制策略和技术，极大地提高了所控制的感应风力发电机的风能利用率及利用范围，并且有效解决了以往感应风力发电机功率因数低、对电网冲击大的缺点，为大功率感应风力发电机在风电行业的应用开辟了新途径。三、研究方案：1）总体运行策略2）变桨控制策略及方法3）软并网控制策略4）电机切换四、进度计划：2012-2- 1 2012-3-30完成论文初稿及中期检查准备2012-3-31 2012-5-2论文修改并完成论文五、指导教师意见：无指导教师： 王宏英 2012年 3月 20日中 期 报 告题目：三速三相感应风力发电机控制系统的设计报告人：齐鑫一、总体设计我的论文以我自己工作过的大唐中点（吉林）新能源发电有限公司双辽风电场的经验，对风力发电机中的三速三相感应风力发电机做一个简单的介绍。本设计主要包括以下几个方面：1）总体运行策略2）变桨控制策略及方法3）软并网控制策略4）电机切换二、框架本论文总体框架如下：I、引言II、控制系统总体构成1、主控器 2变浆控制系统 3. 软并网系统 4. 无功补偿 5. 监控系统 6. 安全保护系统III、控制系统关机控制策略 1. 总体运行策略 2变浆控制策略及方法 3.软并网控制策略 4.电机切换IV、结束语三、进展情况近一个月来，我的主要工作放在整理之前研究学习的三速三相感应风力发电机及其控制系统的资料上，包括风机内部接线图纸、机舱机构图等资料。此外，还参考了风电发电变桨控制系统设计、电气传动、双速异步发电机应用于风力发电中的仿真分析等文献和电力学报等资料。根据以上资料，我已经为论文列出提纲。以后的时间里，我会根据整理的资料和参考文献尽快将论文完成，为论文答辩做好准备。四、指导教师意见设计内容思路清晰,按计划完成。结 题 验 收一、完成日期4月22日二、完成质量能按照设计要求完成三速三相感应风力发电机控制系统设计，系统采用主动偏航、TSC动态无功补偿、最新电动变桨、斜坡式电流爬升限流软并网等控制策略和技术，极大地提高了所控制的感应风力发电机的风能利用率及利用范围，并且有效解决了以往感应风力发电机功率因数低、对电网冲击大的缺点，为大功率感应风力发电机在风电行业的应用开辟了新途径，整体设计完成较好。三、存在问题无四、结论论文阐述电力三速三相感应风力发电机控制系统，有效解决了以往感应风力发电机功率因数低、对电网冲击大的缺点，为大功率感应风力发电机在风电行业的应用开辟了新途径。有实际应用价值.指导教师： 王宏英 2012年4 月 25日中 文 摘 要题目：三速三相感应风力发电机控制系统的设计摘要：与传统单速或双速感应风力发电机相比，新型MW级大功率三速三相感应风力发电机可以像双馈式和永磁直驱式两大主流变桨变速风机一样在3m/s至25m/s宽风速范围内持续发电。其控制系统包括主控、变桨、软并网、远程监控等硬件及相应数据传输、记录、监控软件。系统采用主动偏航、TSC动态无功补偿、最新电动变桨、斜坡式电流爬升限流软并网等控制策略和技术，极大地提高了所控制的感应风力发电机的风能利用率及利用范围，并且有效解决了以往感应风力发电机功率因数低、对电网冲击大的缺点，为大功率感应风力发电机在风电行业的应用开辟了新途径。关键词：感应风力发电机，三速发电机，动态无功补偿，软并网好。英 文 摘 要Title: Three-speed three-phase induction wind turbine control system designAbstract:Compared with the traditional single-speed or two speed induction wind turbine, the new MW-class high-power three-speed three-phase induction wind turbines as a Doubly Fed Induction and permanent magnet direct drive two main pitch variable speed fan as 3m / sto 25m / s wide wind speed range of continuous power generation. The control system includes the master pitch, soft and network, remote monitoring hardware and data transmission, recording, and monitoring software. Active yaw system, the TSC dynamic reactive compensation, the latest electric pitch, slope current climb limit the flow of soft and network control strategies and technologies, greatly improve the controlled induction wind turbines wind energy utilization and the use of range and effective solution to the previous induction wind generator power factor is low, the impact on the grid big disadvantage, opened up new avenues for high-power induction wind turbines in the wind power industry.Keywords:Induction wind turbines,Three-speed generator, Dynamic reactive power compensation, Soft grid. 目 录1 引言12 控制系统总体构成22.1 主控制器：22.2 变桨控制系统：22.3 软并网系统：32.4 无功补偿：32.5 监控系统：32.6 安全保护系统：33 控制系统关键控制策略53.1 总体运行策略53.2 变桨控制策略及方法63.3 软并网控制策略93.4 电机切换94 多速异步电机的接线及控制104.1 双星形三角形接法的双速电动机的控制线路。104.1.1 双速电动机的定子绕组联接104.1.2 双星形三角形接法的双速电动机的控制线路114.1.3 双星形三角形 接法的电动机的自动加速线路之一124.1.4 双星形三角形接法的双速电动机自动加速控制线路之二144.2 双三角形星形接法的双速电动机控制线路154.2.1 双三角形星形接法的双速电动机定子绕组接线154.2.2 双三角形星形接法的双速电动机控制线路164.3 双星形双星形接法的双速电动机的控制线路184.3.1 定子绕组的接线184.3.2 双星形双星形接法双速电动机的控制线路194.4 双星形双星形以及双三角形星形接法的双速电动机的自动加速电路204.4.1 三速电动机定子绕组的接法214.4.2 三速电动机的控制线路224.4.3 三速电动机的自动加速控制线路245、 结论26参考资料27三速三相感应风力发电机控制系统的设计1 引言作为最早应用于风力发电的发电机类型之一，感应异步发电机（简称感应发电机）具有结构简单、维保方便、价格便宜、并网容易、经济合理等特点，性价比非常高，因此得到广泛应用。目前全球已建成并正在运行的600KW以下的风机，绝大多数属于这一技术类型2。但是这种感应发电机存在“电机转子转速只有超过同步转速后才能向电网发电，风能利用范围相对较窄；效率不高，功率因数低；并网时对电网冲击较大”等问题3，感应风力发电机一直在中小功率范围内应用较多，1.5MW及以上的感应风力发电机较少。尽管感应风力发电机广泛采用双速异步发电机4,提高了风能利用系数，并降低了运行噪声5，仍然不能充分利用3m/s至25m/s风速范围内的所有风能。与传统单速或双速感应风力发电机相比，新型MW级大功率三速三相感应风力发电机可以像双馈式和永磁直驱式两大主流变桨变速风机一样在3m/s至25m/s宽风速范围内持续发电。其控制系统包括主控、变桨、软并网、远程监控等硬件及相应数据传输、记录、监控软件。系统采用主动偏航、TSC动态无功补偿、最新电动变桨、斜坡式电流爬升限流软并网等控制策略和技术，极大地提高了所控制的感应风力发电机的风能利用率及利用范围，并且有效解决了以往感应风力发电机功率因数低、对电网冲击大的缺点，为大功率感应风力发电机在风电行业的应用开辟了新途径。本文介绍的新型MW级三速三相感应风力发电机（简称三速感应风机）采用3组定子线圈，而共用同一个转子。这样的感应发电机可以工作在高中低三种不同的同步转速，能够输出三种额定功率，可确保在3m/s至25m/s的宽风速范围内持续输出电力，从而可以显著提高输出功率，最大限度地利用风能发电，并有效克服了传统感应风机存在的各种弊端，充分发挥感应发电机结构简单、维保方便、经济合理等特点，拥有广泛的应用推广前景。2 控制系统总体构成本控制系统控制的三速感应发电机拥有极数分别为4、6、8（极对数p分别为2、3、4）的3组定子线圈，相对应的发电机同步转速分别为1500rpm（4极）、1000rpm（6极）和750rpm（8极），额度输出功率依次为1.5MW（4极）、500KW（6极）和100KW（8极）。更大功率的三速感应风机也可采用类似结构。三速感应风机在风速达到3m/s时即可通过100kW的发电机并网发电，当风速达到11.3m/s时输出功率达到1.5MW，最高发电风速为25m/s。其发电风速范围与双馈式和永磁直驱式大功率风力发电机完全一致。三速感应风机的控制系统包含硬件和软件在内、除发电机和机械构件以外的所有电力电子及控制部件的总和，整个控制系统包括6大部分（见图1）。2.1 主控制器：用于风机运行控制（包含偏航解缆控制），是风机的控制核心，需要能够根据气象条件及风机各部位的运行数据及状态控制风机的启停、偏航、变桨、刹车等，能使单台风机实现全部自动控制，并保证在各种异常工况下单独处理风机故障、确保风机安全稳定运行、实时与远程监控上位机进行数据交换。三速感应风机控制系统采用西门子（Siemens）生产的S7-300模块化可编程控制器（PLC）作为核心控制器，包含以下三组PLC单元：（1）塔基PLC主控单元：向其它PLC单元发送指令，对风机各部分进行控制。塔基PLC单元可以通过控制柜按钮、触摸屏实现现场本机控制，还可与远程监控上位机进行通讯，实现远程监控。（2）机舱PLC单元：接受发电机、齿轮箱、偏航、液压、刹车、气象、软并网等子系统的传感器信号并传输给塔基PLC。从塔基PLC接收控制指令，控制以上各子系统的运行。（3）轮毂PLC单元：又称变桨PLC单元，接收塔基主控PLC的指令对风机叶片进行变桨控制。2.2 变桨控制系统：风机的变浆系统是指：风机发电机的整个叶片可以绕叶片中心轴旋转，使叶片攻角在一定范围（一般0度90度）内变化；以便调节输出功率不超过设计允许值。另外，在机组出现故障，需要紧急停机时，先使叶片顺浆，可以减小机组机构中的受力，以保证安全可靠的停机。变浆系统能根据风速、动力和控制策略自动调整叶片角度来最大化的吸收风能，得到最佳的发电量。控制方式是PLC发出指令，由安装在叶片根部的三个直流电机驱动桨叶朝要求的方向和角度转动。2.3 软并网系统： 软并网是通过软并网控制电路完成。软并网控制电路是通过可控硅调压的方式，在规定的并网时间内，相主电路的可控硅发出触发脉冲，控制可控硅的导通角不断增加，及控制电机的定子电压逐步升高，以达到电机软并网的目的。2.4 无功补偿：无功功率补偿，简称无功补偿，用以提高发电机的功率因数，并能降低输送线路的损耗，提高供电效率。在风机本系统中，无功补偿方法可以调整三相不平衡电流。按照wangs定理：在相与相之间跨接的电感或者电容可以在相间转移有功电流。因此对于三相电流不平衡的系统，只要恰当的在各相与相之间以及各相与零线之间介入不同容量的电容器，不但可以将各相的功率因数均补偿至1，而且可以使各相的有功电流达到平衡状态。电网中的电力负荷如电动机、变压器等，大部分属于感性负荷，在运行过程中需向这些设备提供相应的无功功率。在电网中安装并联电容器等无功补偿设备以后，可以提供感性负载所消耗的无功功率，减少了电网电源向感性负荷提供、由线路输送的无功功率，由于减少了无功功率在电网中的流动，因此可以降低线路和变压器因输送无功功率造成的电能损耗，这就是无功补偿。在大系统中，无功补偿还用于调整电网的电压，提高电网的稳定性。 在小系统中，通过恰当的无功补偿方法还可以调整三相不平衡电流。按照wangs定理：在相与相之间跨接的电感或者电容可以在相间转移有功电流。因此，对于三相电流不平衡的系统，只要恰当地在各相与相之间以及各相与零线之间接入不同容量的电容器，不但可以将各相的功率因数均补偿至1，而且可以使各相的有功电流达到平衡状态。无功补偿的基本原理：电网输出的功率包括两部分;一是有功功率;二是无功功率.直接消耗电能,把电能转变为机械能,热能,化学能或声能,利用这些能作功,这部分功率称为有功功率;不消耗电能;只是把电能转换为另一种形式的能,这种能作为电气设备能够作功的必备条件,并且,这种能是在电网中与电能进行周期性转换,这部分功率称为无功功率,如电磁元件建立磁场占用的电能,电容器建立电场所占的电能.电流在电感元件中作功时,电流滞后于电压90.而电流在电容元件中作功时,电流超前电压90.在同一电路中,电感电流与电容电流方向相反,互差180.如果在电磁元件电路中有比例地安装电容元件,使两者的电流相互抵消,使电流的矢量与电压矢量之间的夹角缩小, 无功补偿的具体实现方式：把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联接在同一电路，能量在两种负荷之间相互交换。这样，感性负荷所需要的无功功率可由容性负荷输出的无功功率补偿。无功补偿的意义： 补偿无功功率，可以增加电网中有功功率的比例常数。 减少发、供电设备的设计容量，减少投资，例如当功率因数cos=0.8增加到cos=0.95时，装1Kvar电容器可节省设备容量0.52KW；反之，增加0.52KW对原有设备而言，相当于增大了发、供电设备容量。因此，对新建、改建工程，应充分考虑无功补偿，便可以减少设计容量，从而减少投资。 降低线损，由公式%=（1-cos/cos）100%得出其中cos为补偿后的功率因数，cos为补偿前的功率因数则： coscos，所以提高功率因数后，线损率也下降了，减少设计容量、减少投资，增加电网中有功功率的输送比例，以及降低线损都直接决定和影响着供电企业的经济效益。所以，功率因数是考核经济效益的重要指标，规划、实施无功补偿势在必行。 电网中常用的无功补偿方式包括： 集中补偿：在高低压配电线路中安装并联电容器组； 分组补偿：在配电变压器低压侧和用户车间配电屏安装并联补偿电容器； 单台电动机就地补偿：在单台电动机处安装并联电容器等。 加装无功补偿设备，不仅可使功率消耗小，功率因数提高，还可以充分挖掘设备输送功率的潜力。 确定无功补偿容量时，应注意以下两点： 在轻负荷时要避免过补偿，倒送无功造成功率损耗增加，也是不经济的。 功率因数越高，每千伏补偿容量减少损耗的作用将变小，通常情况下，将功率因数提高到0.95就是合理补偿 就三种补偿方式而言，无功就地补偿克服了集中补偿和分组补偿的缺点，是一种较为完善的补偿方式： 因电容器与电动机直接并联，同时投入或停用，可使无功不倒流，保证用户功率因数始终处于滞后状态，既有利于用户，也有利于电网。 有利于降低电动机起动电流，减少接触器的火花，提高控制电器工作的可靠性，延长电动机与控制设备的使用寿命。 无功就地补偿容量可以根据以下经验公式确定：QU0式中：Q-无功补偿容量（kvar）；U-电动机的额定电压（V）；0-电动机空载电流（A）；但是无功就地补偿也有其缺点：不能全面取代高压集中补偿和低压分组补偿；众所周之，无功补偿按其安装位置和接线方法可分为：高压集中补偿、低压分组补偿和低压就地补偿。其中就地补偿区域最大，效果也好。但它总的电容器安装容量比其它两种方式要大，电容器利用率也低。高压集中补偿和低压分组补偿的电容器容量相对较小，利用率也高，且能补偿变压器自身的无功损耗。为此，这三种补偿方式各有应用范围，应结合实际确定使用场合，各司其职。无功功率补偿，简称无功补偿，用以提高发电机的功率因数，并能降低输送线路的损耗，提高供电效率。在风机本系统中，无功补偿方法可以调整三相不平衡电流。按照wangs定理：在相与相之间跨接的电感或者电容可以在相间转移有功电流。因此对于三相电流不平衡的系统，只要恰当的在各相与相之间以及各相与零线之间介入不同容量的电容器，不但可以将各相的功率因数均补偿至1，而且可以使各相的有功电流达到平衡状态。2.5 监控系统：包括：风机状态监控、运行数据采集及通讯，包括现场监控及远程监控。由PLC实时掌握风机各个运行环节的状态，并实时传输到运行人员操作的后台机中、数据采集及通讯服务器中。以便运行人员对风机状态的及时掌握，和省调地调人员对风场风机状态的及时了解。风电控制系统包括现场风力发电机组控制单元、高速环型冗余光纤以太网、远程上位机操作员站等部分。现场风力发电机组控制单元是每台风机控制的核心，实现机组的参数监视、自动发电控制和设备保护等功能；每台风力发电机组配有就地HMI人机接口以实现就地操作、调试和维护机组；高速环型冗余光纤以太网是系统的数据高速公路，将机组的实时数据送至上位机界面；上位机操作员站是风电厂的运行监视核心，并具备完善的机组状态监视、参数报警，实时/历史数据的记录显示等功能，操作员在控制室内实现对风场所有机组的运行监视及操作。 风力发电机组控制单元（WPCU）是每台风机的控制核心，分散布置在机组的塔筒和机舱内。由于风电机组现场运行环境恶劣，对控制系统的可靠性要求非常高，而风电控制系统是专门针对大型风电场的运行需求而设计，应具有极高的环境适应性和抗电磁干扰等能力，其系统结构如下： 风电控制系统的现场控制站包括：塔座主控制器机柜、机舱控制站机柜、变桨距系统、变流器系统、现场触摸屏站、以太网交换机、现场总线通讯网络、UPS电源、紧急停机后备系统等。风电控制系统的网络结构如图1所示： 1、塔座控制站 塔座控制站即主控制器机柜是风电机组设备控制的核心，主要包括控制器、I/O模件等。控制器硬件采用32位处理器，系统软件采用强实时性的操作系统，运行机组的各类复杂主控逻辑通过现场总线与机舱控制器机柜、变桨距系统、变流器系统进行实时通讯，以使机组运行在最佳状态。 控制器的组态采用功能丰富、界面友好的组态软件，采用符合IEC61131-3标准的组态方式，包括：功能图（FBD）、指令表（LD）、顺序功能块（SFC）、梯形图、结构化文本等组态方式。 2、机舱控制站 机舱控制站采集机组传感器测量的温度、压力、转速以及环境参数等信号，通过现场总线和机组主控制站通讯，主控制器通过机舱控制机架以实现机组的偏航、解缆等功能，此外还对机舱内各类辅助电机、油泵、风扇进行控制以使机组工作在最佳状态。 3、变桨距系统 大型MW级以上风电机组通常采用液压变桨系统或电动变桨系统。变桨系统由前端控制器对3个风机叶片的桨距驱动装置进行控制，其是主控制器的执行单元，采用CANOPEN与主控制器进行通讯，以调节3个叶片的桨距工作在最佳状态。变桨系统有后备电源系统和安全链保护，保证在危急工况下紧急停机。 4、变流器系统 大型风力发电机组目前普遍采用大功率的变流器以实现发电能源的变换，变流器系统通过现场总线与主控制器进行通讯，实现机组的转速、有功功率和无功功率的调节。 5、现场触摸屏站 现场触摸屏站是机组监控的就地操作站，实现风力机组的就地参数设置、设备调试、维护等功能，是机组控制系统的现场上位机操作员站。 6、以太网交换机（HUB） 系统采用工业级以太网交换机，以实现单台机组的控制器、现场触摸屏和远端控制中心网络的连接。现场机柜内采用普通双绞线连接，和远程控制室上位机采用光缆连接。 7、现场通讯网络 主控制器具有CANOPEN、PROFIBUS、MODBUS、以太网等多种类型的现场总线接口，可根据项目的实际需求进行配置。 8、UPS电源 UPS电源用于保证系统在外部电源断电的情况下，机组控制系统、危急保护系统以及相关执行单元的供电。（1）发电机系统 监控发电机运行参数，通过3台冷却风扇和4台电加热器，控制发电机线圈温度、轴承温度、滑环室温度在适当的范围内，相关逻辑如下： 当发电机温度升高至某设定值后，起动冷却风扇，当温度降低到某设定值时，停止风扇运行；当发电机温度过高或过低并超限后，发出报警信号，并执行安全停机程序。 当温度越低至某设定值后，起动电加热器，温度升高至某设定值后时，停止加热器运行；同时电加热器也用于控制发电机的温度端差在合理的范围内。 （2）液压系统 机组的液压系统用于偏航系统刹车、机械刹车盘驱动。机组正常时，需维持额定压力区间运行。 液压泵控制液压系统压力，当压力下降至设定值后，启动油泵运行，当压力升高至某设定值后，停泵。 （3）气象系统 气象系统为智能气象测量仪器，通过RS485口和控制器进行通讯，将机舱外的气象参数采集至控制系统。根据环境温度控制气象测量系统的加热器以防止结冰。 闪光障碍灯控制，每个叶片的末端安装闪光障碍灯，在夜晚点亮。 机舱风扇控制机舱内环境温度。 (4）电动变桨距系统 变桨距系统包括每个叶片上的电机、驱动器、以及主控制PLC等部件，该PLC通过CAN总线和机组的主控系统通讯，是风电控制系统中桨距调节控制单元，变桨距系统有后备DO顺桨控制接口。桨距系统的主要功能如下：紧急刹车顺桨系统控制，在紧急情况下，实现风机顺桨控制。通过CAN通讯接口和主控制器通讯，接受主控指令，桨距系统调节桨叶的节角距至预定位置。桨距系统和主控制器的通讯内容包括： 桨叶A位置反馈 桨叶B位置反馈 桨叶C位置反馈 桨叶节距给定指令 桨距系统综合故障状态 叶片在顺桨状态 顺桨命令 (5）增速齿轮箱系统 齿轮箱系统用于将风轮转速增速至双馈发电机的正常转速运行范围内，需监视和控制齿轮油泵、齿轮油冷却器、加热器、润滑油泵等等。 当齿轮油压力低于设定值时，起动齿轮油泵；当压力高于设定值时，停止齿轮油泵。当压力越限后，发出警报，并执行停机程序。 齿轮油冷却器/加热器控制齿轮油温度：当温度低于设定值时，起动加热器，当温度高于设定值时停止加热器；当温度高于某设定值时，起动齿轮油冷却器，当温度降低到设定值时停止齿轮油冷却器。 润滑油泵控制，当润滑油压低于设定值时，起动润滑油泵，当油压高于某设定值时，停止润滑油泵。 （6）偏航系统控制 根据当前的机舱角度和测量的低频平均风向信号值，以及机组当前的运行状态、负荷信号，调节CW（顺时针）和CCW（逆时针）电机，实现自动对风、电缆解缆控制。 自动对风：当机组处于运行状态或待机状态时，根据机舱角度和测量风向的偏差值调节CW、CCW电机，实现自动对风。（以设定的偏航转速进行偏航，同时需要对偏航电机的运行状态进行检测） 自动解缆控制：当机组处于暂停状态时，如机舱向某个方向扭转大于720度时，启动自动解缆程序，或者机组在运行状态时，如果扭转大于1024度时，实现解缆程序。 （7）大功率变流器通讯 主控制器通过CANOPEN通讯总线和变流器通讯，变流器实现并网/脱网控制、发电机转速调节、有功功率控制、无功功率控制： 并网和脱网：变流器系统根据主控的指令，通过对发电机转子励磁，将发电机定子输出电能控制至同频、同相、同幅，再驱动定子出口接触器合闸，实现并网；当机组的发电功率小于某值持续几秒后或风机或电网出现运行故障时，变流器驱动发电机定子出口接触器分闸，实现机组的脱网。 发电机转速调节：机组并网后在额定负荷以下阶段运行时，通过控制发电机转速实现机组在最佳曲线运行，通过将风轮机当做风速仪测量实时转距值，调节机组至最佳状态运行。 功率控制：当机组进入恒定功率区后，通过和变频器的通讯指令，维持机组输出而定的功率。 无功功率控制：通过和变频器的通讯指令，实现无功功率控制或功率因数的调节。 (8）安全链回路 安全链回路独立于主控系统，并行执行紧急停机逻辑，所有相关的驱动回路有后备电池供电，保证系统在紧急状态可靠执行。2.6 安全保护系统：为风机提供安全保护，包括安全链、防雷电系统等。其中，变桨、软并网和无功补偿均可作为独立的子系统，主控制系统、监控及安全保护系统则贯穿整个控制系统各组成部分。当风机出现故障后及时停机并顺浆，以最大限度减小故障对风机的损害。此系统包括安全链、防雷电系统等。其中，变桨、软并网和无功补偿均可作为独立的子系统，主控制系统、监控及安全保护系统则融入整个控制系统各组成部分，即在任何环节和操作界面均能对风机进行有效的控制。图1 三速感应风机控制系统结构3 控制系统关键控制策略3.1 总体运行策略三速感应风机的总体运行策略见图2。三速感应风机最大发电风速设定为25m/s，高于此风速后风机将自动脱网待机，以保证风机的安全。图2 三速感应风机运行控制策略3.2 变桨控制策略及方法在风力发电系统中，变桨控制技术关系到风机的安全性、可靠性、使用寿命、风能利用率以及输出电能的质量。三速感应风机运行时，叶片正常旋转范围设定为0-90。当风机在停机状态，叶片处于90位置，这时风力对叶片不产生转矩；当叶片角度为0时，气流对叶片产生的转矩最大。为保证风机安全，并使风机输出功率平稳、减小转矩振荡、减小机舱振荡，实际控制时叶片的进桨速度（由大角度向小角度旋转）控制在约1/s，顺桨速度（由小角度向大角度旋转）控制在5/s以下，紧急停机时的顺桨速度为10/s。叶片在发电机并入电网之前由变桨电机控制器根据发电机的转速、当时的风速等反馈信号进行变桨控制，确定叶片处于待机或顺桨位置。当风速达到切入（开始发电）速度后，发电机可以并网发电。三速感应风机的输出功率曲线见图3。图3 三速感应风机输出功率曲线 当风速达到V1、V2和V3时，风机输出功率可以分别达到额定的100KW、500KW和1.5MW。为使控制简单可靠，在风速小于V3时，系统不进行变桨，维持叶片角度为0，以最大限度地获取风能。当风速大于V3（1.5MW的额定风速）后，系统根据输出功率、风速等参数对叶片进行变桨控制。风机输出功率P见公式（1）-（3）。 其中：空气密度（1.2929kg/m3）； r：风轮半径；v：风速；Cp(,)：风能利用系数；：风轮转动角速度；：叶尖速比；：叶片角度；a：轴向诱导因数；Aij：多项式拟合系数；当a=1/3时，Cp(,)达到最大值0.593，称为贝兹极限（Betz Limit）。由于采用PLC作为主控制器，变桨控制算法必须简单、有效、可靠而且调节方便，因此选择了传统的PID控制策略对叶片进行控制，变桨控制的目标函数为输出功率，变桨控制逻辑图见图4。图4 变桨控制系统逻辑图4中： P(t)：输出功率设定值； y(t)：输出功率测量值； e(t)=P(t)-y(t)； (t)：叶片角度；d(t)：扰动；V：风速；：叶尖速比。 叶片角度PID控制变量见公式（4），其拉普拉斯变换（Laplace Transformation）见公式（5）。其中： Kp：比例增益；Ti：积分时间常数；Td：微分时间常数； N=10。三速感应风机变桨控制可以被认为是具有“自调节”（Self-regulation）的过程控制，风机输出功率对叶片角度的阶跃响应见图5，在稳定风速下，叶片角度确定后，当时间t时，系统阶跃响应趋向于一个固定值。通过实测变桨控制系统的阶跃响应，可以确定K、L和T（或=KL/T）的实际数值用于后续的PID参数调节。图5 变桨PID控制函数阶跃响应PID控制最重要的是要确定Kp、Ti、Td三个系数，为优化输出功率、有效降低风机噪音、维持输出功率平稳、改善叶片和整机的受力状况，采用“误差平方积分”（Integral Squared Error (ISE)）优化算法优化确定PID系数。优化时充分考虑到控制稳定性及抵抗各种扰动的能力，采用了Derek P. Atherton 等提出的PID系数计算公式(6)6。其中： T、L为从阶跃响应中实测的数值，(ai,bi)数值见表1。L/T范围0.1-11.1-2a11.4731.524b1-0.970-0.735a21.1151.130b20.7530.641a30.5500.552b30.9480.851表1 抗扰动PID控制参数系统实际运行表明，通过采用以上方法确定的变桨PID控制策略，风机的输出功率过冲0.5KW，而且变桨速度平稳，未发生震荡。3.3 软并网控制策略这种并网方法是在感应发电机定子与电网之间每相串入一组双向晶闸管，当发电机转速接近某一同步转速时，风机控制系统发出并网启动命令，软并网系统的双向晶闸管驱动电路向晶闸管以斜坡限流方式发出开启导通角驱动信号，晶闸管导通角由0逐步向180导通，整个爬坡时间在120ms