風力發電機組是實現由風能到機械能和由機械能到電能兩個能量轉換過程的裝置,風輪系統實現了從風能到機械能的能量轉換,發電機和控制系統則實現了從機械能到電能的能量轉換過程,在考慮風力發電機組控制系統的控制目標時,應結合它們的運行方式重點實現以下控制目標:
1. 控制系統保持風力發電機組安全可靠運行,同時高質量地將不斷變化的風能轉化為頻率、電壓恒定的交流電送入電網。
2. 控制系統采用計算機控制技術實現對風力發電機組的運行參數、狀態監控顯示及故障處理,完成機組的運行狀態管理和控制。
3. 利用計算機智能控制實現機組的功率優化控制,定槳距恒速機組主要進行軟切入、軟切出及功率因數補償控制,對變槳距風力發電機組主要進行尖速比和額定風速以上的恒功率控制。
4. 大于開機風速并且轉速達到并網轉速的條件下,風力發電機組能軟切入自動并網,保證電流沖擊小于額定電流。
主要完成下列自動控制功能:
1)大風情況下,當風速達到停機風速時,風力發電機組應葉尖限速、脫網、抱液壓機械閘停機,而且在脫網同時,風力發電機組偏航90°。停機后待風速降低到大風開機風速時,風力發電機組又可自動并入電網運行。
2)為了避免小風時發生頻繁開、停機現象,在并網后10min內不能按風速自動停機。同樣,在小風自動脫網停機后,5min內不能軟切并網。
3)當風速小于停機風速時,為了避免風力發電機組長期逆功率運行,造成電網損耗,應自動脫網,使風力發電機組處于自由轉動的待風狀態。
4)當風速大于開機風速,要求風力發電機組的偏航機構始終能自動跟風,跟風精度范圍±15°。
5)風力發電機組的液壓機械閘在并網運行、開機和待風狀態下,應該松開機械閘,其余狀態下(大風停機、斷電和故障等)均應抱閘。
6)風力發電機組的葉尖閘除非在脫網瞬間、超速和斷電時釋放,起平穩剎車作用。其余時間(運行期間、正常和故障停機期間)均處于歸位狀態。
7)在大風停機和超速停機的情況下,風力發電機組除了應該脫網、抱閘和甩葉尖閘停機外,還應該自動投入偏航控制,使風力發電機組的機艙軸心線與風向成一定的角度,增加風力發電機組脫網的安全度,待機艙轉約90°后,機艙保持與風向偏90°跟風控制,跟風范圍±15°。
8)在電網中斷、缺相和過電壓的情況下,風力發電機組應停止運行,此時控制系統不能供電。如果正在運行時風力發電機組遇到這種情況,應能自動脫網和抱閘停機,此時偏航機構不會動作,風力發電機組的機械結構部分應能承受考驗。