大型风电场及风电机组的控制系统

，控制系统应能根据发电机输出功率的变化对大小发电机进行自动切换，从而提高风电机组的效率。具体控制方法为:

（1） 小发电机向大发电机的切换

在小发电机并网发电期间，控制系统对其输出功率进行检测，若1秒钟内瞬时功率超过小发电机额定功率的20%，或2分钟内的平均功率大于某一定值时，则实现小发电机向大发电机的切换。切换过程为:首先切除补偿电容，然后小发电机脱网，等风轮自由转动到一定速度后，再实现大发电机的软并网;若在切换过程中风速突然变小，使风轮转速反而降低的情况下，应再将小发电机软并网，重新实现小发电机并网运行。

（2） 大发电机向小发电机的切换

检测大发电机的输出功率，若2分钟内平均功率小于某一设定值（此值应小于小发电机的额定功率）时，或50S瞬时功率小于另一更小的设定值时，立即切换到小发电机运行。切换过程为:切除大发电机的补偿电容器，脱网，然后小发电机软并网，计时20S，测量小发电机的转速，若20S后未达到小发电机的同步转速，则停机，控制系统复位，重新起动。若20S内转速已达到小发电机旁路转速则旁路晶闸管软起动装置，再根据系统无功功率情况投入补偿电容器。

3.3 变桨距控制方式及其改进

风力发电机并网以后，控制系统根据风速的变化，通过桨距调节机构，改变桨叶攻角以调整输出电功率，更有效地利用风能。在额定风速以下时，此时叶片攻角在零度附近，可认为等同于定桨距风力发电机，发
电机的输出功率随风速的变化而变化。当风速达到额定风速以上时，变桨距机构发挥作用，调整叶片的攻角，保证发电机的输出功率在允许的范围内。

但是，由于自然界的风力变幻莫测。风速总是处在不断地变化之中，而风能与风速之间成三次方的关系，风速的较小变化都将造成风能的较大变化，导致风力发电机的输出功率处于不断变化的状态。对于变桨距风力发电机，当风速高于额定风速后，变桨距机构为了限制发电机输出功率，将调节桨距，以调节输出功率。如果风速变化幅度大，频率高，将导致变桨距机构频繁大幅度动作，使变桨距机构容易损坏;同时，变桨距机构控制的叶片桨距为大惯量系统，存在较大的滞后时间，桨距调节的滞后也将造成发电机输出功率的较大波动，对电网造成一定的不良影响。

为了减小变桨距调节方式对电网的不良影响，可采用一种新的功率辅助调节方式-RCC（Rotor Current Control转子电流控制）方式来配合变桨距机构，共同完成发电机输出功率的调节。RCC控制必须使用在线绕式异步发电机上，通过电力电子装置，控制发电机的转子电流，使普通异步发电机成为可变滑差发电机。RCC控制是一种快速电气控制方式，用于克服风速的快速变化。采用了RCC控制的变桨距风力发电机，变桨距机构主要用于风速缓慢上升或下降的情况，通过调整叶片攻角，调节输出功率；RCC控制单元则应用于风速变化较快的情况，当风速突然发生变化时，RCC单元调节发电机的滑差，使发电机的转速可在一定范围内变化，同时保持转子电流不变，发电机的输出功率也就保持不变。

3.4 无功补偿控制

由于异步发电机要从电网吸收无功功率，使风电机组的功率因数降低。并网运行的风力发电机组一般要求其功率因数达到0.99以上，所以必须用电容器组进行无功补偿。由于风速变化的随机性，在达到额定功率前，发电机的输出功率大小是随机变化的，因此对补偿电容的投入与切除需要进行控制。在控制系统中设有四组容量不同的补偿电容，计算机根据输出无功功率的变化，控制补偿电容器分段投入或切除。保证在半功率点的功率因数达到0.99以上。

3.5 偏航与自动解缆控制

偏航控制系统有三个主要功能:

（1） 正常运行时自动对风。当机舱偏离风向一定角度时，控制系统发出向左或向右调向的指令，机舱开始对风，直到达到允许的误差范围内，自动对风停止。

（2） 绕缆时自动解缆。当机舱向同一方向累计偏转2.3圈后，若此时风速小于风电机组启动风速且无功率输出，则停机，控制系统使机舱反方向旋转2.3圈解绕;若此时机组有功率输出，则暂不自动解绕;若机舱继续向同一方向偏转累计达3圈时，则控制停机，解绕;若因故障自动解绕未成功，在扭缆达4圈时，扭缆机械开关将动作，此时报告扭缆故障，自动停机，等待人工解缆操作。

（3） 失速保护时偏离风向。当有特大强风发生时，停机，释放叶尖阻尼板，桨距调到最大，偏航90o背风，以保护风轮免受损坏。

3.6 停车控制

停机过程分为正常停机和紧急停机。

（1） 正常停机

当控制器发出正常停机指令后，风电机组将按下列程序停机:

①　切除补偿电容器;

②　释放叶尖阻尼板;

③发电机脱