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複雜

，主控係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，對機組的並網
、脫網進行精確控製
，確保運行過程的安全性和可靠性。

    1、根據風力資源

、機組狀況
，控製機組生產滿足電網需求的電力
，盡可能減少對電網的衝擊，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係統的安全穩定運行，診斷相關故障信息，保證機組本身的安全運行。

    3、風機的載荷控製，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級風電機組的控製特性複雜
，控製係統需仔細設計
，以求在上述目標之間平衡。

2.1 機組自動啟停控製
    主控根據風力參數

、電網參數以及機組各係統相關的運行狀況，自動在各過程之間切換，完成機組的發電控製，係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

    當係統上電後，主控係統首先進入“開機”狀態
，檢測各參數正常後，係統進入“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，係統開始執行機組的各單元的控製程序，如偏航係統、齒輪箱係統、變槳係統、變流器係統等等，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、變槳係統的手動控製。

    在“啟動升速”狀(zhuang)態(tai)，係(xi)統(tong)會(hui)根(gen)據(ju)不(bu)同(tong)的(de)風(feng)速(su)條(tiao)件(jian)選(xuan)擇(ze)啟(qi)動(dong)方(fang)式(shi)，控(kong)製(zhi)變(bian)槳(jiang)角(jiao)度(du)，讓(rang)風(feng)輪(lun)開(kai)始(shi)旋(xuan)轉(zhuan)，開(kai)始(shi)最(zui)初(chu)的(de)轉(zhuan)速(su)開(kai)環(huan)控(kong)製(zhi)
，當(dang)轉(zhuan)速(su)滿(man)足(zu)最(zui)低(di)要(yao)求(qiu)後(hou)
，係(xi)統(tong)開(kai)始(shi)啟(qi)動(dong)變(bian)流(liu)器(qi)執(zhi)行(xing)“啟勵”
、“並網”等控製任務
，進入“發電運行”狀態。

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

    1
、正常停機：主控控製變槳係統
、變流器係統，按照設定減負荷速度控製轉速、轉矩，實現機組的正常停機。

    2、快速停機：由於發生了危害機組安全的故障
，主控直接控製變槳係統順槳
，快速降低機組負荷，實現安全停機。

    3
、安全鏈停機：獨立於主控的後備保護回路
，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、機艙控製係統看門狗，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
、變槳係統、變流器係統、偏航係統
、齒輪箱、發電機、液壓係統、潤滑係統等等。

    主控係統實時監視機組的運行狀況
，控製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、變槳距控製
    大型風力機通過控製發電機轉速和變槳係統的槳距角度實現發電控製
，運行曲線（如下圖）分為功率優化區和功率限製區兩個部分。

    1
、當低於額定功率時，通過控製發電機轉速實現在小於額定功率情況下的最佳葉尖速比運行。如圖轉速點A’以下的範圍為開環控製區（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’點後
，機組進入恒轉速運行。

    2、當機組功率達到E點(dian)時(shi)，進(jin)入(ru)功(gong)率(lv)限(xian)製(zhi)運(yun)行(xing)區(qu)

，通(tong)過(guo)調(tiao)節(jie)變(bian)槳(jiang)距(ju)角(jiao)度(du)，限(xian)製(zhi)機(ji)組(zu)輸(shu)入(ru)功(gong)率(lv)為(wei)額(e)定(ding)功(gong)率(lv)。常(chang)規(gui)調(tiao)節(jie)方(fang)法(fa)由(you)於(yu)變(bian)槳(jiang)角(jiao)執(zhi)行(xing)的(de)響(xiang)應(ying)速(su)度(du)很(hen)難(nan)完(wan)全(quan)跟(gen)蹤(zong)風(feng)速(su)的(de)能(neng)量(liang)變(bian)化(hua)
，會(hui)導(dao)致(zhi)功(gong)率(lv)的(de)波(bo)動(dong)，在(zai)這(zhe)裏(li)可(ke)通(tong)過(guo)特(te)殊(shu)的(de)恒(heng)功(gong)率(lv)算(suan)法(fa)，使(shi)機(ji)組(zu)在(zai)陣(zhen)風(feng)模(mo)式(shi)依(yi)然(ran)可(ke)獲(huo)得(de)穩(wen)定(ding)的(de)功(gong)率(lv)輸(shu)出(chu)。

圖1.2
，轉速、轉矩運行曲線

    如圖1.3功率曲線圖所示

，將此功率曲線分成四個工作區域
，即恒速運行工作區A
、最佳Cp追蹤工作區
、恒速運行工作區B
、額定點以上運行工作區。

    在圖1.2中恒速運行工作區A對應於A’-B段；最佳Cp追蹤工作區對應於B-C’段、恒速運行工作區B對應於C’-E段、額定點以上運行工作區對應於E點。

圖1.3，功率曲線

    在(zai)額(e)定(ding)風(feng)速(su)以(yi)下(xia)運(yun)行(xing)區(qu)，控(kong)製(zhi)器(qi)控(kong)製(zhi)風(feng)機(ji)最(zui)大(da)化(hua)的(de)捕(bu)獲(huo)風(feng)能(neng)提(ti)高(gao)發(fa)電(dian)量(liang)。在(zai)額(e)定(ding)風(feng)速(su)以(yi)上(shang)運(yun)行(xing)區(qu)，控(kong)製(zhi)器(qi)控(kong)製(zhi)風(feng)機(ji)卸(xie)掉(diao)多(duo)餘(yu)的(de)機(ji)械(xie)能(neng)，維(wei)持(chi)機(ji)組(zu)工(gong)作(zuo)在(zai)額(e)定(ding)點(dian)附(fu)近(jin)。恒(heng)速(su)工(gong)作(zuo)區(qu)A：風機自啟動到轉速達到最小並網轉速
，則進入恒速工作區A，控製器控製風機並網，並隨著風速的增加控製機組的輸出功率增大，直到達到最佳Cp曲線（圖1.2中的B點）；最佳Cp最佳追蹤工作區：控製器控製風機運行於最佳Cp曲線之上，動態調整風力發電幾組的輸出功率實現最大風能捕獲；恒速工作區B：cishifenglifadianjizudefadianjizhuansuyijingdadaoedingzhuansu，danshishuchugonglvshangweidadaoedingzhi，suizhefengnengdezengjiatiaojiejizushuchugonglvzengda
，zhidaoshuchugonglvdaodaedingzhi，rucikeyiyouxiaodifangzhizaijizudadaoedingzhiqianyouyudazhenfengdeyingxiangerchuxianjizuchaosudexianxiang；額定風速以上運行區
，控製器控製風機卸掉多餘的機械能
，維持機組工作在額定點附近。

2.5機組載荷優化
    風力發電機組在運行過程中載荷情況複雜，控製係統的動作也不可避免對機組的載荷產生影響
，在各種工況下風力機組疲勞載荷
、極限載荷對機組的運行效率、使用壽命都有非常至關重要的影響，係統設計時需仔細分析風機主要部件包括葉輪、傳動係統、塔架的各階振動模態以及相互的作用， 充分考慮了各類複雜的動力學問題，通過發電機轉矩控製、葉片變槳角度控製，盡可能減緩載荷對機組長期運行壽命的影響。

    Cmapbell圖常用於機組振動模態的分析
，下圖是某1.5MW機型經BLADED軟件模態線性化分析後得到的機組各部件的振動模態圖，圖中列出了塔架

、葉片等機組各部件的振動模態，機組在設計階段就應開展固有頻率
、阻zu尼ni率lv和he可ke能neng引yin起qi的de諧xie振zhen問wen題ti的de分fen析xi，以yi及ji引yin起qi諧xie振zhen工gong作zuo區qu域yu的de分fen析xi，如ru機ji組zu的de運yun行xing頻pin率lv應ying盡jin可ke能neng辟pi開kai塔ta架jia的de固gu有you頻pin率lv，以yi免mian引yin起qi共gong振zhen。主zhu控kong軟ruan件jian需xu針zhen對dui機ji組zu的de相xiang關guan特te征zheng頻pin率lv進jin行xing優you化hua和he控kong製zhi，常chang規gui載zai荷he優you化hua括kuo：風輪-塔架耦合振動控製、機組傳動鏈扭振控製。

圖1.4 風電機組坎貝爾圖

風輪-塔架耦合振動控製

    duiyudaxingbianjiangjufenglijizu
，yepianbianjiangjiaodubianhuazhijieyingxiangtajiadezhendongfuduhezaihe
，jizutajiayijieqianhouzhendongmotaiweizhuyaomotai，ruguofenglundeqidongzunijiaoxiao，xiaojilijiukenengyinqihendadezaihexiangying，suoyixuzaibianjiangjutiaojiezhongshidangzengjiazuni
，yijinxingtajiadezaiheyouhuakongzhi。

    通過塔架的運動模型分析可知，塔架前後振動速度與風力作用在葉片上的△F呈反比。常規的處理方法為：通(tong)過(guo)機(ji)艙(cang)的(de)加(jia)速(su)度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)可(ke)很(hen)容(rong)易(yi)得(de)到(dao)塔(ta)架(jia)的(de)前(qian)後(hou)振(zhen)動(dong)加(jia)速(su)度(du)，積(ji)分(fen)後(hou)即(ji)得(de)到(dao)塔(ta)架(jia)前(qian)後(hou)振(zhen)動(dong)的(de)速(su)度(du)，在(zai)變(bian)槳(jiang)調(tiao)節(jie)的(de)葉(ye)片(pian)開(kai)度(du)指(zhi)令(ling)加(jia)入(ru)一(yi)定(ding)分(fen)量(liang)的(de)該(gai)阻(zu)尼(ni)信(xin)號(hao)

，即(ji)可(ke)獲(huo)得(de)很(hen)好(hao)的(de)機(ji)組(zu)塔(ta)架(jia)振(zhen)動(dong)控(kong)製(zhi)效(xiao)果(guo)
，同(tong)時(shi)對(dui)速(su)度(du)和(he)功(gong)率(lv)調(tiao)節(jie)的(de)效(xiao)果(guo)沒(mei)有(you)影(ying)響(xiang)。

傳動鏈扭振控製

    雙shuang饋kui機ji組zu在zai額e定ding功gong率lv以yi上shang運yun行xing時shi，轉zhuan矩ju指zhi令ling不bu再zai隨sui風feng速su變bian化hua而er變bian化hua
，使shi得de機ji組zu傳chuan動dong鏈lian的de阻zu尼ni很hen小xiao

，容rong易yi引yin起qi傳chuan動dong鏈lian的de扭niu轉zhuan振zhen動dong

，從cong而er引yin起qi齒chi輪lun箱xiang的de轉zhuan矩ju波bo動dong加jia速su齒chi輪lun箱xiang的de損sun壞huai，因yin此ci在zai控kong製zhi器qi設she計ji中zhong進jin行xing傳chuan動dong鏈lian加jia阻zu非fei常chang有you必bi要yao。

    根據模態線形化分析
，機組傳動鏈扭轉振動與葉片麵內一階模態
、塔架左右二階模態直接相關，通過帶通濾波器在轉速測量值上將該特征頻率取出
，經增益、移相處理後，加入轉矩指令，從而抵消扭振的諧振，有效增加阻尼效果，控製傳動鏈扭轉振動。

圖1.5 轉矩控製器框圖