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摘要：风力发电机组电控系统的稳定关系着风力发电机组的平稳运行。本文首先介绍了风力发电机组电控系统结构，接着介绍了风力发电机组控制与安全系统、风力发电机电控系统的结构，最后提出了风力发电机组电控系统的安全可靠性设计。
关键词：风力发电；机组；电控系统
前言
世界各国的繁荣富强，需要世界经济、科技、能源和环境的协调发展。然而目前世界主要能源均来自不可再生的能源：石油、煤和天然气等。根据联合国能源署报告，按照目前的技术水平和使用计算，全球煤炭资源还可以开采不到200年，石油储量大约在2050年左右开采完，而天然气将在不到60年内枯竭。同样，近些年来，伴随着全球能源需求的不断增加、全球温室效应及2011年日本福岛核危机等问题的爆发，让人们逐渐意识到了这些不可再生的旧能源不仅有限，而且在利用过程中带来的严重环境污染问题，给人类生存产生的危害等问题已日益凸显，如何解决能源危机和环境恶化是人们急需思考和解决的问题。
风能是由太阳辐射引起的，可以说是一种广义上的太阳能。在风能转换为电能的过程中，不产生任何有害气体和废料，不污染环境，可以说是一种取之不尽、用之不竭、绿色低碳的可再生能源，因此其发展潜力巨大，前景广阔。能源对于人类生存和社会经济发展至关重要，是世界各国关注的焦点和重点处理的要务。开发利用可再生能源已成为目前能源发展战略的必然选择，使得作为新兴能源的风能逐渐受到各国的关注。
1风力发电机组电控系统结构
风力发电机把风能转化成电能，其总体可以分为两部分。前一部分是风力机，它将空气动能转化成风轮机械能；后一部分是发电机，把风轮机械能转化成电能。
各个地区的风能环境不同，造成各个地区对风能发电机组的需求也是不同的，所以也就形成了不同分类的发电机。风电机组的装机由实际需求及外部环境决定，它有多种类别。按桨叶与轮毂的连接方式，风电机组分为定桨距型与变桨距型；从装机角度看，大型风电机组的容量在1000kw以上，中型容量在100kw和1000kw之间，小型容量在100kw之下；按转子转速分，低速型风机转速<3，高速型转速>3；从变桨机构角度看，风电机组分液压变桨系统与电动变桨系统。现在大型风力发电机组已占据全球风电大部分市场份额，尽管装机容量与控制技术较以往大幅提升，但风力机组成部件与机械结构并无太大变，大型风电机组结构及组件位置如图1.1所示。
图1风力发电机组部件与结构
在风电控制领域实现风力动能转换为电能有多种方案，传动变速齿轮给多极发电机控制系统提供解决方案，并且根据风力发电机型号不同分多种解决方案。为实现电网与异步发电机之间的柔性连接，可使用多种类型的电力电子逆变器。
整个风力发电机组大致可分为以下几个部分：风轮系统、传动系统、偏航系统、液压系统与制动机构发电机。
各个部分分述如下
①风轮系统，其主要作用是采集风育旨。
②传动系统，其主要作用是将风能转换成机械能。
③偏航系统，其主要作用是使风轮扫掠面始终和风向保持垂直。
④液压系统与制动机构，其主要作用是提供驱动动力；制动系统可以使风轮减速或停转。
⑤发电机，其主要作用是将风轮的机械能转换成为电能。
⑥控制与安全系统，是风力发电机组的核心。
⑦塔架与基础。
2风力发电机电控系统的结构
风力发电机电控系统由低压电气柜、塔底控制柜、交流柜、机舱控制柜、变桨控制柜、电气滑环、传感器和连接电缆等组成，按系统可以分为主控系统、变流系统、变桨系统和电网级控制系统四大部分，实现正常运行控制、阵风控制、最佳运行控制（最佳叶尖速比控制）、功率控制、安全保护控制及变桨距控制等功能。在整个风力发电机的系统结构中，电控系统有着举足轻重的作用，其结构也是环环相扣，从而能更好的控制正常运行，电控系统结构图见图2。
图3电控系统的硬件结构
3风力发电机组电控系统的安全可靠性设计
3.1机组控制装置的安全系统组成
机组控制装置的安全系统组成由运行保护抗干扰保护、接地保护等组成，如图4所示。
图4机组安全系统图
3.2机组控制运行安全保护系统
（1）强风保护安全系统。机组设计有切入风速，停机风速，一般取10min，25m/s的风速为停机风速。由于此时风的能量很大，系统必须采取保护措施，将自动调节桨距角，限制最大功率的输出，保证发电机运行安全。
（2）参数越限保护。风力发电机组运行中，针对机组运行的不同现场，规定越限参数值不同。温度参数由计算机采样值和实际工况计算确定上下限，压力参数的极限采用压力继电器，根据工况要求确定和调整越限设定值。
（3）电压电流保护。电压保护是对电气装置元件遭到的瞬间高压冲击所进行的保护，通常对控制系统交流电源进行隔离稳压保护，同时装置加高压瞬态吸收元件，提高控制系统的耐高压能力。电流保护：控制系统的电气电路都必须加过流保护器，将根据各自的负荷计算允许通过的电流并选配不同断路器如熔断器、空开等。
（4）启动保护。主要体现在开机正常顺序控制和软并网控制上。对于软并网控制，采取同步、同相、同压控制，限制并网时的电流冲击。
（5）关机保护。风力发电机组在小风扰动、强风及故障时需要安全停机，停机的顺序应先采用空气制动，然后软切除脱网停机。
（6）紧急停机保护。紧急停机是机组安全保护的有效措施，当振动开关动作、转速超限、电网中断、机组部件突然损坏或出现其他严重事故时，机组紧急停机。
3.3电气接地保护系统
接地在正常情况或事故情况下，为了保证电器设备的安全运行，必须将电控制系统一点进行接地，如变压器的中性点接地等，称为工作接地。为了防止由于绝缘损坏而造成触电危险，把电器设备不带电的金属外壳用导线和接地装置相连接，控制板、电机外壳接地，称为保护接地。
3.4抗电磁干扰保护系统
抗电磁干扰的基本原则是为了使控制系统既不因外界电磁干扰的影响而误动作或丧失功能，也不向外界发送过大的噪声干扰，以免影响其他系统或装置正常工作，所以遵循下列3个原则：1）抑制噪声源，直接消除干扰产生的原因；2）切断电磁干扰的传递途径或提高传递途径对电磁干扰的衰减作用，以消除噪声源和受扰设备之间的噪声藕合；3）加强受扰设备抵抗电磁干扰的能力，降低其噪声灵感度。
结论
风力发电机组可以很好地适应我国风电发展的需要，为我国风能资源的开发利用提供了条件。风力发电机组控制系统的安全可靠性，不仅关系到风力发电机组能否正常发挥作用，甚至影响到风电场长期安全可靠运行。
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