一、MW級風力發(fā)電機組控制特性
隨著風力發(fā)電技術的發(fā)展，機組容量逐步大型化，現代大型風力發(fā)電機組的控制技術是關鍵，其具有以下幾方面的特點：
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(tài)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復雜，主控系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(jiān)視電網、風況、機組運行的參數，對機組的并網、脫網進行精確控制，確保運行過程的安全性和可靠性。
4、風電機組往往安裝在風力資源豐富的沙漠、海島等場合，需通過遠程監(jiān)控實現無人值守，對控制產品的可靠性提出非常高的要求。
二、WPCS主控系統基本功能
主控系統協調變槳系統、變流器系統，實現機組的發(fā)電控制，是風機控制的核心，針對上述風力機的特性，主控系統設計需實現以下四方面的目標：
1、根據風力資源、機組狀況，控制機組生產滿足電網需求的電力，盡可能減少對電網的沖擊，保證電網的穩(wěn)定運行。
2、在發(fā)電過程中，需保證機組本身各傳動系統的安全穩(wěn)定運行，診斷相關故障信息，保證機組本身的安全運行。
3、風機的載荷控制，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(tài)。
MW級風電機組的控制特性復雜，控制系統需仔細設計，以求在上述目標之間平衡。
2.1 機組自動啟停控制
主控根據風力參數、電網參數以及機組各系統相關的運行狀況，自動在各過程之間切換，完成機組的發(fā)電控制，系統的各狀態(tài)之間切換狀態(tài)圖如下：
圖1.1，機組運行狀態(tài)切換簡圖
當系統上電后，主控系統首先進入“開機”狀態(tài)，檢測各參數正常后，系統進入“待機”狀態(tài)，如檢測的狀態(tài)不正常，則根據級別進入其他各類停機狀態(tài)；
在“待機”狀態(tài)，系統開始執(zhí)行機組的各單元的控制程序，如偏航系統、齒輪箱系統、變槳系統、變流器系統等等，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(tài)；在“待機”狀態(tài)，機組可通過操作盤上的按鈕切換至“手動”狀態(tài)，完成偏航、變槳系統的手動控制。
在“啟動升速”狀態(tài)，系統會根據不同的風速條件選擇啟動方式，控制變槳角度，讓風輪開始旋轉，開始最初的轉速開環(huán)控制，當轉速滿足最低要求后，系統開始啟動變流器執(zhí)行“啟勵”、“并網”等控制任務，進入“發(fā)電運行”狀態(tài)。
2.2主控故障保護
主控系統根據實時運行的診斷數據和預先設置的故障級別，將系統的故障停機分為如下三類：
1、正常停機：主控控制變槳系統、變流器系統，按照設定減負荷速度控制轉速、轉矩，實現機組的正常停機。
2、快速停機：由于發(fā)生了危害機組安全的故障，主控直接控制變槳系統順槳，快速降低機組負荷，實現安全停機。
3、安全鏈停機：獨立于主控的后備保護回路，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、機艙控制系統看門狗，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(huán)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、變槳系統、變流器系統、偏航系統、齒輪箱、發(fā)電機、液壓系統、潤滑系統等等。
主控系統實時監(jiān)視機組的運行狀況，控制機組的各類輔機運行，根據各類診斷結果的不同級別，執(zhí)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(jiān)控中心。
2.4機組變速、變槳距控制
大型風力機通過控制發(fā)電機轉速和變槳系統的槳距角度實現發(fā)電控制，運行曲線（如下圖）分為功率優(yōu)化區(qū)和功率限制區(qū)兩個部分。
1、當低于額定功率時，通過控制發(fā)電機轉速實現在小于額定功率情況下的最佳葉尖速比運行。如圖轉速點A’以下的范圍為開環(huán)控制區(qū)（機組啟動過程）；B~C’為最佳葉尖比運行區(qū)；C’點為機組的額定轉速區(qū)，當機組運行達到C’點后，機組進入恒轉速運行。
2、當機組功率達到E點時，進入功率限制運行區(qū)，通過調節(jié)變槳距角度，限制機組輸入功率為額定功率。常規(guī)調節(jié)方法由于變槳角執(zhí)行的響應速度很難完全跟蹤風速的能量變化，會導致功率的波動，在這里可通過特殊的恒功率算法，使機組在陣風模式依然可獲得穩(wěn)定的功率輸出。
圖1.2，轉速、轉矩運行曲線
