安全保护系统的重要性及功能

控制系统是风力发电机组核心部件，是风力发电机组安全运行的根本保证，所以为了提高风力发电机组运行安全性，必须认真考虑控制系统的安全性和可靠性问题。风电机组运行安全保护主要有以下方面：

（1）大风安全保护。一般风速达到25m/s（10min）即为停机风速，机组必须按照安全程序停机，停机后，风力发电机组必须90°对风控制。

（2）参数越限保护。各种采集、监控的量根据情况设定有上、下限值，当数据达到限定值时，控制系统根据设定好的程序进行自动处理。

（3）过压过流保护。当装置元件遭到瞬间高压冲击和电流过流时所进行的保护。通常采用隔离、限压、高压瞬态吸收元件、过流保护器等。

（4）震动保护。机组应设有三级震动频率保护，震动球开关、震动频率上限1、震动频率极限2，当开关动作时，控制系统将分级进行处理。

（5）开机关机保护。设计机组开机正常顺序控制，确保机组安全。在小风、大风、故障时控制机组按顺序停机。

（6）电网掉电保护。风力发电机组离开电网的支持是无法工作的，一旦有突发故障而停电时，控制器的计算机由于失电会立即终止运行，并失去对风机的控制，控制叶尖气动刹车和机械刹车的电磁阀就会立即打开，液压系统会失去压力，制动系统动作，执行紧急停机。紧急停机意味着在极短的时间内，风机的制动系统将风机叶轮转数由运行时的额定转速变为零。大型的机组在极短的时间内完成制动过程，将会对机组的制动系统、齿轮箱、主轴和叶片以及塔架产生强烈的冲击。紧急停机的设置是为了在出现紧急情况时保护风电机组安全的。然而，电网故障无须紧急停机；突然停电往往出现在天气恶劣、风力较强时，紧急停机将会对风机的寿命造成一定影响。另外风机主控制计算机突然失电就无法将风机停机前的各项状态参数及时存储下来，这样就不利于迅速对风机发生的故障作出判断和处理。针对上述情况，可以在控制系统电源中加设在线UPS（Uninterruptible Power System）后备电源，这样当电网突然停电时，UPS自动投入，为风电机控制系统提供电力，使风电控制系统按正常程序完成停机过程。

（7）紧急停机安全链保护。系统的安全链是独立于计算机系统的硬件保护措施，即使控制系统发生异常，也不会影响安全链的正常动作。安全链是将可能对风力发电机造成致命伤害的超常故障串联成一个回路，当安全链动作后将引起紧急停机，执行机构失电，机组瞬间脱网，控制系统在3s左右将机组平稳停止，从而最大限度地保证机组的安全。发生下列故障时将触发安全链：叶轮过速、机组部件损坏、机组振动、扭缆、电源失电、紧急停机按钮动作。

（8）微机控制器抗干扰保护。风电场控制系统的主要干扰源有：

1）工业干扰，如高压交流电场、静电场、电弧、可控硅等。(www.xing528.com)

2）自然界干扰，如雷电冲击、各种静电放电、磁爆等。

3）高频干扰，如微波通讯、无线电信号、雷达等。

这些干扰通过直接辐射或由某些电气回路传导进入的方式进入到控制系统，干扰控制系统工作的稳定性。从干扰的种类来看，可分为交变脉冲干扰和单脉冲干扰两种，它们均以电或磁的形式干扰控制系统。

参考国家（国际）关于电磁兼容（EMC）的有关标准，风电场控制设备也应满足相关要求。如：GB/T 13926.1（IEC 801—1）《工业过程测量和控制装置的电磁兼容性总论》；GB/T 13926.2（IEC 801—1）《工业过程测量和控制装置的电磁兼容性静电放电要求》；GB/T 13926.3（IEC 801—1）《工业过程测量和控制装置的电磁兼容性辐射电磁场要求》；GB/T 13926.4（IEC 801—1）《工业过程测量和控制装置的电磁兼容性电快速瞬变脉冲群要求》。

此处还应通过相关行业根根标准GB/T 17626（IEC 61000）《电磁兼容试验和测量技术抗扰度试验总论》进行的检测。以保证设备的可靠性。

（9）接地保护。接地保护是非常重要的环节。良好的接地将确保控制系统免受不必要的损害。在整个控制系统中通常采用工作接地、保护接地、防雷接地、防静电接地、屏蔽接地几种接地方式，来达到安全保护的目的。

接地的主要作用一方面是为保证电器设备安全运行，另一方面是防止设备绝缘被破坏时可能带电，以致危及人身安全。同时能使保护装置迅速切断故障回路，防止故障扩大。

要使风电机组可靠运行，需要在风电机组控制系统的保护功能设计上加以重视。在设计控制系统的时候，往往更注重系统的最优化设计和提高可利用率，然而进行这些设计的前提条件却是风电机组控制系统的安全保护，只有在确保机组安全运行的前提下，才可以讨论机组的最优化设计、提高可利用率等。因此，具备完善保护功能的控制系统，是风电机组安全运行的首要保证。