2021风力发电机组智能控制技术规范-solarbe文库

风力发电机组智能控制技术规范 I 目次前言 III 1 范围1 2 规范性引用文件1 3 术语和定义1 4 一般要求2 5 功能要求2 5.1 机组基本控制功能2 5.2 单机智能控制功能2 5.3 人机界面4 5.4 通信要求4 5.5 智能监控功能5 6 试验方法6 6.1 机组基本控制功能试验6 6.2 机组智能控制功能试验6 6.3 智能监控系统功能试验7 7 检验规则8 7.1 检验类别8 7.2 检验规定8 7.3 检验项目9 8 产品信息9 8.1 提供文件9 8.2 产品标识10 1 风力发电机组智能控制技术规范 1 范围本标准规定了并网型水平轴风力发电机组智能控制功能的术语和定义、一般要求、功能要求、试验方法、检验规则、产品信息等。本标准适用于并网型水平轴风力发电机组（以下简称“机组”）的智能控制系统。 2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB/T 191 包装储运图示标志 GB/T 2900.53 电工术语风力发电机组 GB/T 13384 机电产品包装通用技术条件 GB/T 19963-2016 风电场接入电力系统技术规定 GB/T 22516-2015 风力发电机组噪声测量方法 GB/Z 25320.7 电力系统管理及其信息交换数据和通信安全第7部分：网络和系统管理（NSM）的数据对象模型 NB/T 31017-2018 风力发电机组主控制系统技术规范 NB/T 31071-2015 风力发电场远程监控系统技术规范 3 术语和定义 GB/T 2900.53、NB/T 31017-2018确立的以及下列术语和定义适用于本标准。 3.1 风机智能控制 intelligent control of wind turbine 机组智能控制功能宜包含以下功能但不限于此，同时具备支撑机组智能控制功能的人机界面。 ——单机智能控制功能，根据运行情况选择性的增加塔架加速度反馈控制、净空控制、扇区控制、空气密度补偿控制、暴风控制等功能； ——场站智能控制功能，监控全场机组、优化相关控制参数、合理调度机组出力等； ——远程智能监控功能，场群机组状态监测、智能检修、运维管理、能效分析、健康评估等。 3.2 单机智能控制功能 intelligent control features of single wind turbine 基于机组更全面的环境感知手段，结合机组自身气象站、叶片、塔筒等大部件的感知分析，强化系统监测和控制功能，实现机组基于运行状态的运维策略，保证机组安全稳定运行与发电性能最优，比如塔架加速度反馈控制、净空控制、扇区控制、空气密度补偿控制等。 2 3.3 数据采集与监控 supervisory control and data acquisition，SCADA 数据采集与监控，用于收集、处理、传输和显示风力发电机组运行状态、外界条件、电网状态等必要信息，并在一定条件下可控制机组启机、复位或停机。 3.4 场站智能控制功能 intelligent control features of wind farm 基于 SCADA 或其它系统传回场站的单机环境条件、运行状态、行为特征等，通过机器学习等方法优化控制参数，在平衡机组载荷水平的前提下，结合电网调度需求，充分提高智能风电机组的发电量，对有功、无功、频率进行调节，实现对电网的良好支撑。 3.5 远程智能监控功能 remote intelligent monitoring features 远程智能监控功能，可监控场群（多个风场）机组运行状态，实现智能诊断、运维管理、能效分析、健康评估、故障预警等功能。 3.6 信息安全防护 information security 为了提供机密性、完整性和可用性，保护信息和信息系统免受未经授权访问、使用、泄露、中断、修改或毁坏，同时满足国家安全战略和国家安全政策。 3.7 网络和系统管理 network and system management，NSM 监视网络和系统的工作状况，检测可能发生的安全入侵，对基础设施的性能和可靠性进行管理。 4 一般要求机组控制系统，应符合 NB/T 31017-2018 对机组环境条件、电网条件、性能要求、功能要求、安全保护的相关规定。数据采集与监控功能的接入要满足 NB/T 31071-2015 的相关规定，并符合安全分区、网络专用、横向隔离、纵向加密装置、综合防护等原则，符合电网信息安全防护体系要求。监控系统网络和系统管理，要符合 GB/Z 25320.7 的规定。 5 功能要求 5.1 机组基本控制功能控制系统应能实现风力发电机组的正常运行控制，包括启动控制、停机控制、正常发电控制、偏航控制、解缆控制、变桨控制、并网控制等功能，符合 NB/T 31017-2018 的相关规定。 5.2 单机智能控制功能 5.2.1 概述 3 基于机组更全面的环境感知手段，结合机组自身气象站、叶片、塔筒等大部件的感知分析，强化系统监测和控制功能，实现机组安全稳定运行与发电性能的协调最优。机组智能控制功能宜具备以下功能，但不限于此，并根据场址环境、机组条件、用户需求等决定是否启用。 5.2.2 空气密度补偿控制通过适当的方式获得实时空气密度，采用自适应控制策略在额定风速以前捕获更多风能。 5.2.3 塔架加速度反馈控制控制系统通过引入塔架振动信号，调节控制动作，实现控制加阻，从而抑制塔架和机舱的振动，降低塔架疲劳载荷，提高塔架和整机的寿命。 5.2.4 净空控制当机组检测到净空裕度偏低时，控制系统宜启动相关控制策略保证净空裕度。 5.2.5 扇区控制在特定扇区内的外部风况超出机组设定安全情况时，宜采取适当的控制策略，即在特定扇区执行机组停机、降功率运行等机组控制策略。 5.2.6 过速工况运行控制根据机组运行状态判断机组是否进入过速工况控制模式，宜采取主动降载或者其他相关控制策略提高机组安全性。 5.2.7 暴风控制在短时风速大于切出风速时，通过机组限功率运行等策略，适度扩展机组安全运行范围，减少机组停机时间。 5.2.8 台风控制机组在遭遇台风时，可通过偏航等控制方法，使机组处于载荷较低姿态，以减小机组的受载，提高机组安全性。 5.2.9 叶片结冰运行控制当叶片覆冰时，控制系统可通过适当手段检测到覆冰叶片，宜启动覆冰条件运行策略或启动叶片除冰策略。若检测到覆冰较厚，无法保证机组的载荷在设计范围内时，机组应当停机。叶片结冰运行控制策略由整机制造商提出和评估，由控制系统实现。 5.2.10 降噪运行控制机组根据实际需求与具体情况，宜通过启用针对机组中噪音较大部件的优化运行控制策略对噪音源采取降噪措施，达到降低机组运行噪音的目的。 5.2.11 独立变桨控制特定场址机组宜具备独立变桨控制能力，使三个桨角以不同的角度进行控制，补偿不平衡载荷，实现精确地独立实时非对称变桨控制。特定场址由整机制造商提出和评估。 4 5.2.12 柔性塔架控制在机组的变速工作区，以塔架固有频率为分界点进行分段控制；在风轮转动频率接近塔架固有频率时，控制风轮转速远离或快速通过塔架固有频率，避免运行过程出现共振。 5.2.13 一次调频控制在电网需求时，机组能够提供并参与场站一次调频的能力。 5.2.14 雷达辅助控制机组可使用如激光雷达等前置测风系统等先进的环境感知设备，获得更精准的环境信息，及时调整自身状态，使发电性能最优或运行载荷较低。 5.2.15 光影控制在太阳的照射下，旋转的风机叶片会产生闪变的影子，通过采取合理偏航或停机等措施避免光影对敏感区域产生不良影响。 5.2.16 容错运行控制机组在一定故障的情况下，借由信息的分析处理，实现风机有限性能运行。 5.2.17 故障高频数据录取机组控制系统宜具备自动存储记录若干条的特定故障的高频录取功能，数据时长宜覆盖特定故障前能反应故障的产生过程及故障后记录机组停机过程。 5.3 人机界面机组控制系统具备人机交互界面（ HMI)，根据用户权限不同，实现机组的手动启停控制、偏航控制及参数修改等基本控制功能的操作，同时支撑机组接入智能化控制功能的调试操作界面。人机交互界面（HMI)具体功能如下： a) 根据不同用户对象，配置不同权限等级； b) 界面显示机组当前运行状态(待机、并网、停机等）、风速、风向、转速、功率、桨距角等； c) 实时监控各子系统的状态； d) 浏览发生的故障信息； e) 修改设置参数； f) 手动操作，启机、停机、复位、手动偏航等； g) 具备区分操作权限优先的功能，优先级别依次为实现机舱操作权限、塔基操作权限、远程操作权限。 5.4 通信要求控制系统应具备与外部系统高效稳定的通信能力，实现与变流器、变桨距、本地及远程智能监控系统的通信功能等，监测机组运行状态、故障情况等。通信具体要求如下： a）通信接口至少应具备串口或以太网接口； b）支持下述通信协议中的一种或多种：IEC 61400-25、 IEC 60870-5-104：2006、MODBUS TCP、OPC、Ethercat、Profinet 等； c）通信功能应保证不间断运行； 5 d）带宽与通信速率应满足与外部系统对接要求。 5.5 智能监控功能 5.5.1 概述智能监控宜包含风电场数据采集与监控（ SCADA）、场站智能控制、远程智能监控三部分功能。监控系统的接入要符合NB/T 31071-2015的要求。 5.5.2 数据采集与监控功能风电场SCADA系统，采集并监控该风场的全部机组，其基本功能包含机组数据采集存储功能、数据监测控制功能、数据统计分析功能、系统异常报警功能、系统安全日志功能、系统配置管理功能等。 5.5.3 场站智能控制功能基于 SCADA 或其它系统传回场站的单机环境条件、运行状态、行为特征等，通过机器学习等方法优化控制参数，在平衡机组载荷水平的前提下，结合电网调度需求，充分提高智能风电机组的发电量，对有功、无功、频率进行调节，实现对电网的良好支撑，满足 GB/T 19963-2016 的相关规定。 5.5.4 远程智能监控功能 5.5.4.1 智能诊断功能远程智能监控宜具有详细的故障诊断知识库，根据机组报出的故障代码，可链接到此故障的详细描述、所涉及部件的结构图样、故障处理方法、作业影像指导文件等，同时，根据现场维护人员的故障处理反馈信息，不断完善故障诊断知识库。 5.5.4.2 风机效能分析功能通过对风电场基础信息、测风塔数据、 SCADA 系统采集的在运机组的数据、故障数据、月报、年报、现场运行记录、故障台账等数据进行分析，计算发电量可利用率、平均无故障运行时间、故障发生频次、平均故障间隔时间、平均排除故障耗时等指标，全面评估风电场设备的发电性能、可靠性、运行经济性以及潜在的缺陷。对机组的发电性能进行固定间隔时间的监测，查找风电场发电性能未达到最佳状态的机组，并分析未达到最佳状态的原因，提醒现场工程师进行相关检查校准作业，使机组处于最优发电性能状态，减少损失电量的发生，支撑机组智能化后评估。 5.5.4.3 风机部件健康评估功能机组的关键部件有叶片、发电机、轴承、变桨驱动、偏航驱动、变流器等，分析机组信号中与各部件相关的变量，提取部件健康状态的特征建立基线模型，与其它机组进行差异性对比，分析早期故障特征，合理安排检修机组部件，优化机组性能。 5.5.4.4 故障预警系统定期将收集到的机组各维度数据信息进行分析，及时发现设备运行过程中出现的故障和隐患，从而制定相应的检修策略，针对检修中形成的故障知识库进行多维度分析、判断，在大数据分析的基础上对可能出现的故障预测，使设备的性能最优化，资源分配合理化。 6 6 试验方法 6.1 机组基本控制功能试验机组启动控制、停机控制、正常发电控制、偏航控制、解缆控制、变桨控制、并网控制等基本控制功能试验，按照 NB/T31017-2018的相关规定。 6.2 机组智能控制功能试验 6.2.1 空气密度补偿控制试验针对具备空气密度补偿功能的机组测试。采用仿真或者现场测试的方式，更改空气密度传感器输入值，使空气密度发生改变，风速范围从切入风速到切出风速，至少测试 3 组不同空气密度下的数据，记录并存储风速、空气密度、功率、发电机转矩、给定转矩、桨角，绘制不同空气密度下的转速转矩曲线、叶尖速比、功率曲线等。 6.2.2 塔架加速度反馈控制试验针对具备塔架加速度反馈控制功能机组测试。采用仿真或者现场测试的方式，在机组相同工况下，对比使能和禁止该功能时的塔筒振动情况，分别记录并存储风速、发电机转矩、给定转矩、功率、桨角、塔架加速度值等参数，记录数据包括变速控制状态和恒功率状态。 6.2.3 净空控制试验针对具备净空控制功能机组进行测试。采用仿真或者现场测试的方式，使能和禁止该功能，记录并存储风速、功率、桨距角、净空值等参数，验证是否满足机组净空裕度。 6.2.4 扇区控制试验针对具备扇区控制功能的机组测试。采用仿真或者现场测试的方式，机组发电状态下，记录风速、绝对风向值、扇区编号、偏航误差、桨距角、发电机转速、发电机转矩、网侧功率等参数，采样点每风速段宜不少于 100 个且宜至少包括切入风速到切出风速，检验扇区控制策略是否正常执行。 6.2.5 过速工况运行控制试验针对具备过速工况运行控制功能的机组测试。采用仿真方式测试，机组在模拟的过速工况下，采取相关控制策略，记录并存储风速、功率、桨距角或叶片相关载荷等参数值，判断能否主动降载并安全稳定的运行。 6.2.6 暴风控制试验针对具备暴风控制功能的机组进行测试。在平均风速较低的情况下，通过远程监控或人机界面 HMI，触发机组暴风运行状态，记录机组触发动作前后的风速、绝对风向值、偏航角度、扭缆角度、刹车状态、机舱振动值、桨距角、偏航状态。在触发暴风模式后控制系统动作应该符合该机组的设计要求。 6.2.7 台风控制试验针对具备台风控制模式的机组进行测试。采用仿真或者现场测试的方式，在平均风速较低的情况下，通过远程监控或人机界面 HMI，触发机组台风运行状态，记录机组触发动作前后的风速、绝对风向值、偏航角度、扭缆角度、刹车状态、机舱振动值、桨距角、偏航状态。在触发暴风模式后控制系统动作应该符合该机组的设计要求。 7 6.2.8 叶片结冰运行控制试验针对具备叶片结冰运行控制功能的机组进行测试。通过适当辨别方法判断桨叶为覆冰状态，采用仿真或者现场测试的方式，通过远程监控或人机界面 HMI，触发机组启动结冰运行控制功能，记录机组触发动作前后的风速、功率、发电机转速、给定转矩和桨距角反馈值等参数，检验是否符合结冰运行策略。 6.2.9 降噪运行控制试验针对具备降噪运行控制功能的机组进行测试。通过HMI或 PC分别使能和禁止降噪控制功能，记录并存储风速、塔架振动加速度、功率、发电机转速、给定转矩和桨距角反馈值等参数，采样点应该至少包括额定转速以下和额定转速以上两种工况。同时根据 GB/T 22516-2015，测试两种模式下的噪声值。 6.2.10 独立变桨控制试验针对具备独立变桨控制功能的机组进行测试。采用仿真或者现场测试的方式，通过HMI 或 PC分别使能和禁止该功能，采集并记录包含三个叶片桨角的机组载荷数据。当独立变桨开启时，三个叶片桨角应不同，机组载荷数据无异常，达到技术要求，保证机组安全运行。 6.2.11 柔性塔筒控制试验机组正常发电时，记录并存储风速、发电机转矩、给定转矩、功率、桨角、塔架加速度值等参数，采样点应该至少包括额定转速以下和额定转速以上两种工况，检验是否符合柔性塔筒控制策略。 6.2.12 一次调频控制试验机组一次调频控制功能测试，应满足当地并网机组的频率适应性指标。 6.2.13 雷达辅助控制试验针对具备雷达辅助控制功能的机组进行测试。采用仿真或者现场测试的方式，通过HMI 或 PC分别使能和禁止雷达辅助控制功能，记录并存储风速、风向、功率、发电机转速、给定转矩和桨距角反馈值等参数值，采样点应该至少包括额定转速以下和额定转速以上两种工况，检验是否符合控制策略。 6.2.14 光影控制试验针对具备光影控制功能的机组进行测试。采用仿真或者现场测试的方式，通过HMI 或PC 触发光影控制功能，记录并存储风速、风向、功率、发电机转速、给定转矩和桨距角反馈值等参数值，采样点应该至少包括额定转速以下和额定转速以上两种工况，检验光影控制策略是否正常执行。 6.2.15 容错运行控制试验针对具备容错运行控制功能的机组进行测试。比如，触发风向标故障时，检查机组能否自动切换到备用风向标获得环境参数，使机组能够在安全的情况下容错运行。 6.2.16 故障高频录取试验针对具备故障高频录取功能的机组进行测试。触发特定故障，检查所录数据长度能否反应故障产生过程及机组停机过程。 6.3 智能监控系统功能试验 6.3.1 通信接口试验 8 监控系统应具备100M/1000M光纤以太网接口，通信标准应能满足 MODBUS TCP协议。查看 SCADA 系统是否能够从机组控制系统中获取相关数据，场站智能控制系统是否能够获取AVG/AVC 指令、是否能够从机组控制系统中获取相关数据，机组供应方智能监控中心是否能够获取所有接入风场的原始数据。 6.3.2 数据采集与监控功能试验机组正常发电并与监控系统通信正常的情况下，测试数据采集存储功能、数据监测控制功能、数据统计分析功能、系统异常报警功能、系统安全日志功能、系统配置管理功能等是否符合设计要求。 6.3.3 场站智能控制系统功能试验 6.3.3.1 系统应能够进行全场风机有功功率设置，其响应时间和控制精度需符合当地文件要求。 6.3.3.2 系统应能够进行全场风机无功功率设置，其响应时间和控制精度需符合当地文件要求。 6.3.3.3 系统应能够快速频率响应，能够高速采集电网频率数据，其采样频率应符合当地文件要求；在频率发生变化使对整场风机进行控制，其响应时间与控制精度需符合当地文件要求。 6.3.4 远程智能监控中心功能试验 6.3.4.1 智能诊断试验机组发生故障时，智能监控平台应能显示机组故障状态、报出故障代码、故障详情，能链接到此故障涉及部件的图样、故障处理方法及作业指导文件等。当机组出现设计允许的故障时，检查机组是否能容错继续运行发电。 6.3.4.2 能效分析试验机组运行一段时间后，检查监控系统的能效分析部分是否定期出具机组能效分析报告，判断机组是否处在最优发电状态。 6.3.4.3 健康评估试验机组并网发电运行后，检查监控系统是否能监控叶片、轴承、轮毂、塔筒等大部件的状态特征，是否定期出具大部件健康评估值。 6.3.4.4 故障预警试验机组并网发电运行一段时间后，检查监控系统故障预警模块识别出的风机故障与巡检结果是否一致。 7 检验规则 7.1 检验类别产品检验分型式试验、现场试验。 7.2 检验规定每台产品均做出厂检验，产品检验合格后签发合格证，产品才能出厂。机组在现场安装调试运行后，在规定时间内对控制系统进行现场检验，现场检验合格后才能验收。有下列情况之一时，应进行型式试验： 9 a) 新产品的试验定型鉴定时； b) 产品的设计、工艺等方面有重大改变时； c) 出厂检验的结果与上次型式试验有较大差异时。 7.3 检验项目根据机组功能选择试验项目，详见表 1。表 1 中未包含试验项目，可由生产厂商自主规定。表 1 试验项目序号试验名称型式试验现场试验 1 空气密度补偿试验 √ √ 2 塔架加速度反馈试验 √ * 3 净空试验 √ 4 扇区控制试验 √ √ 5 过速工况运行控制试验 √ √ 6 暴风控制试验 √ √ 7 台风控制试验 √ √ 8 桨叶结冰控制试验 √ √ 9 降噪运行控制试验 √ √ 10 独立变桨控制试验 √ * 11 柔性塔筒控制试验 √ * 12 一次调频控制试验 * 13 雷达辅助控制试验 * 14 光影控制试验 √ 15 容错运行控制试验 √ √ 16 故障高频录取试验 √ √ 17 通信接口试验 √ * 18 数据采集与监控功能试验 √ * 19 场站智能控制试验 * 20 远程智能监控功能试验 * 注1：“√”为模拟或地面试验项，“*”为现场试验项。 8 产品信息 8.1 提供文件产品出厂时应向用户提供以下文件： a) 装箱清单； b) 产品使用说明书； c) 安装尺寸图； d) 产品质量合格证； e) 电气接线图； f) 电气原理图； g) 出厂检验报告； 10 h) 保修卡。 8.2 产品标识 8.2.1 每台产品应有铭牌，铭牌上至少应标明以下内容： a) 技术参数； b) 产品标识； c) 产品名称； d) 产品型号； e) 出厂编号； f) 制造日期； g) 制造厂名； h) 包装标志。 8.2.2 外包装上应有收发货标志、包装运输标志和安全警告标志，标志应符合 GB/T 191 和 GB/T 13384 的有关规定。

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