【文章內(nèi)容簡介】 須采用以下風場的要求：–標準：根據(jù)IEC 614001；–極端情況：根據(jù)印度標準 875 (第3部分)1987 年 ；–氣侯情況，如：最大溫度范圍，濕度，空氣密度；–風場，印度875 (第3部分) 1987 年；–運行條件, 例如：電壓和頻率波動，電網(wǎng)故障，運行溫度范圍。(1) 風機的國際標準自1988 年以來由技術委員會88 國際電工委員會編輯。TC 88 有很多的工作組、項目組和維修組，這些項目組制定或修改標準，技術報告（TR）和技術規(guī)范（TS）。(2) 由國際電工委員會（IEC）制定的各個文件，與歐洲電氣部件委員會(CENELEC)制定的電器技術標準是等效的。由此獲得歐標的文件也作為德國標準(DIN, VDE)并發(fā)表。(3) 除了國際電工委所接管的標準外，CENELEC的TC88也具有自己的歐標，這些歐標與其它歐洲工作組的一致。接下來章節(jié)中的文件只提到了文件名，沒有發(fā)行和修訂日期。IEC60050415 國際電工表第415部分：風力發(fā)電機系統(tǒng) ；IEC 614001安全要求；IEC 614002小風機的安全要求 ；IEC 614003（委員會草案）海上風機的設計要求；IEC 6140011噪音測量技術 ；IEC 6140012風機能量測試 ；IEC 61400121（委員會草案) 與電網(wǎng)連接的風機功率（電源）性能測量；IEC TS 6140013機械載荷的測量 ；IEC 6140021與電網(wǎng)連接的風機的電源質(zhì)量特性的測量和評估；IEC TS 6140023對轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的全方位測試 ；IEC TR 6140024防雷法；IEC 6140025（委員會草案)風力發(fā)電站控制和監(jiān)管的通訊標準；DIN EN 614001安全要求；DIN EN 614002小風機的安全設備 ；DIN EN 6140011噪音測量技術DIN EN 6140012風機功率性能測試 ；DIN EN 6140021與電網(wǎng)連接的風機功率質(zhì)量特性的測評；DIN EN 50308勞動安全；DIN EN 50373電磁兼容性 ；DIN EN 50376風機聲功率級和噪音值的評估聲明；通過互聯(lián)網(wǎng)頁,可獲得IEC 標準，通過 獲得DIN 標準。規(guī)則和指南工業(yè)用途；2 安全系統(tǒng)、保護和監(jiān)測設備；目錄IV 工業(yè)用途103 概論 評估文件(1) 為了使安全系統(tǒng)、保護和監(jiān)測設備獲得認證，一般來說，至少提交下面一些文件：a 風機描述（風機的類型名稱、總體布局，功能原理，…）；b 控制概念和控制系統(tǒng)的描述（控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，啟停程序的順序，風機在正常運行時的性能，風機在發(fā)生故障時的性能，…）；c 對于負荷認證，；d 運行管理中（已設定的數(shù)值）影響風機載荷的其它參數(shù)說明（切入和切出風速，旋轉(zhuǎn)速率，功率值，偏航運動和溫度的控制/調(diào)節(jié)，…）；e 安全概念和安全系統(tǒng)的描述（安全系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，安全系統(tǒng)激活時風機的性能，觸發(fā)安全系統(tǒng)的標準的說明，…）；f 安全系統(tǒng)中各個參數(shù)設置的說明（數(shù)值）；g 傳感器的描述，如果在安全系統(tǒng)中使用了測量傳感器，則也需描述（類型名稱，設定值，時間常數(shù)）；h 安全系統(tǒng)激活后，風機的清除（復位）程序的描述；i 制動系統(tǒng)及其性能的描述（制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，運行模式，特征量，時間常數(shù)，…）；J 電力和液壓（如果有使用，還有風力）的電路圖表，至少可以達到顯示安全系統(tǒng)功能的程度。在電路圖表中，電力和液壓（如果可適用，還有風力）系統(tǒng)間的連接是清晰可認的。k 。；(2) 文件必須符合第2章中的要求。并對機組載荷性能作出詳細說明。 可能的系統(tǒng)故障（1）安全系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、以及偏航系統(tǒng)（如果已定義一個切出偏航誤差φA（）），必須提交可能的故障報告。這些報告，對于安全系統(tǒng)的冗余評估，將用于定義DLC 。（2）對于各種可能的故障，至少給出下面的信息：－可能的故障的名稱和描述；－受到影響的部件；－可能的原因；－檢測方式；－故障影響；－消除負面影響的方法；（3）文件作者應正確地選擇測試技術（如疲勞模態(tài)，結(jié)果分析，故障樹，…）。 載荷認證的控制器說明（1）對于那些對風機負載響應有影響的相關的控制環(huán)路和監(jiān)控設備，必須提交機組性能和相關載荷的仿真說明（如功率，轉(zhuǎn)速，偏航運動）。（2）風機的控制行為必須用一張電路模塊圖描述，如有可能，應盡量分級細分。每一電路模塊圖都應有輸入/輸出響應和原始狀態(tài)的公式的明確說明。（3）電路模塊圖應包括控制器的輸入和輸出信號，以及所使用的各模塊間的內(nèi)部連接。用箭頭表示信號的作用路徑方向。電路圖中，每一個信號都應有明確無誤的名稱。（4）在規(guī)定的時間步中，以離散時間靜態(tài)或動態(tài)的模型方程式（對于線性區(qū)域來說，Z傳遞函數(shù)是可行的）的形式，來描述控制器中各個功能塊中的輸入與輸出之間的函數(shù)關系。注意：控制器所需的功能信號和參數(shù)?？梢院退鼈兊哪K以摘要的形式記錄在一個表格中。 控制和安全系統(tǒng) 概述控制觀念和安全觀念是建立在設計階段的基礎上的，且在風力發(fā)電機組系統(tǒng)觀念框架內(nèi)，以優(yōu)化運行，使機組有一個安全的環(huán)境條件，即便是在故障情況下也是如此。安全觀念必須考慮相關的運行參數(shù)，比如允許的過速，減速力矩，短路力矩，允許的振動等。（見 ）。 定義 控制觀念和控制系統(tǒng)1）控制觀念是一種程序，可使風力發(fā)電機組有效的運行，盡可能的保證無故障出現(xiàn)，輕微承載以及安全。程序的邏輯通常和可編程單元合二為一，由此形成整個控制系統(tǒng)的一部分。2）在控制系統(tǒng)的幫助下，可以對風力發(fā)電機組控制，調(diào)節(jié)和監(jiān)控?？刂葡到y(tǒng)可以使機組保持在正常的運行限值下。 安全觀念和安全系統(tǒng)1)安全觀念是系統(tǒng)觀念的一部分，可確保在故障狀態(tài)時，機組仍能處于安全情況。故障出現(xiàn)時，安全系統(tǒng)的任務就是確保機組行為符合安全觀念的要求。 （2）安全系統(tǒng)在邏輯上是高于控制系統(tǒng)的一種系統(tǒng)，在安全相關的限值參數(shù)被超過后或者控制系統(tǒng)不能保證機組在正常限值范圍內(nèi)運行時，而采取保護行動的一種系統(tǒng)。安全系統(tǒng)的目的也是使機組處于安全的條件下。 制動系統(tǒng)（1）制動系統(tǒng)的本質(zhì)是降低風輪旋轉(zhuǎn)速度，使其速度處于最大值以下，或者干脆使其停止。制動系統(tǒng)涵蓋所有對風輪制動起作用的部件。（2）制動系統(tǒng)可以是氣動學制動、機械制動、電氣制動、液壓制動或者氣動制動類型。同時也可以是以上提到的多種制動模式的組合，或由幾個子系統(tǒng)組成。 清除（復位）在必須進行的修理或者故障排除作業(yè)上，清除意味著人力作用，隨后應該讓風機停止運行。風機必須現(xiàn)場清除，人員必須具備資質(zhì)。 旋轉(zhuǎn)速度圖，以變速風機為例（1）運行范圍為風輪轉(zhuǎn)速最低轉(zhuǎn)速n1到最高轉(zhuǎn)速n3，在此范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)速處于正常運行工況下。運行范圍可包括允許的短時的超速（比如，除共振速度外）。（2）額定轉(zhuǎn)速nr指的是額定風速Vr下對應的轉(zhuǎn)速（）。（3）對于變速風機，當在高于額定風速Vr運行時，使用速度控制器設定值n2 ，（）。在這種狀態(tài)下，轉(zhuǎn)速可以以允許的容差在n2上下波動。（4）切出速度n4，指的是當轉(zhuǎn)速達到這個速度時，通過控制系統(tǒng)，風機立即停機。（5）觸發(fā)速度nA，指的是轉(zhuǎn)速達到這個速度時，安全系統(tǒng)立即觸發(fā)。（6）任何時刻都不得超過最大過速nmax，即使是短時間的過速也不允許。（7）當定義轉(zhuǎn)速時，各部件之間的相互影響，特別是葉片振動（比如基頻），傳動鏈和塔架等必須考慮進去。 功率（1）從正常運行條件下的功率曲線上，可知額定功率Pr指的是風機輸出端最大連續(xù)電功率（有效功率）（下面可能有變流系統(tǒng)或者在這之前有變壓器）。在這個功率點上，發(fā)電機或者發(fā)電機/變流系統(tǒng)獲得指定的平均額定電功率。（2）過載功率PT是風機輸出端的有效電功率，此時，控制系統(tǒng)必須立即減小功率輸出。(3)觸發(fā)功率PA指的是風機輸出端即時有效電功率，此時，安全系統(tǒng)必須馬上觸發(fā)。 風速（1）切入風速Vin是輪轂高度的最低平均風速（對于正常風廓模型NWP，），此時風機開始輸出電能。（2）額定風速Vr指的是輪轂高度的最小平均風速（對于正常風廓模型NWP，），此時， 段1的額定功率。（3）切出風速指的是輪轂高度最大風速（時間由制造商定義），此時風機必須停機。（4）短期切出風速VA指的是輪轂高度即時風速（時間由制造商定義），超過此風速時，風機必須立即停機。 風向和偏航誤差（1）偏航誤差角?指的是風向和風機轉(zhuǎn)軸之間的夾角（輪轂高度風攻角的即時方向），在水平面測得。（2）切出偏航誤差角?A最大的許可偏航誤差（時間由制造商定義），超過這個角度，風機必須立即停機。 外部電源，主電網(wǎng)失效（1）外部電源，指的是利用任何初級或者輔助電源來進行自動控制，操作的電源，或指風機外部的機械系統(tǒng)的電源。如果能量是通過風能內(nèi)部轉(zhuǎn)換獲得或者使用風機自身設備獲得的轉(zhuǎn)子動能，則不能算作外部電源。從蓄電池，主電網(wǎng)或者柴油發(fā)電機等獲得的電源，也是外部電源。類似的，輔助形式的外部電源也屬于同一類型（如壓縮空氣，液壓系統(tǒng)等）。（2）外部電源失效（主電源），持續(xù)時間一小時內(nèi)，可視為正常外部條件。此外，主電網(wǎng)斷電超過一小時，甚至持續(xù)七天，則必須加以考慮，并視為故障。 鎖定裝置鎖定裝置，顧名思義，用來鎖定已經(jīng)制動的可移動部件的裝置（轉(zhuǎn)子，偏航系統(tǒng)，葉片變槳系統(tǒng)） 要求和設計觀念安全系統(tǒng)必須滿足以下基本原則： 單個失效與安全系統(tǒng)功能相關的單個部件的失效，比如傳感器或者制動系統(tǒng)，應不會導致安全功能的失效。兩個獨立部件同時失效，一般認為不大可能，因此不必考慮。當部件之間相互作用，他們同時失效則被認為是單個部件的失效。安全系統(tǒng)的單個部件，考慮到其可用性和可靠性，必須是最規(guī)范的。 冗余(1)依據(jù)設計理念，安全系統(tǒng)必須和控制系統(tǒng)完全分開。(2)安全系統(tǒng)至少必須有通路到達兩套相互和完全獨立的制動系統(tǒng)。注意：獨立，指的是“普通原因的失效”，系統(tǒng)工程設計階段就不得出現(xiàn)。因此，單個部件的失效不得導致多個制動系統(tǒng)的失效，不得使整個安全功能失效。 控制和安全系統(tǒng) 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)的設計，或者使風機回到這些限值范圍內(nèi)。故障（比如過載功率，過速和過熱）必須能被控制系統(tǒng)檢測到，并隨之采取適當?shù)拇胧？刂葡到y(tǒng)必須從風機上所有的傳感器中獲得信息，且必須能夠激活至少兩套制動系統(tǒng)。一旦通過安全系統(tǒng)激活制動系統(tǒng)，控制系統(tǒng)必須實現(xiàn)自控制。 安全系統(tǒng)（1）必須事先定義限值，來觸發(fā)安全系統(tǒng)，使得設計的限值不被超過，風機不處于危險之中，而且控制系統(tǒng)也不會有來自安全系統(tǒng)不必要的干擾。（2）控制系統(tǒng)的功能必須服從安全系統(tǒng)的要求。（3）安全系統(tǒng)至少對兩套制動系統(tǒng)有優(yōu)先權，對發(fā)電機從電網(wǎng)斷開的設備有優(yōu)先權，一旦被偏離正常運行的參數(shù)觸發(fā)，安全系統(tǒng)必須立即執(zhí)行其任務，使風機處于安全條件下，并且調(diào)控制動系統(tǒng)，使風輪開始減速。注意：從電網(wǎng)斷開的動作，不必在安全系統(tǒng)觸發(fā)的瞬間執(zhí)行。風機加速和發(fā)電機作為電動機運行在任何情況下都必須避免。（4）如果安全系統(tǒng)被激活，（復位）。安全系統(tǒng)的清除將獨立于控制系統(tǒng)，并且任何時侯不得自動激活。如果安全系統(tǒng)在失去電網(wǎng)之前觸發(fā)，則在恢復電網(wǎng)之后，清除可以不必自動觸發(fā)。.. 制動系統(tǒng)要求（1）必須具備至少兩套相互獨立的制動系統(tǒng)，通過制動系統(tǒng)，可以使風輪在任何時候減速或停機。（2）在失去負載以及一個制動系統(tǒng)同時失效的情形下，另一個制動系統(tǒng)必須能夠使風輪轉(zhuǎn)速在最大過速nmax以下（，段6）（）。（3）可以使風輪停止轉(zhuǎn)動（、）。（1）本部分內(nèi)容適用于采用一個機械轉(zhuǎn)子制動的風機，該類型風機的其它制動系統(tǒng)是葉片變槳系統(tǒng)，在某種程度上來講，葉片變槳系統(tǒng)是這樣構(gòu)造的，當單個部件發(fā)生故障后，可以防止所有葉片變槳（非獨立變槳系統(tǒng)）。（2）必須確保：– 葉片變槳系統(tǒng)始終為適當?shù)目刂圃O備監(jiān)控，該控制設備可以在變槳無法正常工作而停止時關閉風機。–葉輪和變槳系統(tǒng)必須設計如下：在機械故障或者變槳液體滲漏而崩潰時，葉片不得產(chǎn)生使風輪超過最大過速nmax的力矩。這里，可以假設制動系統(tǒng)的失效只在風速達到額定風速Vr時出現(xiàn)（ 段2）。此時，必須考慮到風速（陣風）的波動。運行VB = 2 * σ1時陣風的量級必須考慮，此處：VB =陣風量級；，σ1 =標準偏差；(3)。此處Vcg必須被VB替代，上升時間T = s。注意：風輪必須在變槳位置，由于不利的攻角，風輪可以產(chǎn)生一個超過機械制動最大制動力矩的力矩。這種情況下，制動不得產(chǎn)生危害風機的火災危險。 制動原理的選擇至少有一個制動系統(tǒng)依據(jù)氣動學原理來運行，直接作用在轉(zhuǎn)子上。如果此條件沒有滿足，則至少有一個制動系統(tǒng)作用在風機部件上（輪轂，軸），使風輪在轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)。（1）制動系統(tǒng)的設計，必須保證在外部電源失效的情況下，制動系統(tǒng)仍能運行。如果在所選擇的系統(tǒng)理念中，所有制動系統(tǒng)都無法滿足這個要求，則必須采取其它等效措施來保證本指南規(guī)定的安全等級。（2）從保證制動的功能來說，如果有必要存在蓄電池等輔助電源，則必須自動監(jiān)控蓄電池是否有足夠的電源，以保證至少一次的緊急制動。如果蓄電池的電量取決于溫度，則溫度也必須被自動監(jiān)控。如果監(jiān)控不能持續(xù)的進行，則必須每周進行一次自動試驗。如果監(jiān)控或者試驗得出一個負電平（結(jié)果），則風機必須立即關停。此外。如果有限制力矩的部件，則任何安裝的機械制動部件必須處在力矩限制部件和輪轂之間。（1）安全系統(tǒng)在限值被超過時啟動。此時，制動過程開始。在故障直接激活安全系統(tǒng)時的要求，和/或者故障如何被控制系統(tǒng)處理時的要求在下面的內(nèi)容中敘述。（2）本節(jié)附錄 2A,控制系統(tǒng)和安全系統(tǒng)如何相互作用，用典型例子的圖示表述。 限值，控制系統(tǒng)本章中，在風機關機后，允許自動重啟而無需復位。這樣的自動重啟，每24小時僅允許幾次，這是因為限值超標的原因。不同限值的超標數(shù)可以各自出現(xiàn)，但必須符合本節(jié)內(nèi)容的要求。轉(zhuǎn)速必須至少被不同的系統(tǒng)檢測兩次，至少送給控制系統(tǒng)兩次，至少送給安全系統(tǒng)一次。至少有一個速度傳感器安裝在隨風輪旋轉(zhuǎn)的部件上。注意：任何葉尖制動器的觸發(fā)必須報告給安全系統(tǒng)