风电安全保护系统的设计原则
为了使风力发电机组能够可靠地运行,应在风电机组控制系统的保护功能设计上加以重视。在设计控制系统时;往往只注重系统的最优化设计和提高可利用率,而忽略安全保护系统的设计。然而安全保护系统的设计是进行风电机组控制系统设计的前提条件,只有在确保机组安全运行的前提下,我们才可以讨论机组的最优化设计以及提高可利用率等问题。因此,控制系统必须具备完善的安全保护功能,这是风电机组安全运行的必要条件:
(1)由于风力发电机组的内部或外部发生故障,或监控的参数超过极限值而出现危险情况,或控制系统失效,风力发电机组不能保持在它的正常运行范围内,则应启动安全保护系统,使风力发电机组维持在安全状态。
(2)安全保护系统的设计应以失效一安全为原则。当控制失败或安全保护系统内部发生任何部件单一失效或动力源故障出现危险情况,以致引起机组不能正常运行时,安全保护系统应能对风力发电机组实施保护。
(3)安全保护系统的动作应独立于控制系统,即使控制系统发生故障也不会影响安全保护系统的正常工作。保护环节应为多级安全链互锁,在控制过程中具有逻辑“与”的功能,而在达到控制目标方面可实现逻辑“或”的结果。
(4)应调定安全保护系统的触发电平,使其不超过作为设计基础的极限值,以免风力发电机组发生危险,同时也应使控制系统不会受到安全保护系统不必要的干扰。
(5)安全保护系统应能优先使用至少两套制动系统以及发电机的断网设备。一旦偏离正常运行值,安全保护系统即被触发并立即执行其任务,使风力发电机组保持在安全状态。通常在它的处理下,利用所有的制动系统使风轮减速。与电网脱离不必在安全保护系统的触发瞬间立即执行。在任何情况下应避免风力发电机组加速和发电机作为电动机运行。
(6)如果已启用了安全保护系统,则应通过人为介入来完成必要的修理或消除故障,然后启动风力发电机组使其运行。排除故障以授权人在场和积极参与为前提。安全系统的这种排除故障应与控制系统无关,并且这种故障不可能自动被清除。
(7)安全保护系统的软件设计中应采取适当措施防止由于用户和其他人的误操作引起风力发电机组误动作。在机组的任何状态下,非法的键盘及按键输入应不被确认。
(8)风力发电机组控制系统应具有防电压穿透功能。系统还应设计有防雷装置,对主电路和控制电路分别进行防雷保护,并提供简单而有效的外部疏雷通道。控制电路中每一电源和信号输入端均设有防高压元件,主控柜应设有良好的接地。