● 摘要
风力发电机组控制系统是风力发电机组的重要组成部分，其控制整个机组的运行，监视风机的状态。风力发电机组控制系统的优劣直接影响其捕捉风能的效率，进而影响其发电量，控制系统的调桨和偏航控制策略直接影响风机的载荷，进而影响零部件及整机的寿命。控制系统需要可靠的安全策略来最大限度的保证风机设备的安全和操作人员的安全。本论文总结了风力发电机组的发展现状，分析了风力发电机组控制系统的国内研究情况及控制系统发展趋势，提出了研究国产化控制系统的必要性。在详细分析了风力发电机组特点的基础上，得到了风力发电机组控制系统的模型，并确定了控制系统的控制流程图，提出了风力发电机组控制系统具有自动偏航功能、变桨控制功能、状态监测功能、故障判断功能、通信接口功能、转矩控制功能、辅助机构控制功能、安全收桨功能等功能需求，并提出了系统的性能和可靠性等非功能需求。本论文通过分析得到了风机控制系统的数据流图，在此基础上对控制系统软件进行了整体设计；通过分析控制系统的数据模型，得到了E-R图，并设计了相应的数据库；论文详细设计了控制软件的数据采集及计算模块、故障判断及管理模块、安全收桨模块、偏航控制模块、叶轮转速控制模块、通信控制模块、辅助执行机构控制模块、发电量统计模块、低电压穿越判断模块、日志记录模块、用户登录管理模块。论文还提出了软件的测试步骤分为模块测试、子系统测试、系统测试，对模块测试采用白盒测试方法，在系统测试时进行了回归测试，设计了典型测试用例，并在此基础上对整个控制软件进行了测试，保证了软件满足预期的功能和性能要求。本论文还阐述了控制系统的实施过程，设计的控制系统最终应用到了900千瓦和2兆瓦直驱风力发电机组上，使用该控制系统的风机运行过程中，转速控制平稳，风机捕捉风能的性能优良，控制安全可靠，达到了需求分析中提出的要求。