1.8 控制系统
控制系统利用微处理器、逻辑程序控制器或单片机通过对运行过程中输入信号的采集传输、分析，来控制风电机组的转速和功率；如发生故障或其他异常情况能自动地检测平分析确定原因，自动调整排除故障或进入保护状态。 控控制系统的主要任务就是自动控制风机组运行，依照其特性自动检测故障并根据情况采取相应的措施。
控制系统包括控制和检测两部分。控制部分又设置了手动和自动两种模式，运行维护人员可在现场根据需要进行手动控制，而自动控制应在无人值班的条件下预先设置控制策略，保证机组正常安全运行。检测部分将各传感器采集到的数据送到控制器，经过处理作为控制参数或作为原始记录储存起来，在机组控制器的显示屏上可以查询。现场数据可通过网络或电信系统送到风电场中央控制室的电脑系统，还能传输到业主所在城市的总部办公室。
安全系统要保证机组在发生非常情况时立即停机，预防或减轻故障损失。例如定桨距风电机组的叶尖制动片在运行时利用液压系统的高压油保持与叶片外形组合成一个整体，同时保持机械制动器的制动钳处于松开状态，一旦发生液压系统失灵或电网停电，叶尖制动片和制动钳将在弹簧作用下立即使叶尖制动片旋转约90°，制动钳变为夹紧状态，风轮被制动停止旋转。
根据风电机组的结构和载荷状态、风况、变桨变速特点及其他外部条件，将风电机组的运行情况主要分为以下几类：待机状态、发电状态、大风停机方式、故障停机方式、人工停机方式和紧急停机方式。
（1）待机状态
风轮自由转动，机组不发电（风速为0~3m/s），刹车释放。
socl
（2）发电状态
发电状态Ⅰ：启动后，到额定风速前，刹车释放。退火温度
发电状态Ⅱ：额定风速到切出风速（风速12~25m/s），刹车释放。
（3）故障停机方式：
库顶切换阀故障停机方式分为：可自启动故障和不可自启动故障。停机方式为正常刹车程序：即先叶片顺桨，党当发动机转速降至设定值后，启动机械刹车。
（4）人工停机方式：
这一方式下的刹车为正常刹车，即先叶片顺桨，当发电机转速降至设定值后启动机械刹车。这一停机方式不能自启动，需要人工启动。
（5）紧急停机方式
紧急停机方式适用于安全保护系统，包括电网掉电、发电机超速、转子过速、机舱过震动、紧急按钮动作等。在这种状态下风电机组叶片顺桨和机械刹车同时动作，这种状态需要人工进行恢复。
1.9 塔架和基础
塔架是风力发电机中支撑机舱的结构部件，承受来自风电机各部件的各种负载（风轮的作
用力和风作用在塔架的力，包括弯矩，推力及对塔架的扭力）。塔架还必须有足够的疲劳强度，能承受风轮引起的震动载荷，包括启动和停机的周期性影响、阵风变化、塔影效应等。另外还要求塔架有一定的高度，使风电机组处于比较理想的位置上运转，并且还应有足够的刚度和强度，以保证风电机在极端风况下不会发生倾覆。
塔架上安置发电机和控制器之间的动力电缆、控制和通信电缆，装有供操作人员上下机场的扶梯，大型机组还设有电梯。 风电机组的基础通常为钢筋混凝土结构，并且根据当地地质情况设计成不同的形式。其中心预置与塔架连接的基础件，以便将风力发电机组牢牢地固定在基础上。基础周围还要设置预防雷击的接地系统。
1.9.1 塔架类型和结构
（1）塔架类型
塔架的基本形式有桁架式塔架和塔筒式塔架两大类，桁架式塔架在早期风力发电机组中大量使用，其主要有点为制造简单、成本低、运输方便，但其主要缺点为通向塔顶的上下梯小型振动器
子不好安排，塔架过于敞开，维护人员上下不安全。桁架式塔架如图所示
塔筒式塔架在当前风力发电机组中大量采用，有点是美观大方，塔身封闭，风电机组维护时上下塔架安全可靠。圆筒式塔架如图所示
塔筒式塔架一般呈截锥形，由数段组成，一般每段长度不超过30m是经济的。各段之间通过螺栓和法兰连接，塔架和基础也是通过法兰连接。圆筒式钢筋混凝土塔架早期曾有应用，后来因批量生产需要逐渐被钢结构塔架所取代。近年来随着风力发电机组容量的增加，塔架体积增大，是塔架运输变得困难，钢筋混凝土塔架又在某些场合开始采用。
塔架高度主要依据风轮直径确定，但还要考虑安装地点附近的障碍物情况、风力机功率收益与塔架费用提高的比值（塔架增高，风速提高，风力机功率提高，但塔架费用也相应提高）以及安装运输问题。 如图
给出由113台风力机统计得到的塔架高度与风轮直径的关系。图中表明，风轮直径减少，塔架的相对高度增加。小风力机受周围环境的影响较大，塔架相对高一些，可使它在风速较
稳定的高度上运行。直径在25m热熔标线涂料以上的风轮，其轮毂中心高与轮毂直径的比为1:1。
随着塔架的高度的增加，风力机的安装费用会有很多的提高，对于兆瓦级风力机更是如此，吊车要把100t的质量吊到高60m，不仅安装困难，费用也必然会大大增加。
（2）塔架内部结构布置
①工作台。塔架内部要设置工作平台。靠近塔架顶部的平台，主要用于机舱安装作为塔架到机舱的通道，以及安装一些辅助装置。各段对接面下的平台，主要用于塔架各段的连接和维修，其上下位置应适中，以便于操作。
②爬梯、安全索或安全导轨。塔筒内的爬梯如图
爬梯主要用于维修时人员进出机舱，安全索设在爬梯附近，安全导轨设在爬梯的横档中间，用于人员上下爬梯时，安全锁扣在安全导轨上面能随人员上下移动，一旦人员跌落，锁扣即把人员锁在安全索或者导轨上，保证人员安全。大型风电机组由于塔架高度大，塔架内部空间大，有可能装备电梯。电梯位置一般在他们附近，远离塔架底部的电控柜，以免相互干扰。
③电缆架。电缆架一般有活动电缆架和固定电缆架。活动电缆架位于塔架中心，固定机舱底座的下面。机舱电缆的自由部分即固定在它上面，这样当机舱偏航时电缆只扭转而不受牵拉。活动电缆架只承担电缆自由部分的重量。固定电缆架焊接在他闭上，方位应在电控柜或发电机变流器附近，电缆可就进进入。但是也有的风力发电机组没有固定电缆支架，节省电缆，单向偏航累积的角度可以大一些，减少解缆次数；缺点是电缆必须有足够的强度，能承受自身的重量，对电缆的要求高。
④电控柜。当电控柜安装在塔架底部时，电控柜面向塔门以便于采光。如果当地底洼潮湿，则不应直接放在基础上而应在适当高度上建电控柜台，并将舱门提高。
⑤照明系统。塔架只有一个门，不能自然采光，必须有照明系统。为了便于安装和维护，照明灯具应安排在爬梯附近。
（3）塔架载荷
塔架上的载荷出了由偏航系统传递的载荷外，还包括直接作用在塔架上的载荷。塔架载荷主要有推力、弯矩（轴向和侧向）、扭矩、重力、以及作用在塔架迎风面的空气动力载荷和塔架自身的重力载荷如图
此外，在地震区安装风电机组时，还要考虑地震载荷；在近海区安装风力发电机组时，还要考虑波浪载荷、海流载荷等。
水平轴风力机的塔架设计应考虑塔架的静动态特性、与机舱的连接、运输和安装方法、基础设计施工等问题。塔架的寿命与其自身质量大小、结构刚度和材料的疲劳特性有关。
（4）塔架静动态特性的影响因素
在静动态特性的考虑因素中，桁架结构的塔架重量较轻，而塔筒式塔架则要重得多。图
给出几种形式塔架的材料、刚性、质量、一阶固有频率的情况。钢结构塔架虽质量大，但基础结构简单，占地少，安装和基础费用不是很高。由于塔架承受的弯矩由上至下增加，因此塔架横截面面积自上而下逐渐减少，以减少塔架自身的质量。
风轮转动引起塔架受迫振动的模态是复杂的：由于叶轮转子残余的旋转不平衡质量产生的塔架以每秒转数n为频率的振动；由塔影、不对称空气来流、风剪切力、尾流等造成的频率为Zn振动（z为叶片数）。其中n为塔架的自频率，Zn为塔架的运行频率。塔架的一阶固有频率与受迫振动频率n、Zn值得差别必须超过这些值的20%以上，以避免其共振，还必须
注意避免高次共振。
事实上，塔顶安装的风轮，齿轮箱，发电机等集中质量已和塔架构成一个系统，并且机头集中质量又处于塔架悬臂的顶端，因而对系统固有频率的影响很大。如果塔架一机头系统的固有频率大于Zn，称为“刚性塔”；介于n和Zn之间的为“半刚性塔”；系统固有频率低于n的是“柔塔”塔架的刚性越大，重量和成本就越高。塔架的刚度要适度，器自振频率（弯曲及扭矩）要避开运行频率（风轮旋转频率的3倍）的整数倍。目前，大型风力机多采用“半刚性塔”和“柔塔”。
恒定转速的风力机由设计来保证塔架一机头系统固有频率的取值在转速激励的受迫振动频率之外。变转速风轮可在较大的转速变化范围内输出功率，但不容许在系统自振频率的共振区较长期运行，转速应尽快穿过共振区。对于刚性塔架，在风轮发生超速现象时，转速的叶片数倍频冲击也不能与塔架产生共振。
当叶片与轮廓之间采用非刚性连接时，对塔架振动的影响可以减少。尤其在叶片与轮廓采用铰接（变锥度）或风轮叶片能在旋转平面前后5°asdl范围内摆动时，这样的结构设计能减轻由阵风或风的切边在风轮轴和塔架上引起的振动疲劳，但缺点是构造复杂。
（5）塔架设计步骤
塔架设计可按一般高耸建筑物设计规范进行，主要步骤如下。
1 初步确定塔架的几何外形和尺寸。塔架的基本结构形状和尺寸，取决于载荷、总体对塔架静、动特性的要求、与机舱偏航机构的安排及尺寸。
2 按强度、刚度确定构件的截面的参数，如直径，壁厚等。
3 进行塔架稳定性与动特性分析。
用强度确定的截面参数，稳定理论的有关公式和经验公式校核构件的稳定性，用有限元分析方法对单独塔架和整机的含静、动态、响应进行全面分析，根据分析结果可调整塔架机构参数，事结构更趋优化。
（6）塔架常用材料与表面防腐处理
塔架的塔筒常用 Q3455C,Q345D钢板经卷板焊接制成。该材料具有韧性高、低温性能较好的优点，且具有一定的耐蚀性。由于风力发电机组安装在荒野，高山，海岛，承受日晒
雨淋和沙尘烟雾的侵袭，所以表面防护十分重要。通常表面采用热镀锌，喷锌或喷漆处理，对表面防锈处理要求应达20年以上的寿命。
1.9.2基础
风电机组的基础主要按照塔架的载荷和机组所在的气候环境，结合高层建筑建设规范建造。基础除了按承受的静、动载荷安排受力结构外，还必须按要求在基础中设置电力电缆和通信电缆通道（一般是预埋管），设置风力发电机组接地系统及接地触点。
1.10防雷系统
1.10.1雷电对风电机组运行的影响
雷电是带电云层直接或通过地面物体对大地的瞬间放电现象。一次放电能量巨大。全球每年都要发生800多万次雷电放电。雷击会造成地面的建筑物或人员的损伤。为获得最佳的风资源，风电机组一般都安装在周边无遮挡的开阔地带，风电机组容易遭受雷击。相对其他的特殊气候，雷击是风电场中影响最为广泛的一种自然灾害，大部分风电场都有风电机组遭受雷击的记录。
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