变速变桨风力发电机组的桨距控制及载荷优化

何玉林;苏东旭;黄帅;任海军;陈真

【摘要】The issue that how to reduce system overshoot and decrease

wind turbine load for large variable speed variable pitch wind turbine over the rated wind speed is discussed. Because the wind turbine is strongly nonlinear, the pitch control strategy based on fuzzy-immune-PID controller is adopted to reduce generator speed fluctuation and improve power quality. Aiming at how to decrease the tower fore-aft vibration, tower side-side vibration and gearbox vibration of the wind turbine, corresponding control strategies such as pitch and torque damping filter and acceleration feedback are proposed. Finally, this paper uses Bladed external controller module to program and simulate. It's shown that the proposed control strategy can improve the dynamic characteristics of variable pitch control and reduce the load of key parts.%讨论了大型变速变

桨风电机组在额定风速以上如何减小系统超调量以及降低机组载荷.根据风电机组

的强非线性特点,采用基于模糊免疫PID的桨距控制策略,以减小发电机转速波动,改善功率品质.针对风电机组的塔架前后和侧向振动以及传动链扭转振动,提出了桨距、转矩阻尼滤波和加速度反馈等控制方式.通过Bladed外部控制器模块编程并进行

仿真,结果表明所提出的控制策略能够改善变桨距控制的动态特性,降低关键部位载荷.

【期刊名称】《电力系统保护与控制》

【年(卷),期】2011(039)016

【总页数】6页(P95-100)

【关键词】风电机组;变桨距控制;振动;模糊免疫;阻尼

【作者】何玉林;苏东旭;黄帅;任海军;陈真

【作者单位】重庆大学机械传动国家重点实验室,重庆400030;重庆大学机械传动

国家重点实验室,重庆400030;重庆大学机械传动国家重点实验室,重庆400030;重

庆大学机械传动国家重点实验室,重庆400030;重庆大学机械传动国家重点实验室,

重庆400030

【正文语种】中文

【中图分类】TM315;TM76

0 引言

变速变桨风电机组在低风速时通过调节发电机转矩使风轮按照最佳叶尖速比运行，追踪最佳风能利用系数，风能利用率较高，高风速时通过变桨限制气动力矩，稳定功率输出，在并网过程中，变桨距控制还可实现快速无冲击并网。因此大型尤其是兆瓦级以上的风力机大都采用了变桨距控制技术。目前大型变速变桨风电机组通常采用PID控制器进行桨距控制，但由于额定风速以上到切出风速范围较大及风速

的随机性，固定参数的PID控制器不能达到很好的控制效果[1-3]。由此本文将基

于模糊免疫反馈原理的PID控制器应用于桨距控制，改善其动态特性。但是风力

机组在变桨过程中不可避免地对机组造成载荷冲击。对于大型变速变桨发电机组的变桨控制，如何能在提高功率品质的同时，降低机组关键部位的载荷成为主要问题。通常可以通过机械方法，如通过弹性连接件和支撑件增加传动系统阻尼等，但是这样会增加成本，并且由于风电机组自身阻尼非常小，效果并不理想。因此本文在原

有桨距和转矩控制的基础上，提出了通过阻尼滤波、加速度反馈增大系统等效阻尼的优化控制方式。并利用Bladed软件验证了控制策略的有效性。

1 风力机变桨距控制理论

风力机不能将风轮扫略面上的全部风能转换为旋转的机械能mP，存在着风能利用系数pC[4-5]。

式中： wP为风轮扫及面内的全部风能；ρ为空气密度；A为风轮扫及面积；v为风速。

据经验公式[6]，风能利用系数pC 可以近似表示为：

变桨距风力机的风能利用系数pC与叶尖速比λ和桨叶的节距角β成非线性关系。叶尖速比即为桨叶尖部的线速度与风速之比[7-8]：

式中：R为风轮半径；ω为风轮转动角速度。

由式（2）得变桨距风力机特性曲线，如图1所示。

图1 变桨距风力机风能利用特性曲线Fig.1 Power coefficient curve of variable-pitched turbine

从图中可归纳出：对于任意的叶尖速比λ，桨叶节距角β=0时风能利用系数相对

最大。桨叶节距角β增大，风能利用系数随之减小。由此在风速高于额定风速时，调节桨叶节距角从而改变发电机输出功率，使其稳定在额定功率上下。

变桨距风力机组的桨距参考值可由风速、电动机转速和发电机输出功率3个参数

来独立控制，但由于风速难以精确测量，而且在整个风轮扫掠面上的风速并不相等，所以一般情况下不用风速作为变桨控制量，而选择电动机转速作为控制桨距角的变量。发电机转速反馈信号和发电机转速给定值之间的误差作为PID控制器的输入，

PID控制器给出节距角参考值。

2 桨距控制器设计

为了改善变桨距控制的动态性能，减小系统超调，将非线性模糊免疫PID控制器应用于桨距控制，免疫PID控制器可表示为[9]:

式中：U(k)k=1,2,3…,p即为控制器输出的第k步采样周期的桨距角；

e( k)=ω(k)−ωref ，ωref为发电机转速给定值。KP,KI和K D分别为PID控制器的比例、积分和微分增益，Kl=K(1−ηf (μ(k),Δμ(k )))，参数K控制反应速度，参数η控制稳定效果，f(⋅)为一选定的非线性函数，μ(k)=K(1−ηf(μ(k),Δμ(k))e(k)，Δμ(k)=μ(k)−μ(k−1)。利用模糊控制器可逼近非线性函数f(⋅)。μ(k),Δμ(k)的模糊集为{NB,NS,Z,PS,PB}，输出量f(⋅)的模糊集为{NB,NM,NS,Z,PS,PM,PB}，取模糊控制器输入量μ(k),Δμ(k )的基本论域为[-8,8]，输出量f(⋅)的基本论域为[-1,1]。隶属函数采用高斯型隶属函数，模糊控制规则如表1。

表1 模糊控制规则表Tab.1 Fuzzy control rule table)μ Δ(k))((kuk),fΔμ(NB NS Z PS PB NB NB NB NM NS Z NS NB NM NS Z PS Z NM NS Z PS PM PS NS Z PS PM PB μ(k)PB Z PS PB PB PB

基于免疫反馈原理的控制器实际上是一个非线性P型控制器，控制框图如图2。图2 P型模糊免疫PID控制器结构框图Fig.2 Structural diagram of P-type fuzzy-immune PID controller

3 风力机组关键部位载荷优化

3.1 塔架前后振动控制

对于大型风力发电机组，叶片桨距角的变化直接影响塔架的振动幅度和载荷，且塔架前后一阶模态为主要模态[10]。

塔架前后振动的动态特性可以近似为简单的二阶谐波阻尼系统[11]：

式中： ndx为塔架的前后位移； Fnd为外加力，这里代表叶轮的推力；FndΔ是由变桨距动作引起的附加力；mt为塔架模态质量，一般取塔架顶部质量的总和；kt为模态阻尼系数，一般来说，阻尼 kt很小。如果FndΔ与−成正比，可以明显地增加有效阻尼。

由于测量加速度比测量速度更容易，机舱的加速度传感器可很容易得到塔架的前后振动加速度，积分后即得到塔架前后振动的速度，将振动速度通过一个带增益的二阶滤波器即可得到该阻尼信号，在原有桨距角需求的基础上加入该阻尼信号，从而有效抑制塔架的振动。滤波器可表示成如式（6）。

式中，Knd为增益。

有时需要将测量到的发电机转速与一个陷波器串联起来，来阻止塔架加速度出现不希望的频率，如叶片穿越频率。

其中陷波器的传递函数如下：

式中：ω1=ω2；ζ1=0.1ζ2。

陷波器的频率和阻尼需要通过坎贝尔图辅助分析，观察塔架各模态在风轮变速运行范围内是否与1P、2P、3P等包络线相交，图3为本文仿真所选风力机组的谐振坎贝尔图，可以看出塔架前后一阶模态在风轮转速为14 r/min时和2P斜线有交点,且在风轮转速10 r/min时与3P斜线非常接近，据此本文仿真所选取的陷波器阻尼频率为0.48 Hz，阻尼ζ2为0.2。图4为陷波器的开环Bode图。

3.2 塔架侧向振动控制

与塔架前后振动类似，塔架侧向振动的动态特性可以近似为[11]：

式中：xny为塔架的前后位移；βt为塔架侧向阻尼系数；为塔架侧向共振频率。

图3 风力机组坎贝尔图Fig.3 Campbell diagram for the turbine

图4 陷波器的幅频特性Fig.4 Amplitude frequency characteristic of notch filter

塔架顶部的侧向振动一般由传动链扭矩的反作用引起，塔架侧向结构阻尼tβ是很

小的，本文通过在原有发电机给定转矩上添加附加转矩实现增大阻尼的效果。将测量到的塔架侧向加速度积分后作用增益nyK即可得到附加转矩的实现如图5所示。图5 塔架侧向振动阻尼器Fig.5 Tower side-side vibration damper

使用阻尼器后的塔架侧向阻尼为，可表示为：

式中，tZ为轮毂距地面高度。

将式（9）代入式（11），得到:

式中：

这里选择增益nyK使F15β=，并将附加转矩范围限定在发电机允许最大转矩的10%以内。

3.3 传动链扭转振动控制

变速风力发电机组传动链中的扭转共振影响发电机转速的测量进而会影响变桨距控制器，使变桨执行机构动作频繁而没有任何益处。在变桨距阶段，变速风电机组只有很小的阻尼，因为转矩不再随着转速的变化而变化，在非常低的阻尼下会导致齿轮箱有较大的转矩振动，加大齿轮箱的载荷。

增加传动链的阻尼可以通过在原有转矩的给定值的基础上增加一个很小的附加转矩

波动[12]。这个转矩波动要与传动链的扭转速度相反，才能增加等效阻尼。附加转矩可以将发电机转速通过一个带通滤波器近似获得，带通滤波器的形式如下：

式中，角频率ω必须在阻尼振荡频率附近，风轮平面内一阶模态，塔架的侧向二阶模态都可以激发传动链的扭振[13]，但要避开选取风轮转速的多倍频，特别是3P，6P，如果激发传动链谐振的频率与3P或6P接近，谐振会变得非常难控制。时间常数τ有时可以用于补偿系统的时间滞后，但通常接近于0。根据图3所示的风力机组谐振坎贝尔图，可以看出风轮平面内一阶模态在风轮转速15.2 r/min时与6P有交点，传动链一阶模态与9P，12P，15P有多处交点。据此带通滤波器频率选择2.7 Hz，图6为带通滤波器的开环Bode图。

图6 带通滤波器幅频特性Fig.6 Amplitude-frequency characteristic of bandpass filter

实际上，发电机转速通过带通滤波器后再作用增益K得到附加转矩：

忽略气动损耗，高阶模态的影响以及与塔架之间的耦合，传动链可简化成图7所示的模型[14]。

图7 传动链结构Fig.7 Structure of drive train

其中： dc是传动链刚度； dk是传动链阻尼系数；增益K可以按式（16）计算：

式中：

图8 传动链阻尼滤波器Fig.8 Drive train damper

4 仿真结果

本文仿真选用Bladed自带风力机组模型[15-16]。其额定功率为2 MW，发电机

额定转速为1 500 r/min，外部运行环境选择22 m/s的湍流风，如图9。

图9 外界风激励Fig.9 External wind excited source

通过在 Bladed中进行发电状况的模拟得到发电机转速和输出电功率对比曲线，如图10、11。图中曲线1采用常规PID控制器，曲线2采用非线性

为总阻尼系数，可以根据实际情况选取。传动链阻尼滤波器如图8所示。模糊免

疫PID控制器。可以看出发电机转速最大波动幅度相对电功率减小更明显，其原

因是抑制传动链扭转振动的附加转矩会加大功率的波动。

图10 发电机转速Fig.10 Generator speed

图11 电功率Fig.11 Electrical power

图12为机舱前后振动位移对比曲线，曲线 1为无阻尼情况，曲线2为有阻尼情况。可以看出，机舱前后振动在有加速度反馈的情况下明显改善。

图12 机舱前后x方向位移Fig.12 Nacelle for-aft x-deflection

图13是有无塔架侧向振动阻尼器的机舱侧向位移状况对比曲线，其中曲线1为无阻尼情况，曲线2为有阻尼情况。可以看出，机舱侧向振动明显减弱。

图14是针对传动链载荷优化的仿真结果。从中可以看出，在加入传动链阻尼器之后，齿轮箱扭矩波动明显变小，有效降低了齿轮箱的疲劳载荷。

图13 机舱侧向位移Fig.13 Nacelle side-side deflection

图14 齿轮箱扭矩Fig.14 Gearbox torque

5 结论

本文将模糊免疫PID控制应用于大型变速变桨风电机组的桨距控制，并针对大型

变速机组的振动冲击载荷等问题，在原有桨距、转矩控制的基础上优化，提出通过增加阻尼抑制振动的控制策略，然后主要针对塔架前后振动、侧向振动和传动链扭转振动进行分析，仿真结果表明，本文提出的控制方式能够减小系统的超调量，并有效降低风电机组关键部位的载荷。

参考文献

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风力发电机组变桨系统的设计与优化

风力发电机组变桨系统的设计与优化 1. 引言风力发电是一种可再生能源的重要组成部分，风力发电机组的性能直接影响着发电效率和运行成本。变桨系统作为风力发电机组的核心部件之一，对于风力发电的效率和可靠性具有重要作用。本文将探讨风力发电机组变桨系统的设计与优化，旨在提高发电效率和降低运行成本。 2. 风力发电机组的变桨系统风力发电机组变桨系统主要包括桨叶、桨叶轴承、变桨机构和控制系统等部分。桨叶通过变桨机构连接到发电机组的主轴上，根据风速和转速的变化，调节桨叶的角度以获得最佳发电效果。变桨系统的设计和优化将直接影响发电机组的功率输出和系统的可靠性。 3. 变桨系统的设计原则（1）轻量化设计：桨叶是风力发电机组的核心部件，其质量直接影响转速和稳定性。因此，在变桨系统的设计中，需要选择轻量化材料，并合理设计桨叶的结构，以降低整体质量，提高转速和响应速度。（2）可靠性设计：风力发电机组通常处于复杂的气候环境下运行，如强风、冰雪等。因此，变桨系统的设计需要考虑系统的可靠性和抗风能力，确保在恶劣环境下仍能正常运行。（3）高效控制：变桨系统的控制是关键，需要根据风速和转速的变化，实时调节桨叶的角度，以获得最佳的发电效果。因此，需要采用高效的控制算法和传感器，提高响应速度和控制精度。 4. 变桨系统的优化方法

（1）结构优化：通过有限元分析等方法对桨叶和变桨机构的结构进行优化，以提高刚度和辨识度，降低振动和噪声，并达到减负荷的效果。（2）控制算法优化：通过数学建模和仿真，针对不同的风速和转速，优化变桨系统的控制算法，确保桨叶角度的调节与实际运行环境的需求相匹配。（3）传感器优化：选择高精度和高可靠性的传感器，如风速传感器和角度传感器，准确获取变桨系统所需的实时数据，并将其输入到控制系统中。 5. 变桨系统的未来发展趋势（1）智能化：随着人工智能和大数据技术的快速发展，未来的变桨系统将趋向于智能化，可以通过学习和优化算法，自动调整桨叶的角度，并根据实时数据进行预测和预防故障。（2）传感器技术的进一步发展：未来的变桨系统将采用更先进的传感器技术，如纳米传感器和光学传感器，提高数据的采集精度和可靠性。（3）新材料的应用：随着新材料技术的不断发展，未来的变桨系统将采用更轻、更强、更耐腐蚀的材料，以提高发电机组的能效和稳定性。 6. 结论风力发电机组变桨系统的设计与优化是提高发电效率和降低运行成本的关键。通过轻量化设计、可靠性设计和高效控制等原则，以及结构优化、控制算法优化和传感器优化等方法，可以实现变桨系统的性能提升。未来的发展趋势包括智能化、传感器技术的进一步发展和新材料的应用。通过不断的研究和创新，将进一步改善风力发电的效率和可靠性，推动可再生能源的发展。

变速变桨风力发电机组的桨距控制及载荷优化

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风力发电机组的功率控制及载荷分析

风力发电机组的功率控制及载荷分析风力发电机组的功率控制及载荷分析引言：风力发电作为清洁能源的重要组成部分，已经在全球范围内得到了广泛应用。风力发电机组的功率控制和载荷分析，对于提高风力发电的效率、可靠性和经济性具有重要意义。本文将对风力发电机组的功率控制方法以及载荷分析进行详细阐述，并探讨其对风力发电产业的影响。一、风力发电机组的功率控制 1.1 无功功率控制无功功率是风力发电机组运行中的重要参数之一。通过控制电网侧的无功功率，可以提高风力发电机组的功率因数，减少无功功率对电网的影响。常用的控制方法包括无功功率优化控制和无功功率调频控制。无功功率优化控制是根据电网的无功功率需求，通过调整风力发电机组的输出功率来实现。该方法能够提高风力发电机组的功率因数，降低无功功率损耗，同时满足电网对无功功率的要求。无功功率调频控制是根据风力发电机组的转速、电网频率和负荷需求等参数进行调控。通过调节风力发电机组的桨叶角度、变桨速度等，控制风力发电机组的功率输出，实现电网对无功功率的要求。 1.2 有功功率控制有功功率控制主要是根据电网的需求，控制风力发电机组的输出功率。常用的控制方法包括协调控制、最大功率跟踪控制和限功率控制。

协调控制是根据电网的负荷需求和电力系统的稳定性要求，通过调节风力发电机组的转速、桨叶角度和发电机的励磁电流等参数，实现风力发电机组的有功功率控制。最大功率跟踪控制是指通过调节风力发电机组的桨叶角度，使得风力发电机组的输出功率达到最大值。该控制方法能够提高风力发电机组的利用率，提高发电效率。限功率控制是为了保护风力发电机组的安全运行，避免过载等问题。通过提前设置风力发电机组的最大功率输出值，当风力发电机组的输出功率达到设定值时，控制系统会自动减小风力发电机组的输出功率。二、风力发电机组的载荷分析 2.1 风力负荷分析风力负荷是指风力发电机组在风力作用下承受的载荷，主要包括风载荷和惯性载荷。风载荷是由于风力的作用而导致的，其大小和方向主要受到风速、风向等因素的影响。惯性载荷是由于风力发电机组自身的转动而产生的，其大小和方向主要受到风力发电机组的转速和转动惯量等因素的影响。 2.2 力矩载荷分析力矩载荷是指风力发电机组在风力作用下承受的力矩，主要包括风矩载荷和旋转矩载荷。风矩载荷是由于风力作用在风力发电机组的转动轴上产生的，其大小和方向主要受到风速、风向、桨叶角度等因素的影响。旋转矩载荷是由于风力发电机组旋转运动的惯性而产生的，其大小和方向主要受到风力发电机组的转速和转动惯量等因素的影响。 2.3 轴向载荷分析轴向载荷是指风力发电机组在风力作用下承受的轴向力，主要包括风压力和离心力。风压力是由于风力作用在风力发电

风力发电变桨系统

新能源与动力工程学院浅谈变桨距风力发电机组及前景专业风能与动力工程班级1201班姓名高涌东学号201211605

摘要能源、环境是当今人类生存和发展所要解决的紧迫问题。传统的化石燃料虽能解决能源短缺的问题，却给环境造成了很大的破坏，而风能具有无污染、可再生、低成本等优点，所以其受到世界各国的重视。本文首先在对风力发电原理，风电机组研究的基础上从变桨距风力机空气动力学研究入手，分析了变桨距控制的基本规律，再结合目前国内主流的变桨距控制技术分别设计出了液压变桨距控制，电动变桨距控制的方案，最后在此基础上提出了一种较为理想的控制策——半桨主动失速控制。关键词：风力发电，变桨距控制，伺服系统

第一章风力发电机组概述 1.1 风力发电的原理风力发电的原理是利用风力带动风车桨叶旋转，再通过增速器将旋转的速度提升，来促使发电机发电。简单地说就是风的动能（即空气的动能）转化成发电机转子的动能，转子的动能又转化成电能。现代风力发电机采用空气动力学原理，就像飞机的机翼一样。风并非“推”动风轮桨叶，而是吹过桨叶形成桨叶正反面的压差，这种压差会产生升力，令风轮旋转并不断横切风流。风力发电机的风轮并不能提取风的所有功率。根据Betz定律，理论上风电机能够提取的最大功率是风的功率的59.6%。但大多数风电机只能提取风的功率的40%甚至更少。 1.2 风力发电机组的组成风力发电机组是风力发电系统最重要组成部分，其主要由以下几部分组成：风轮（包括桨叶和轮毅）、传动机构（包括低速轴、齿轮箱和高速轴）、发电机、刹车机构、偏航机构、变桨距机构、塔架、变流器、传感器和控制系统等组成。如图2.1所示。机舱：包含着风力发电机的关键设备，包括齿轮箱、发电机等。风轮：桨叶安装在轮毂上称作风轮，它包括桨叶、轮毂、主轴等。风轮是风力发电机接受风能的部件。桨叶：是风力发电机组最关键的部件，现代风力发电机上每个转子桨叶的测量长度大约为20米桨叶数通常为2枚或3枚，大部分转子桨叶用玻璃纤维强化塑料（GRP）制造。桨叶可分为变浆距和定浆距两种桨叶，其作用都是为了调速，当风力达到风力发电机组设计的额定风速时，在风轮上就要采取措施，以保证风力发电机的输出功率不会超过允许值。轮毂：是连接桨叶和主轴的零部件。轮毂一般由铸钢或钢板焊接而成，其中不允许有夹渣、砂眼、裂纹等缺陷，并按桨叶可承受的最大离心力载荷来设计。发电机：是风力发电机组中最关键的部件，是将风能最终转变成电能的设备。发电机的性能好坏直接影响整机效率和可靠性。大型风电机（100-150千瓦）通常产生690伏特的三相交流电。然后电流通过风电机旁（或在塔内）的变压器被提高至1到3万伏，这取决于当地电网的标准。风力发电机上常用的发电机有以下几种：

变桨距控制

变桨控制的分类：分为主动变桨控制和被动变桨控制。主动变桨是指桨叶被设计成可沿自身轴线旋转，通过控制系统的指令完成变桨，多用于大型风力发电机组。被动变桨是指桨叶可在外部载荷的作用下自动发生扭转，且达到风力机控制所需的桨距角，一般只用于独立运行的机组。以下均为主动变桨控制的相关内容。变桨控制的基本原理：风力机运行中，通过使叶片沿自身轴旋转、改变桨距角，可使气流对叶片的攻角发生变化，从而改变风轮所受气动力矩和功率输出。同等风速下，桨距角越大，风能利用系数越低。变桨系统在不同风速下的控制策略和所起作用： 1）风速小于启动风速：处于停机状态，桨距角为90°。 2）启动风速到额定风速：桨距角保持在0°，在启动阶段使机组获得最大的启动力矩，在中低风速下获得最大的功率系数。 3）额定风速到切出风速：根据功率或发电机转速和风速，对桨距角进行闭环控制，限制功率输出。进行功率控制。 4）大于切出风速：桨距角迅速切换到90°，提供很大的气动阻力，使风轮快速减速，完成停机。变桨执行机构分类：可分为液压变桨系统和电动变桨系统。液压变桨系统使用曲柄连杆机构同步驱动或者由3个液压缸分别推动桨叶转动，调节桨距角。优点是对于大惯性负载其频率响应快、扭矩大，可实现无级调速，便于集中控制和集成化。缺点是其传动结构相对复杂，漏油、卡涩时有发生，且液压传动部件在夏季和冬季的控制精度差别较大。电动变桨机构利用伺服电机带动减速机调节桨距角，具有快速性、同步性、准确性等优点。结构简单、紧凑，机械故障较少。其缺点是电气布线困难，动态响应特性较差。另外频繁调节桨距时会产生过量的热负荷，易使电机损坏。变桨距风力发电机的特点：1）额定功率点以上输出功率平稳。2）额定点具有较高的风能利用系数。3）高风速段仍能保持额定功率。4）气动性能和制动性能更

直驱式永磁同步风力发电机变速变桨距控制

直驱式永磁同步风力发电机变速变桨距控制变桨距是最常见的控制风力发电机组吸收风能的方法。变桨距控制会对所有由风轮产生的空气动力载荷产生影响。直驱式永磁风力发电机组一旦达到额定转矩，载荷转矩就不能继续增加，但风速还在增加，所以转速也开始增加，应用变桨距控制调节转速，使转速不超过上限，并由变流器保证载荷转矩恒定不变。通常PI或PID调节器调节桨距角就可以满足要求，在有些情况下要用滤波器对转速误差进行处理，以防止过度的桨距动作。一、变速变桨距控制概述 1.基本控制要求在额定风速以下时，风力发电机组应该尽可能捕捉较多风能，所以这时没有必要改变桨距角，此时的空气动力载荷通常比在额定风速以上时的动力载荷小，也没有必要通过变桨距来调节载荷。在额定风速以上时，变桨距控制可以有效调节风力发电机组的吸收功率及风轮产生的载荷，使其不超出设计的限定值。而且为了达到良好的调节效果，变桨距应该对变化的情况作出迅速的反应。这种主动控制器需要仔细设计，因为它会与风力发电机组的动态特性相互影响。随着叶片攻角的变化，气流对风轮的作用力也会随之发生改变，这就会导致风力发电机组塔架的振动。随着风速的增加，为了保持功率恒定，转矩桨距角也随着增加，风轮所受到的力将会减小。这就使塔架的弯曲减小，塔架的顶端就会向前移动引起以风轮为参照物的相对风速的增加。空气动力产生的转矩进一步增加，引起更大的调桨动作。显然，如果变桨距控制器的增益太高会导致正反馈不稳定。 2.主动失速变桨距在额定风速以下时，桨距角设定值应该设置在能够吸收最大功率的最优值。按照这个原则，当风速超过额定风速时，增大或减小桨距角都会减小机组转矩。减小桨距角，即将叶片前缘转向背风侧，通过增大失速角来调节转矩，使升力减小，阻力增加，称为主动失速变桨距。尽管顺桨是更常见的控制策略，但是有些风力发电机组采用主动失速变桨距的方法，通常称为主动失速。向顺桨方向变桨距比主动失速需要更多的动态主动

变浆距风力发电机组的控制系统

变浆距风力发电机组的控制系统【摘要】风能作为一种可再生能源受到全球越来越多的关注，本文就变桨距风力发电机组的控制系统进行了分析，发现采用新型控制系统后，保持了发电机功率的稳定输出，减少了风机不稳定功率对电网的影响。【关键词】额定功率；变距控制；速度控制；功率控制 21世纪，风力发电机组的可靠性已经不是问题。与定桨距风力发电机组相比，变桨距风力发电机组具有在额定功率点以上输出功率平稳的特点。所以变桨距机组适合于额定风速以上风速较多的地区，这样发电量的提高比较明显。 1变桨距风力发电机组的控制系统新型变桨距控制系统框图如图1所示。在发电机并入电网前，发电机转速由速度控制器A根据发电机转速反馈信号直接控制；发电机并入电网后，速度控制器B与功率控制器起作用。功率控制器的任务主要是根据发电机转速给出相应的功率曲线，调整发电机转差率，并确定速度控制器B的速度给定。 2变距控制变距控制系统是一个随动系统，其控制过程如图2所示。变桨距控制器是一个非线性比例控制器，它可以补偿比例阀的死带和极限。变距系统的执行机构是液压系统，节距控制器的输出信号经D/A转换后变成电压信号控制比例阀，驱动液压缸活塞，推动变桨距机构，使桨叶节距角变化。活塞的位移反馈信号由位移传感器测量，经转换后输入比较器。 3速度控制变桨距风力发电机组的速度控制包括两个部分，即：速度控制A和B。 3.1速度控制A（发电机脱网状态）转速控制系统A在风力发电机组进入待机状态或从待机状态重新起动时投入工作，在这些过程中通过对节距角的控制，转速以一定的变化率上升。控制器也用于在同步转速时的控制。当发电机转速在同步转速±10r/min内持续1s发电机将切入电网。发电机转速通过主轴上的感应传感器测量，每个周期信号被送到微处理器作进一步的处理，以产生新的控制信号。 3.2速度控制B（发电机并网状态）发电机并入电网后，速度控制系统B起作用。速度控制系统B受发电机转速和风速的双重控制。在达到额定值前，速度给定值随功率给定值按比例增加。额定的速度给定值是1560r/min，相应的发电机转差率是4%。如果风速和功率输出一直低于额定值，发电机转差率将降低到2%，节距控制将根据风速调整到最佳状态，以优化叶尖速比。如果风速高于额定值，发电机转速通过改变节距来跟踪相应的速度给定值。功率输出将稳定地保持在额定值上。在风速信号输入端没有低通滤波器，节距控制对瞬变风速并不响应。与速度控制器A的结构相比，速度控制器B增加了速度非线性化环节。这一特性增加了小转差率时的增益，以便控制节距角加速趋于0。 4功率控制为了有效地控制高速变化的风速引起的功率波动，新型的变桨距风力发电机组采用了RCC技术。通过对发电机转子电流的控制来迅速改变发电机转差率，

基于思维进化算法的风电机组变桨控制器参数优化整定

基于思维进化算法的风电机组变桨控制器参数优化整定翻开文本图片集随着全球经济的飞速开展，人类对能源的需求量也日趋增长。在环境恶化、能源匮乏的今日，大力开发利用可再生能源对于缓解能源短缺、爱护生态环境有着重要的意义。在各种可再生能源中，风能因清洁、无污染、储量丰富等优点受到广泛关注，其成熟的开发技术条件和广袤的开展前景更是确定了它在能源革命中的重要地位。在技术进步的推动下，风电机组限制算法近年来得到快速开展，很多学者将智能限制引入风电机组限制中，提出了模糊限制、神经网络限制、模型预料限制等先进限制策略。但其应用于实际仍旧有难以克制的缺点，一是这些智能限制算法在风电机组底层限制设备可编程逻辑限制器〔PLC〕中难以实现：二是算法涉及的计算量非常浩大，对于风电机组这种快速动态系统，不能满意实时限制的要求。所以，传统PI限制仍是目前风电机组实际工程限制中应用最广泛、最成熟的一种限制策略，具有算法简洁、稳定牢靠、易于实现、限制效果良好等诸多优点。在PI限制器的设计过程中，核心问题是PI参数的整定，它往往在很大程度上影响限制效果。而风电机组是一个高阶、时滞、参数不确定的非线性系统，对于PI限制器参数的整定更加困难。所以，如何得到适宜的PI限制参数就显得非常重要。经过几十年的开展，PID

限制器参数整定探究方面已经形成了比拟完整的体系，并且在工程实际中得到了广泛应用，主要有ziegler_Nichols法、最优参数整定法、响应曲线法等。随着智能理论的开展，很多学者也提出了智能PID整定法，其中最成熟的是基于遗传算法与粒子群优化算法的整定方法，但这两种方法受寻优初值影响大、搜寻精度不够高、简单早熟收敛。基于此，本文提出一种基于思维进化算法的PI參数优化整定方法。该方法不依靠于初始参数，搜寻速度较快，不易陷入局部最优。仿真结果说明，采纳这一方法整定得到的变桨PI限制器对风电机组功率和转速的限制更加稳定。风电机组变桨限制风电机组从风中获得能量，将其转换为电能，能量转换公式为：在不同的风速条件下，风电机组通常采纳不同的限制策略。对于变桨距风电机组，低于额定风速运行时，保持桨距角处于最正确不变，通过调整发电机的转矩限制转速，实现风能的最大捕获：高于额定风速运行时，为限制风电机组的输出功率超出额定值，通过调整叶片桨距角限制风电机组的气动转矩和捕获的风能，保持输出功率的恒定。目前，工程实践中风电机组桨距限制普遍采纳的是传统PI限制策略，原理如图1所示。其中，输入r〔f〕为发电机额定转速，输出y〔f〕为发电机测量转速，PI限制器输出u〔f为桨距角，e〔f〕=r〔f〕-y〔t〕为转速偏差。当风速改变使得实际转速偏离额定转速时，PI限制器通过转速偏差计算得到需求桨距角，变桨执行机构遵照该值调整桨距角，

变速变桨风力发电机组的优化控制

变速变桨风力发电机组的优化控制随着清洁能源的兴起，风力发电的应用越来越普遍。然而，风力发电的效率受到风速的影响，不稳定因素较多，因此如何优化控制风力发电机组依然是一个亟待解决的问题。变速变桨控制技术是目前风力发电机组最常用的控制技术之一，本文将探讨变速变桨风力发电机组的优化控制。一、变速变桨技术概述 1.1 变速控制传统的定速风力发电机组通过控制电网电压和频率来确保输出功率稳定，但其效率较低，因此相对而言较少使用。变速控制是指通过控制旋转叶片的转速来调整输出功率。旋转叶片的转速会受到风速的影响，因此需要根据实时的风速来调整转速。一般来说，当风速越大的时候，需要调整输出功率，因此需要提高转速；当风速越小的时候，需要降低转速以保证输出功率不变。 1.2 变桨控制变桨控制是指通过调整旋转叶片的角度来控制发电机组的输出功率。旋转叶片的角度会影响叶片所受到的空气阻力和风速之间的关系，因此可以通过调整叶片的角度来调整输出功率。一般来说，当风速越大的时候，需要调整叶片的角度以降低空气阻力从而保证输出功率不变；当风速越小的时候，需要调整叶片的角度以增加叶片所受到的空气阻力来提高输出功率。

二、变速变桨优化控制 2.1 变速变桨联合控制变速变桨联合控制是指将变速控制和变桨控制结合起来，以实现更精确的输出功率控制。当风速较高时，变桨控制通过调整叶片的角度来减小空气阻力，从而降低发电机组的输出功率；当风速较低时，变桨控制通过调整叶片角度来增加空气阻力，从而提高发电机组的输出功率。而当风速在一定的范围内变化时，变速控制则通过调整发电机组的转速来进行功率控制。 2.2 基于模型预测控制的优化控制基于模型预测控制的优化控制是一种基于数学模型的高级控制方法，能够实现精确的功率控制并减少疲劳损伤。该方法将实时的风速数据作为控制输入，通过预测未来一段时间内的风速变化情况，来调整发电机组的输出功率。该方法需要实时采集数据，并根据历史数据建立数学模型，从而能够根据风速的变化趋势来实现优化控制。 2.3 基于神经网络的优化控制基于神经网络的优化控制将实时的风速数据作为输入，通过训练神经网络来预测未来一段时间内的风速变化情况，并根据预测结果来优化控制发电机组的输出功率。该方法具有较高的自适应性和智能化程度，能够较好地适应不同的风能环境，并具有较强的实时控制性能。

风力发电机组不同风速下的变桨控制分析

风力发电机组不同风速下的变桨控制分析 Summary：稳定的输出功率和最大风力捕获是风机在不同风速下的控制目标。现阶段对风机叶片变桨间距控制的研究大多集中于高风速区，且多以平衡点区域线性化模型为基础，不适用于低风速区。本文对一种风机叶片双模变桨距控制器的控制策略进行分析，其可使风机在不同风速工况下切换不同的变桨控制策略，满足风机最大风功率的要求。 Keys：风机；独立变桨；变桨距；变桨系统；双模控制器一、引言风能是一种有着随机性、爆发性、不稳定性特征的绿色能源，风速、风向、气候、环境等因素的变化均会对其产生影响，由于这种不确定性，使得风机需要具备风速风向测量、风机偏航、叶片变桨等功能。现阶段风机已由定桨距风机发展为变桨距风机。定桨距风机的叶片桨距角不变，当风速快速变化时，使叶片气动转矩发生大幅度变化，会造成风机无法维持额定转速与额定输

出功率。实时调整的桨距角可用来应对叶片在不同风速下的气动转矩，使得风机维持在额定转速运行风电系统模型是非线性、多变量、时变的复杂系统。风机的切入风速、额定风速、切出风速3个风速值，将不同风速划分为2个区域，即风机低风速区（切入风速、额定风速）与风机高风速区（额定风速、切出风速）。稳定的输出功率和最大的风能捕获是风力机在两个不同风速区的控制目标。风机叶片通过变桨距技术调节叶片桨距角，控制风机叶片负荷，进而调节风机功率。但考虑到风电场风机的实际运行情况，不同风速下对风机叶片变桨间距控制策略的要求有所不同。风机叶片的双模变桨距控制器，对高低不同风速区设计了不同的控制策略，低风速区采用基于最大功率跟踪（MPPT）的PI控制模式，以最小的风机叶片桨距角的调整，来实现风能的最大捕获。在高风速区间通过自适应的PID控制器对不同风速的逻辑判断，进行控制策略转换。二、风机变桨距的工作原理变桨距风机有桨距角调节和发电转矩调节两种方式。变桨距控制就是风机依据外界不同的风速来对应调整叶片桨距角，使风力发电机输出功率既平稳又高。风机叶片变桨方案有两种：三支叶片分别独立变桨控制方案、三支叶片统一变桨控制方案。独立变桨指风机的三支叶片分别根据各自的控制策略独立地调整叶片桨距角，三支叶片变桨角度无相关性；统一变桨距是指风机的三支叶片的同时调整同样的桨距角；风机的变桨距调节是指变桨电机、变桨齿轮箱等动力单元通过变桨轴承带动叶片转动，以达到调整叶片桨距角大小的目的。变桨距风机的风轮叶片的角度随风速而变化，当风速低于风机额定风速时．风机输出功率小于额定功率，

定距桨变距桨与风力发电机组知识讲解

桨距螺旋桨的桨叶都与旋转平面有一个倾角。假设螺旋桨在一种不能流动的介质中旋转，那么螺旋桨每转一圈，就会向前进一个距离，连续旋转就形成一段螺旋。同一片桨叶旋转一圈所形成的螺旋的距离，就称为浆距。显然，桨叶的角度越大，浆距也越大，角度与旋转平面角度为0，浆距也为0。这个“距”，就是桨叶旋转形成的螺旋的螺距。桨距指的是直升机的旋翼或固定翼的螺旋桨旋转一周360度，向上或向前行走的距离(理论上的)。就好比一个螺丝钉，您拧一圈后，能够拧入的长度。桨距越大前进的距离就越大，反之越小！然而要测量实际桨距的大小是比较困难的，所以一般固定翼飞机使用桨距不变的螺旋桨上都会标明其直径和桨距的大小(单位以英寸居多)，以便于和合适的发动机配套使用。绝大多数的固定桨距的直升机桨一般是专为某一级别的飞机定制的，所以只标明直径。可变桨距直升机可以非常容易的通过测量桨叶的攻角(迎风角度)大小来体现桨距的大小，和变化幅度。 l 定桨距失速调节型风力发电机组定奖距是指桨叶与轮载的连接是固定的，桨距角固定不变，即当风速变化时，桨叶的迎风角度不能随之变化。失速型是指桨叶翼型本身所具有的失速特性，当风速高于额定风速69，气流的攻角增大到失速条件，使桨叶的表面产生涡流，效率降低，来限制发电机的功率输出。为了提高风电机组在低风速时的效率，通常采用双速发电机（即大/小发电机）。在低风速段运行的，采用小电机使桨叶县有较高的气动效率，提高发电机的运行效率。失速调节型的优点是失速调节简单可靠，当风速变化引起的输出功率的变化只通过桨叶的被动失速调节而控制系统不作任何控制，使控制系统大为减化。其缺点是叶片重晏大（与变桨距风机叶片比较），桨叶、轮载、塔架等部件受力较大，机组的整体效率较低。 2 变桨距调节型风力发电机组变奖距是指安装在轮载上的叶片通过控制改变其桨距角的大小。其调节方法为：当风电机组达到运行条件时，控制系统命令调节桨距角调到45”，当转速达到一定时，再调节到0“，直到风力机达到额定转速并网发电；在运行过程中，当输出功率小于额定功率时，桨距角保持在0°位置不变，不作任何调节；当发电机输出功率达到额定功率以后，调节系统根据输出功率的变化调整桨距角的大小，使发电机的输出功率保持在额定功率。随着风电控制技术的发展，当输出功率小于额定功率状态时，变桨距风力发电机组采用OptitiP技术，即根据风速的大小，调整发电机转差率，使其尽量运行在最佳叶尖速比，优化输出功率。

基于bladed的风力发电机组变速变桨控制参数整定方法

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基于bladed的风力发电机组变速变桨控制参数整定方法杨微韩花丽张杨帆（中船重工(重庆）海装风电设备有限公司重庆市 400021）摘要：针对风力发电机组设计和改型过程中，变速变桨控制器参数调整困难、控制效果不理想等问题，本文采用最优控制和单纯形法对控制器PID参数进行联合整定。并通过bladed软件进行载荷仿真及性能分析，进一步验证该方法的正确性，结果表明:通过使用该方法,可以获取较优的控制器参数，满足设计及改型的实际需求。关键词：bladed，风力发电机组，变速变桨控制，PID参数整定 Parameters Setting Method for Variable Speed Pitch Control of Wind Turbine based on BLADED Abstract：Focusing on the difficulties in parameters adjustment for variable speed pitch controller and poor control performance in the process of Wind Turbines design and remodeling, in this thesis the optimal control scheme and simplex algorithm are applied to jointly set the PID parameters of the controller, and BLADED is used for load simulation as well as performance analysis in order to further check the accuracy of the employed method。The result shows that with the said method, it can obtain comparatively reliable parameters of the controller and to meet the requirements of turbine design and remodeling as well。 Key words：bladed, wind turbine， variable speed pitch controller， PID parameters tuning 1 引言近年来风力发电行业发展迅猛，多类风力发电机组应运而生，其中变速变桨风力发电机组应用最为广泛.而风力发电机组不断巨型化,对变速变桨整机运行的稳定性、可靠性提出更高要求。为提高风机稳定性、可靠性、降低载荷，美国、英国、荷兰、丹麦等风电强国都进行深入探索,并引入柔性控制的概念对风机变桨、变速等方面进行研究[1~3］。要实现这些先进的控制策略，需要准确获取被控对象的特征。由于大型风力发电机组体积庞大、结构复杂，是一个连续随机的非线性多变量系统,直接模型建立比较困难,而且建立模型还必须适合于控制目的[4]。为此，本文采用国内外广泛运用的权威风力发电机组仿真软件GH bladed获取风力发电机组的数学模型,并根据转矩及桨距控制目的综合最优控制方法及单纯形法优点整定PID控制参数。 2 建立风力发电机组线性模型风力发电机组动态特性由构成机组各部件的动态特性相互藕合构成(图1）,它包括风能特性、风轮空气动力学、传动链系统动力学、结构动力学、发电机以及执行器的动态特性。各部分动态特性都比较复杂，要分别建立其动态特性数学模型再将其组合起来形成整机动态模型将变得更为困难。GH bladed软件中的模态线性化模块能有效建立各类风力发电机组动态数学模型.因此,有效利用该软件可减少设计者的工作量，缩短设计周期。

变桨系统分析

变桨系统分析变速变桨距风力发电机组目前已成为大型风力发电机组研发和应用的主流机型。与定桨距风力发电机组相比，变桨距风力发电机组具有在额定功率点以上输出功率平稳、相同功率机组额定风速低、不受气流密度变化等环境因素影响和良好的启动和制动性能等优点。变桨距风力机是指整个叶片绕叶片中心轴旋转，使叶片功角在一定范围内变化，以便调节输出功率不超过设计容许的值。在机组出现故障时，需要紧急停机，一般应先使叶片顺桨，这样机组结构中受力小，可以保证机组运行的安全可靠性 1.1变桨系统概述变桨控制系统实现风力发电机组的变桨控制，在额定功率以上通过控制叶片桨距角使输出功率保持在额定状态。变桨控制柜主电路采用交流--直流--交流回路，由逆变器为变桨电机供电，变桨电机采用交流异步电机，变桨速率由变桨电机转速调节。变桨控制系统包括三个主要部件，驱动装置－电机，齿轮箱和变桨轴承。从额定功率起，通过控制系统将叶片以精细的变桨角度向顺桨方向转动，实现风机的功率控制。如果一个驱动器发生故障，另两个驱动器可以安全地使风机停机。变桨控制系统是通过改变叶片迎角，实现功率变化来进行调节的。通过在叶片和轮毂之间安装的变桨驱动电机带动回转轴承转动从而改变叶片迎角，由此控制叶片的升力，以达到控制作用在风轮叶片上的扭矩和功率的目的。在90度迎角时是叶片的工作位置。在风力发电机组正常运行时，叶片向小迎角方向变化而达到限制功率。一般变桨角度范围为0～86度。采用变桨矩调节，风机的启动性好、刹车机构简单，叶片顺桨后风轮转速可以逐渐下降、额定点以前的功率输出饱满、额定点以的输出功率平滑、风轮叶根承受的动、静载荷小。变桨系统作为基本制动系统，可以在额定功率范围内对风机速度进行控制。变桨控制系统有四个主要任务： ●通过调整叶片角把风机的电力速度控制在规定风速之上的一个恒定速度。 ●当安全链被打开时，使用转子作为空气动力制动装置把叶片转回到羽状位置（安全运行）。 ●调整叶片角以规定的最低风速从风中获得适当的电力。

风力发电机组变桨距

风力发电机组变桨距风力发电机组变桨距：随着国家新能源发展战略的提出和实施，我国风电产业进入跨越式发展的阶段。本文从分析我国风力发电的现状出发，在总结分析风力发电技术发展的基础上，对我国风电发展过程中存在的主要问题进行了探讨分析，提出了相关建议。关键词：风力发电；现状；技术发展能源、环境是当今人类生存和发展所要解决的紧迫问题。常规能源以煤、石油、天然气为主，它不仅资源有限，而且造成了严重的大气污染。因此，对可再生能源的开发利用，特别是对风能的开发利用，已受到世界各国的高度重视。风电是可再生、无污染、能量大、前景广的能源，大力发展风电这一清洁能源已成为世界各国的战略选择。我国风能储量很大、分布面广，开发利用潜力巨大。近年来我国风电产业及技术水平发展迅猛，但同时也暴露出一些问题。总结我国风电现状及其技术发展，对进一步推动风电产业及技术的健康可持续发展具有重要的参考价值。1我国风力发电的现状 20__年2月，我国国家立法机关通过了《可再生能源法》，明确指出风能、太阳能、水能、生物质能及海洋能等为

可再生能源，确立了可再生能源开发利用在能源发展中的优先地位。20__年12月，我国政府向世界承诺到20__年单位国内生产总值二氧化碳排放比20__年下降40%~45%，把应对气和变化纳入经济社会发展规划，大力发展包括风电在内的可再生能源与核能，争取到20__年非化石能源占一次能源消费比重达到15%左右。论文大全网编辑。随着新能源产业成为国家战略新兴产业规划的出台，风电产业迅猛发展，有望成为我国国民经济增长的一个新亮点。我国自上世纪80年代中期引进55kW容量等级的风电机投入商业化运行开始，经过二十几年的发展，我国的风电市场已经获得了长足的发展。到20__年底，我国风电总装机容量达到2601万kW，位居世界第二，20__年新增装机容量1300万kW，占世界新增装机容量的36%，居世界首位[1,2]。可以看出，我国风电产业正步入一个跨越式发展的阶段，预计20__年我国累计装机容量有望突破4000万kW。从技术发展上来说，我国风电企业经过“引进技术消化吸收自主创新”的三步策略也日益发展壮大。随着国内5WM容量等级风电产品的相继下线，以及国内兆瓦级机组在风电市场的普及，标志我国已具备兆瓦级风机的自主研发能力。同时，我国风电装备制造业的产业集中度进一步提高，国产机组的国内市场份额逐年提高。目前我国风电机组整机制造业和关键零部

变速机组的控制技术

变速机组的控制技术本文将对变速风力发电机组控制系统的特点以及控制策略分别进行详细介绍。一、变速变距风力发电机组的特点（一）变速变距风力发电机组控制系统构成控制系统是风力发电机组安全运行的大脑指挥中心，控制系统的安全运行就是机组安全运行的保证。各类机型中，变速变桨距型风力发电机组控制技术较复杂，其控制系统主要由三部分组成，即主控制器、桨距调节器、功率控制器（转矩控制器），如图3-27所示。典型的模态线性化变速变桨距风力发电机组模型如图3-28所示。（1）主控制器主要完成机组运行逻辑控制，如偏航、对风、解绕等，并在桨距调节器和功率控制器之间进行协调控制。（2）桨距调节器主要完成叶片节距调节，控制叶片节距角，在额定风速之下，保持最大风能捕获效率；在额定风速之上，限制功率输出。（3）功率控制器主要完成变速恒频控制，保证上网电能质量，与电网同压、同频、同相输出，在额定风速之下，在最大升力节距角位置，调节发电机、叶轮转速，保持最佳叶尖速比运行，达到最大风能捕获效率；在额定风速之上配合变桨距机构，最大恒功率输出。小范围内抑制功率波动，由功率控制器驱动变流器完成，大范围内超出额定功率部分由变桨距控制完成。图3-27 变速变距风力发电机组控制系统构成图

图3-28 典型的模态线性化变速变桨距风力发电机组模型变速风力发电机组于20世纪的最后几年加入到大型风力发电机组主流机型的行列中。与恒速风力发电机组相比，变速风力发电机组的优越性在于：低风速时能够根据风速变化，在运行中保持最佳叶尖速比以获得最大风能；高风速时利用风轮转速的变化，储存或释放部分能量，提高传动系统的柔性，使功率输出更加平稳，其功率曲线如图3-29所示。因而在更大容量上，变速风力发电机组有可能取代恒速风力发电机组而成为风力发电的主力机型。变速风力发电机组的控制主要通过两个阶段来实现。在额定风速以下时，主要是调节发电机反力矩使转速跟随风速变化，以获得最佳叶尖速比，因此可作为跟踪问题来处理。在高于额定风速时，主要通过变桨距系统改变桨叶节距来限制风力机获取能量，使风力发电机组保持在额定值下发电，并使系统失速负荷最小化。可以将风力发电机组作为一个连续的、随机的非线性多变量系统来考虑。采用带输出反馈的线性二次最佳控制技术，根据已知系统的有效模型，设计出满足变速风力发电机组运行要求的控制器。一台变速风力发电机组通常需要两个控制器：一个通过电力电子装置控制发电机的反力矩；另一个通过伺服系统控制桨叶节距。由于风力机可获取的能量随风速的三次方增加，因此在输入量大幅度地、快速地变化时，要求控制增益也随之改变，通常用工业标准PID型控制系统作为风力发电机组的控制器。在变速风力发电机组的研究中，也有采用适应性控制技术的方案，比较成功的是带非线性卡尔曼滤波器的状态空间模型参考适应性控制器的应用。由于适应性控制算法需要在每一步比简单PI控制器多得多的计算工作量，因此用户需要增加额外的设备及开发费用，其实用性仍在进一步探讨中。

风机变桨控制系统简介

风力发电机组变桨系统介绍

一．风力发电机组概述双馈风机

1.风轮：风轮一般由叶片、轮毂、盖板、连接螺栓组件和导流罩组成。风轮是风力机最关键的部件，是它把空气动力能转变成机械能。大多数风力机的风轮由三个叶片组成。叶片材料有木质、铝合金、玻璃钢等。风轮在出厂前经过试装和静平衡试验，风轮的叶片不能互换，有的厂家叶片与轮毂之间有安装标记，组装时按标记固定叶片。组装风轮时要注意叶片的旋转方向，一般都是顺时针。固定扭矩要符合说明书的要求。风轮的工作原理：风轮产生的功率与空气的密度成正比﹑与风轮直径的平方成正比﹑与风速的立方成正比.风力发电机风轮的效率一般在0.35—0.45之间(理论上最大值为0.593)。贝兹（Betz）极限 2.发电机与齿轮箱双馈异步发电机变频同步发电机同步发电机---风力发电机中很少采用(造价高﹑并网困难) (同步发电机在并网时必须要有同期检测装置来比较发电机侧和系统侧的频率﹑电压﹑相位,对风力发电机进行调整,使发电机发出电能的频率与系统一致;操作自动电压调压器将发电机电压调整到与系统电压相一致;同时, 微调风力机的转速,从周期检测盘上监视,使发电机的电压与与系统的电压相位相吻合,就在频率﹑电压﹑相位同时一致的瞬间,合上断路器,将风力发电机并入电网.) 永磁发电机---是一种将普通同步发电机的转子改变成永磁结构的发电机.组. 异步发电机---是异步电机处于发电状态,从其激励方式有电网电源励磁(他励)发电和并联电容自励(自励)发电两种情况. 电网电源励磁(他励)发电是将异步电机接到电网上, 电机内的定子绕组产生以同步转速转动的旋转磁场,再用原动机拖动,使转子转速大于同步转速, 电网提供的磁力矩的方向必定与转速方向相反,而机械力矩的方向则与转速方向相同,这时就将原动机的机械能转化为电能. 异步电机发出的有功功率向电网输送,同时又消耗电网的有功功率作励磁,并供应定子与转子漏磁所消耗的无功功率,因此异步发电机并网发电时,一般要求加无功补偿装置,通常用并联电容补偿的方式. 异步发电机的起动﹑并网很方便,且便于自动控制﹑价格低﹑运行可靠﹑ 维修便利﹑运行效率也较高,因此在风力发电机并网机组基本上都是采用异步发电机,而同步发电机则常用于独立运行. 3.偏航控制系统风力机的偏航系统也称对风装置.其作用在于当风速矢量的方向变化时,能够快速平稳地对准风向,以便风轮获得最大的风能. 大中型风力机一般采用电动的偏航系统来调整风轮并使其对准风向. 偏航系统一般包括感应风向的风向标, 偏航电机, 偏航行星齿轮减速器,回转体大齿轮等.