风力发电机组变桨距系统研究
变桨距风力发电机组控制系统
控制系统的执行机构 电动变桨距机构的整体结构图
研究的主要内容
1. 风力机组的特点及运行过程 2.变桨距控制系统 变桨距控制系统 3.控制系统的执行机构 控制系统的执行机构 4.变桨距风力发电机组的模型 变桨距风力发电机组的模型 5. 对风力发电技术的展望
变桨距风力发电机组的模型 建模仿真是研究节距角的变化对风力机输出功率 的影响。 1.风轮的模型
变桨距系统
风机正常工作时， 风机正常工作时，主要采用功率控制
变桨距控制系统 变桨距调节方法可以分为三个阶段
开机阶段：当风电机达到运行条件时，计算机命令调节节 开机阶段 距角。第一步将节距角调到45°，当转速达到一定时，再 调节到0°，直到风电机达到额定转速并网发电 。 保持阶段：当输出功率小于额定功率时，节距角保持在 保持阶段 0°位置不变 。 调节阶段：当发电机输出功率达到额定后，调节系统即投 调节阶段 入运行，当输出功率变化时，及时调节距角的大小，在风 速高于额定风速时，使发电机的输出功率基本保持不变 。
变桨距风力发电机组的模型 3.系统线性化
风力机系统具有很强的非线性，通常在用模糊PID控制器时，需要建 立精确的数学模型，因此在建模过程中对系统进行线性化。 叶尖速比λ即为桨叶尖部的线速度与风速之比，由下式表示:
其中：n——风轮的转速r/s； ω——风轮转动角速度，rad/s; R——风轮直径，m。 对上式进行求导 ，对转矩公式进行线性化得
+ -
+ -
+
变桨 执行器 桨距角
-
变距 机构
风轮 系统
传动 系统
发电机
滤波器
风速信号 转速
同步转速
P
功率给定
+
S
风力发电的变桨距控制研究
二风力发电的控制系统介绍
2.1控制系统的重要性
风电机组的控制系统是一个综合控制系统。它不仅要监视电网，风况和机组运行参数，对机组运行进行控制；而且还要根据风速与风向的变化，对机组进行优化控制，以提高机组的运行效率和发电量。图2.1是风电机组工作原理图。
图2.1风电机组工作原理的框图
风力发电控制系统在风力发电系统中需要解决的基本矛盾是如何在风速变化的情况下,获得较稳定的电压输出,以及如何解决无风时的用电问题。既要考虑到风能的特点,又要考虑到用户的需要,达到实用、可靠、经济的运行效果,关键环节之一就是要有一个稳定、可靠、功能齐全的控制系统。控制系统在风电机组中的作用犹如人的大脑，进行风力发电机组的运行管理。
3.2.1（电动）变桨距执行机构
狭义的变桨距执行机构是指直接控制叶片转动部分的机械装置。现在常见的变桨距执行机构有下面几种。
（1）平行轴齿轮驱动
多用于分散控制电动变桨距系统。驱动伺服电动机通过行星齿轮减速器，在减速器的输出轴上装有驱动内齿圈的直齿轮，从而实现变桨距控制。MW及以上大型风力发电机组多采用这种结构。图3.2为平行轴齿轮结构。
2.2.3制动控制
当转速超越上限发生飞车时，发电机自动脱离电网，桨叶打开实行软刹车，液压制动系统动作，抱闸刹车，使桨叶停止转动，调向系统将机舱整体偏转90°侧风，对整个塔架实施保护。
大型风力发电机组变桨距机构分析与实验研究
收稿日期:2006-08-21.基金项目:国家863计划资助项目(2100AA512022).作者简介:单光坤(1968-),女,辽宁沈阳人,副教授,博士生,主要从事大型风力发电机组变桨距技术等方面的研究.文章编号:1000-1646(2007)02-0209-04大型风力发电机组变桨距机构分析与实验研究单光坤,刘颖明,姚兴佳(沈阳工业大学风能技术研究所,沈阳110023)摘 要:旨在确定变桨距机构的结构形式,通过精炼设计校核变桨距机构的技术参数,论证变桨距机构的合理性,确保兆瓦级风力发电机组在60m 高空稳定工作.通过不同的变桨距机构方案的对比,找出各种变桨距机构的优缺点,完成兆瓦级风力发电机组变桨距结构的确定;利用数值算法进行变桨距机构参数的精炼设计;利用实验装置验证变桨距机构的合理性.最终,兆瓦级风力发电机组采用了液压变桨距结构形式,由数值算法给出了液压变桨距结构的最大负载力矩;并利用实验装置验证完成了在地面上的变桨距机构的调试工作,证明了变桨距机构在额定工况下能正常工作.在兆瓦级风力发电机组的调试过程中变桨距机构工作正常、稳定,达到了预期设计的目标.关 键 词:大型风力发电机组;变桨距机构;载荷分析;加载试验;测试工装中图分类号:T M 614 文献标识码:APitch regulated mechanism analysis and experiment of large wind turbineSHAN Guang kun,LIU Ying ming,YAO Xing jia(Wind Ener gy Institute o f T echnolog y,Shenyang U niversity of T echnology,Sheny ang 110023,China)Abstract:The research is to determine the pitch regulated mechanism of a large w ind turbine,check the technical parameters of pitch regulated mechanism by refine design,and demonstrate the rationality of pitch reg ulated mechanism,w hich w ill ensure the stable operation of the w ind turbine on the tow er of 60meters.The different pitch regulated mechanisms w ere compared to determine their advantages andshortcom ing s and select the best mechanism.T he refine desig n for the technical parameters of pitch regulated mechanism w as done by numerical analysis method.T he rationality of pitch regulated mechanism w as demonstrated by ex periments.At last,a hydraulic pitch regulated mechanism was selected for the megawatt wind turbine.T he max imum load moment of pitch regulated mechanism w as given by numerical analysis method,and the regulation and test on the ground w ere carried out.T he pitch regulated mechanism operates normally under rated condition and the desired results have been achieved.Key words:large w ind turbine;pitch regulated mechanism;load analysis;loading test;test technolog icalequipment变桨距风力发电机组,其桨叶桨距角在电气控制下可随时调整,当风速超过额定风速后,机组可通过调整叶片桨距角,保证其转速不变,输出额定功率,提高了机组利用率;变桨距型风力发电机组,在机组并网与脱网时,通过调整叶片桨距角,可使机组输出功率到最小,这样减小了机组在并网与脱网时的冲击电流,提高了机组寿命和电网质量[1];变桨距型风力发电机组,在其进行刹车制动时,由于其可先进行叶片变距气动刹车,再进行机械刹车,这样减小了机械刹车力矩,降低了刹车对机组部件的损害,提高了机组的寿命[2].由此,变桨距型风力发电机组将会成为大型风力发电机组发展的主流.沈阳工业大学风能技术研究所自主开发设计的1MW 风机采用了变桨距的形第29卷第2期2007年4月沈 阳 工 业 大 学 学 报Journal of Shenyang University of TechnologyVol 29No 2Apr.2007式.变桨距机构作为变桨距型风力发电机的关键部件直接影响到机组的正常运行,本文对1M W 风力发电机的变桨距机构从理论上进行了精炼设计分析,从实验上论证了变桨距机构的合理性.1 变桨距机构类型变桨距机构是变桨距型风力发电机组的核心.目前国际上大型风电机组的变桨距机构主要有两种实施方案[3]:机械齿轮传动变距与液压驱动变距.机械齿轮传动变距是利用伺服电机作为原动机,经过减速器通过齿轮副,带动桨叶旋转.这种变距方案,每一片桨叶都由一套独立的电动机、减速器和齿轮副驱动,因此变距力大,但电气布线困难,并且要求三个电动机运行同步,增加了控制上的难度.由于电动机、减速器、齿轮等部件均在轮毂内,增加了风轮重量和轮毂制造难度,而且维护也极不方便.液压驱动变距是利用液压缸作为源动机,通过曲柄滑块机构推动桨叶旋转.由于液压系统输出力大,变距机构可以做得很紧凑.液压驱动变距也有两种结构:一种是通过轮毂内三个液压缸和三套曲柄滑块机构分别驱动三片桨叶.这种方案变距力很大,但存在三个液压缸同步控制难,电气布线困难,风轮重量增加,轮毂制造难度加大,维护不便等问题;另一种结构是液压站,液压缸放在机舱内,通过一套曲柄滑块机构同步推动三片桨叶旋转.这种结构电气布线方便,而且降低了风轮重量和轮毂制造难度,维护也很容易,但这种结构要求传动机构的强度、刚度较高.2 大型风力发电机组变桨距机构本兆瓦级风电机组是变桨距型风力发电机组[4],采用的是液压缸作为源动机,通过一套曲柄滑块机构同步驱动三片桨叶变距的方式.2 1 变桨距机构组成本机组的变桨距机构主要由推动杆、支撑杆、导套、防转装置、同步盘、短转轴、连杆、长转轴、偏心盘、桨叶法兰等部件组成.其结构如图1所示[5].图1 变桨距机构Fig 1 Pitch regulated mechanism各组成部件作用如下:推动杆:传递动力,把机舱内液压缸的推力传递到同步盘上.支撑杆:是推动杆轮毂端径向支撑部件.导套:与支撑杆形成轴向运动副,限制支撑杆的径向运动.同步盘:把推动杆的轴向力进行分解,形成推动三片桨叶转动的动力.防转装置:防止同步盘在周向分力作用下转动,使其与轮毂同步转动.其中同步盘、短转轴、连杆、长转轴、偏心盘组成了曲柄滑块机构,将推动杆的直线运动转变成偏心盘的圆周运动.该机构的工作过程如下:控制系统根据当前风速,以一定的算法给出液压缸的位移信号,液压系统根据位移指令信号驱动液压缸,液压缸带动推动杆,同步盘运动,同步盘通过短转轴、连杆、长转轴推动偏心盘转动,偏心盘带动桨叶进行变距.2 2 变桨距机构分析该变桨距机构简图如图2所示.图2 变桨距机构运动简图F ig 2 Schematic movement of pitch regulated mechanism图中:od 摇杆;210 沈 阳 工 业 大 学 学 报第29卷df 连杆;od摇杆初始位置与水平线夹角;X 推杆位移;摇杆从初始位置转过角度;L 连杆长度.该机构的受力分析:该变桨距机构主要承受和传递来自两个方向的载荷:桨叶的旋转力矩和液压缸的输出力.桨叶旋转力矩的x轴分量传给液压缸的推动杆,y轴分量通过防转装置传给轮毂.油缸的输出载荷传递路线则相反,最后通过桨叶法兰的转动达到对桨叶变距操纵的目的.2 3 变桨距机构顺桨力的分析与计算[6]风电机组在工作状态下,作用于每个桨叶变距轴(桨叶大梁)上的阻力矩由如下几部分组成: M1=M j+M z+M m+M e+M f式中:M j 由桨叶本身质量离心力作用而产生的惯性力矩;M z 由空气动力作用而产生的气动力矩;M m 桨叶重心偏离桨叶变距轴而产生的重力矩;M e 弹性变形引起的力矩;M f 由变距机构各摩擦副而产生的摩擦阻力矩.1)由桨叶本身质量离心力作用而产生的惯性力矩M j在变距过程中,桨叶产生的最大惯性阻力矩为M j max=J22=10856 56Nm式中:J 桨叶对变距轴(大梁)的质量惯性矩,2200kg/m2;风轮回转角速度,3 1416/s.2)空气动力作用而产生的气动力矩M z空气动力作用而产生的气动力矩M z已由第602研究所得出计算结果.但其方向与M j相反,是使桨叶安装角增大的方向,且与M j相比其数值也较小,故为了安全起见,可以不考虑.3)桨叶重心偏离桨叶变距轴而产生的重力矩M m设桨叶轴均通过各截面重心,并位于风轮旋转平面内,即M m=0.4)弹性变形引起的力矩M e设桨叶不变形,即M e=0.5)由变距机构各摩擦副而产生的摩擦阻力矩M f支承桨叶轴的轴承是一个回转支承轴承,其空载摩擦阻力矩值为950Nm,其他机构摩擦阻力矩以效率计为0 95.故使桨叶绕桨叶轴转动所需的驱动力矩为M1=(M j max+950)/0 95=12427 96Nm 也就是说,在最恶劣情况下,使桨叶顺桨停机时,需作用于每支桨叶轴上的驱动力矩为M1=12427 96Nm风轮共三支桨叶,故M=M13=37283 87Nm已知驱动桨叶的曲柄长R,曲柄最大角度 =46!,故变距机构拉杆拉力为P=MR cos=82853N=8454 4kg液压站提供给变距机构的力随桨距角的变化而变化[7],其关系如图3所示;在外力矩为37283 87Nm时,变桨距系统所需要的力随桨距角的变化而变化[8],其关系如图4所示.由图3和图4可以看出,在外力矩为37283 87Nm时,变桨距系统工作正常.图3 液压系统压力与桨距角的关系Fig 3 Relationship between hydraulic pressure and pitch angle图4 变距系统需要的力与桨距角的关系(M=37283 87Nm)F ig 4 Relationship betw een necessar y pressure andpitch ang le(M=37283 87Nm)211第2期单光坤,等:大型风力发电机组变桨距机构分析与实验研究3 变桨距机构的负载试验测试目的:在设计外力矩条件下,测试机构能否准确完成顺桨及开桨工作.测试方法:通过测试工装,同时在三个变桨矩轴承内环的桨叶安装孔上加相同的重力,使三个变桨矩轴承内环产生与顺(开)桨力矩相反力矩.设计顺桨力矩:37283 87Nm设计开桨力矩:12428Nm测试工装[9-10]如图5所示,该装置与桨叶轴承内环连接,其上有6个滑轮,开桨时在1、3、5滑轮处各挂上一个重量相等的重锤,使产生转矩为12428Nm;顺桨时在2、4、6滑轮处各挂上一个重量相等的重锤,使产生转矩为37283 87Nm.图5 测试工装F ig 5 T est technological equipment测试结果:1)全行程变桨距试验(开、关桨)动作到位;2)变桨速度试验,动作时间可调、机构运动平稳;3)任意变桨距位置停止准确、位置重复精度和任意位置飘移量满足设计要求.4 结 论从理论上通过数值计算方法精炼设计了兆瓦风力发电机组变桨距机构的技术参数;通过地面试验验证了1MW 兆瓦风力发电机组变桨距机构合理,各部件参数选择正确,可以实现变桨距机构设计的预期目标,为1MW 风力发电机组的安全运行提供了保障.此风机已于2005年7月完成安装和现场调试,变桨距机构工作正常.参考文献:[1]武鑫,赵斌.并网型风电机组的调节控制[J].太阳能学报,2003(4):24-25.(WU Xin,ZHA O Bin.M odulation and control grid connected w ind turbine [J].Solar Energy ,2003(4):24-25.)[2]李强,姚兴佳,陈雷.兆瓦级风电机组变桨距机构分析[J].沈阳工业大学学报,2004(2):146-148.(L I Q iang ,Y AO Xing Jia,CHEN L ei.Pitch mecha nism analysis o f megawatt stage w ind turbine [J ].Journal of Shenyang U niversit y of T echnolog y,2004(2):146-148.)[3]Xing Z X,Chen L.T he compariso n of sever al variablespeed wind generation set 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风电机组变桨距伺服控制系统研究的开题报告
风电机组变桨距伺服控制系统研究的开题报告一、研究背景及意义随着能源需求的不断增加，清洁能源已经成为全球的一个热点话题。
风力发电作为清洁能源之一，不仅可以减少环境污染，也可以实现可持续发展。
风电机组是风力发电的核心装置，变桨系统是风电机组的关键部件之一。
变桨距根据风速的大小，通过控制桨叶角度来调整风电机组的转速，从而实现风能吸收效果的最大化。
变桨距伺服控制系统在风力发电中起着至关重要的作用，对提高风电发电效率和稳定性具有重要意义。
因此，对风电机组变桨距伺服控制系统进行深入研究，优化控制算法，提高变桨控制准确性和可靠性，对于充分发挥风力资源、提高发电能力和降低发电成本具有十分重要的意义。
二、研究内容和主要技术路线本文旨在研究风电机组变桨系统的伺服控制方法，优化控制算法，提高变桨控制准确性和可靠性。
具体内容包括以下几个方面：1. 风电机组变桨控制技术现状及问题分析。
对风电机组变桨控制技术的现状、存在的问题和局限性进行详细分析，为后续的研究奠定基础。
2. 风电机组变桨距伺服控制算法设计与仿真。
针对变桨距伺服控制过程中存在的问题，设计合适的控制算法，并实现仿真测试，验证算法有效性和控制性能。
3. 风电机组变桨距伺服控制系统硬件及软件实现。
在算法设计和仿真的基础上，通过硬件和软件实现一个完整的变桨距伺服控制系统，包括系统架构、控制器设计、通信接口等。
4. 风电机组变桨距伺服控制系统测试。
对系统进行性能测试和鲁棒性测试，并与传统的变桨控制方法进行对比，分析系统的优劣之处。
主要技术路线：参照现有的研究成果，分析风电机组变桨控制技术现状，设计风电机组变桨距伺服控制算法，完成控制系统负载仿真和实际试验，最终实现风电机组变桨距伺服控制系统的优化和升级。
三、研究计划及进度本项目主要分为以下几个阶段：第一阶段：文献调研和分析，深入了解风电机组变桨控制技术现状及问题，分析存在的局限性。
预计完成时间：1个月第二阶段：设计控制算法，完成仿真测试，验证算法的效果和控制性能。
风力发电机组变桨距控制系统的研究
风力发电机组变桨距控制系统的研究风力发电机组变桨距控制系统的研究近年来，随着环境问题的加剧和清洁能源的重要性逐渐凸显，风力发电作为一种潜在的可再生能源广泛应用。
风力发电机组是将风能转化为电能的关键设备，而变桨距控制系统则是提高风力发电效率的重要技术手段之一。
本文将对风力发电机组变桨距控制系统的研究进行探讨，从控制系统的结构、控制策略以及实际运行效果等方面进行分析。
1. 控制系统的结构风力发电机组的变桨距控制系统主要由传感器、执行器、控制器和信号传输部分组成。
传感器用于感知风力、转速以及叶片位置等信息，将这些信息传递给控制器。
控制器根据传感器获取的信息，通过控制策略对执行器发出信号，调节叶片角度，从而实现对风力发电机组的变桨距控制。
2. 控制策略目前，常用的控制策略主要有定角度控制和最大功率控制两种。
定角度控制是通过固定叶片角度来控制风力发电机组的输出功率，通常适用于恒定风速下的风机运行。
而最大功率控制则是根据风速大小实时调整叶片角度，以实现风力发电机组在不同风速下的最佳输出功率。
最大功率控制策略可以提高风力发电机组的效率，适应不同风速环境，并降低对外部条件的敏感性。
3. 实际运行效果根据实际应用情况和研究成果分析，风力发电机组的变桨距控制系统在提高发电效率、保护设备安全方面取得了显著效果。
通过使用最大功率控制策略，风力发电机组可以根据风速变化实时调整叶片角度，充分利用风能，并在恶劣天气条件下及时响应，减轻设备负荷。
同时，变桨距控制系统的应用也大大降低了由于风电机组运行时桨叶受损引起的事故风险，增加了设备的可靠性和安全性。
4. 研究展望尽管风力发电机组变桨距控制系统已取得一定的研究进展，但仍存在一些挑战和待解决的问题。
首先，尽管最大功率控制策略可以提高发电效率，但在不同风速区间的切换问题仍需要进一步优化。
其次，传感器的稳定性和可靠性也是需要关注的焦点，特别是在恶劣环境下的应用。
另外，随着风力发电技术的发展，新型的控制策略和技术工具也需要不断研发和应用，以进一步提高风力发电机组的性能和可靠性。
《风力发电变桨距自抗扰控制技术研究及其参数整定》范文
《风力发电变桨距自抗扰控制技术研究及其参数整定》篇一一、引言随着全球能源结构的转型，风力发电作为清洁、可再生的能源形式，正受到越来越多的关注。
其中，变桨距技术作为一种关键技术，其性能直接影响风力发电机组的效率和稳定性。
本文将着重探讨风力发电变桨距自抗扰控制技术的相关研究，并对其参数整定进行深入分析。
二、风力发电变桨距技术概述风力发电变桨距技术是指通过调整风力发电机组叶片的桨距角，来改变机组对风的捕获能力和产生的电力。
当风速过高时，通过调整桨距角减小风的捕获量，防止机组过载；当风速较低时，增大桨距角以提高机组的发电效率。
自抗扰控制技术作为一种先进的控制策略，具有较好的鲁棒性和抗干扰能力，对于提高风力发电机组的性能具有重要意义。
三、自抗扰控制技术研究自抗扰控制技术是一种基于非线性控制理论的控制策略，其核心思想是通过引入非线性状态误差反馈和扩张状态观测器等手段，实现对系统状态的实时观测和误差的实时补偿。
在风力发电变桨距控制中，自抗扰控制技术能够有效地抑制风速波动、机组振动等干扰因素对系统的影响，提高机组的稳定性和发电效率。
四、参数整定研究参数整定是自抗扰控制在风力发电变桨距控制中应用的关键环节。
针对风力发电系统的非线性和时变性特点，合理的参数整定方法能够提高系统的动态性能和鲁棒性。
目前，常用的参数整定方法包括试凑法、遗传算法、神经网络等方法。
其中，遗传算法和神经网络等方法能够通过对大量数据的分析和学习，自动寻找到最优的参数组合，提高整定效率和整定精度。
五、实例分析以某风力发电场为例，采用自抗扰控制技术对风力发电机组的变桨距系统进行控制。
通过对比不同参数整定方法的效果，发现采用遗传算法整定的自抗扰控制器在风速波动和机组振动等干扰因素下表现出较好的鲁棒性和稳定性。
同时，通过对机组发电效率的统计和分析，发现采用自抗扰控制技术的机组在各种工况下均表现出较高的发电效率。
六、结论本文对风力发电变桨距自抗扰控制技术及其参数整定进行了深入研究和分析。
风力发电机组变桨距系统研究
风力发电机组变桨距系统研究作者：崔冉王维庆赵春平来源：《现代商贸工业》2008年第07期摘要：在国内外研究基础上分析了电动变桨距系统的结构，从机械和伺服驱动两部分分别研究了风力发电机组的电动变桨距系统，没计了以三相永磁同步电机为伺服电机的电动变桨距系统。
关键词：电动变桨距：伺服控制；三相永磁同步电机中图分类号：N1文献标识码：A文章编号：1672-3198（2008）07-0367-1 电动变桨距系统概述变桨距机构就是在额定风速附近(以上),依据风速的变化随时调节桨距角,控制吸收的机械能,一方面保证获取最大的能量(与额定功率对应),同时减少风力对风力机的冲击。
在并网过程中,变桨距控制还可实现快速无冲击并网。
变桨距控制系统与变速恒频技术相配合,最终提高了整个风力发电系统的发电效率和电能质量。
电动变桨距系统就是可以允许三个桨叶独立实现变桨，它提供给风力发电机组功率输出和足够的刹车制动能力。
这样可以避免过载对风机的破坏。
图1和图2分别是电动变桨距系统的布局图和电动变桨距系统的概念设计图。
三套蓄电池和轴控制盒以及伺服电机和减速机放置于轮毂处，每支桨叶一套，一个总电气开关盒放置在轮毂和机舱连接处，整个系统的通讯总线和电缆靠滑环与机舱的主控制器连接。
图3为电动变桨距系统的构成框图，主控制器与轮毂内的轴控制盒通过现场总线通讯，达到控制三个独立的变桨距装置的目的。
主控制器根据风速，发电机功率和转速等，把命令值发送到电动变桨距控制系统，并且电动变桨距系统把实际值和运行状况反馈到主控制器。
电动变桨距系统必须满足能够快速响应主控制的命令，有独立工作的变桨距系统，高性能的同步机制，安全可靠等的要求。
下面就分别从机械和伺服驱动两个部分介绍一下电动变桨距系统。
2 机械部分不同于液压驱动变桨距系统，电动变桨距系统采用三个桨叶分别带有独立的电驱动变桨距系统，机械部分包括回转支承，减速机和传动等。
减速机固定在轮毂上，回转支承的内环安装在叶片上，叶片轴承的外环固定在轮毂上。
风力发电机组电动变桨距系统的研究风力发电风电风电设备风
风力发电机组电动变桨距系统的研究风力发电风电风电设备风3．伺服驱动部分矢量操纵技术解决了交流电动机在伺服驱动中的动态操纵问题，使交流伺服驱动系统的性能可与直流系统相媲美，在某些情况下，甚至超过了直流系统的性能。
特别在20KW下列的功率范围内，精度有特殊要求的情况下，交流越来越要取代直流[4]。
在这种情况下，感应电动机，无刷直流电动机与三相永磁同步电动机各有特色。
3.1 三种伺服电动机的比较我们都明白，交流伺服驱动系统由下列三个部分构成：伺服电动机，驱动装置，操纵系统。
下面就从成本，功率密度，转矩/惯量，速度范围，转矩/电流，损耗，制动，转子位置传感器这几个方面进行比较[5]。
表1:三种伺服电动机的比较在图中，定子电流检测值iA，iB，iC，通过ABC轴系到dq旋转轴系得适量变换后，得到检测值iq与id。
由三相静止坐标系ABC到任意转速ω旋转两相坐标系dq的变换阵。
是永磁体基波励磁磁场链过定子绕组的磁链，关于三相永磁同步电动机是恒定值，通过面装式PWSM的电磁转矩公式能够得到转矩反馈值。
Pn 是极对数。
当电动机速度超过基值时，要进行弱磁操纵，需要加入id，因此id*要根据弱磁运行的具体情况而确定。
由iq*与id*与转子位置，通过dq旋转轴到ABC轴系的变换，得到三相定子电流命令值。
由任意转速ω旋转两相坐标系d、q到相静止坐标系ABC的变换阵。
4．结论本文对电动变桨距的结构与特点进行了介绍，着重对伺服驱动操纵部分进行了设计与分析，能够作为工程设计的初步参考，在具体的伺服操纵部分的研究工作需要进一步深入。
参考文献[1] E. A. Bossanyi. Adaptive pitch control for a 250kW Wind Turbine, Proc. British Wind Energy Conference.1986,pp.85-92[2] Iqbal, M. T. Coonick, A. and Ereris, L. L. Dynamic control options for variable speed wind turbines. Wind Engineering. 1994, 18 (1), pp.1-12[3] Xin Ma. Adaptive extremum control and wind turbine control. PhD thesis. Technical University of Denmark．1997[4] 吴安顺．最新有用交流调速系统．机械工业出版社．1998[5] 陈伯时．交流调速系统机械工业出版社．1997[6] 冯国楠．现代伺服系统的分析与设计．北京：机械工业出版社，1990。
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风力发电机组变桨距系统研究
在国内外研究基础上分析了电动变桨距系统的结构，从机械和伺服驱动两部分分别研究了风力发电机组的电动变桨距系统，没计了以三相永磁同步电机为伺
服电机的电动变桨距系统。
标签：电动变桨距：伺服控制；三相永磁同步电机
1 电动变桨距系统概述
变桨距机构就是在额定风速附近(以上),依据风速的变化随时调节桨距角,控制吸收的机械能,一方面保证获取最大的能量(与额定功率对应),同时减少风力对风力机的冲击。
在并网过程中,变桨距控制还可实现快速无冲击并网。
变桨距控制系统与变速恒频技术相配合,最终提高了整个风力发电系统的发电效率和电能
质量。
电动变桨距系统就是可以允许三个桨叶独立实现变桨，它提供给风力发电机
组功率输出和足够的刹车制动能力。
这样可以避免过载对风机的破坏。
图1和图2分别是电动变桨距系统的布局图和电动变桨距系统的概念设计图。
三套蓄电池和轴控制盒以及伺服电机和减速机放置于轮毂处，每支桨叶一套，一个总电气开关盒放置在轮毂和机舱连接处，整个系统的通讯总线和电缆靠滑环
与机舱的主控制器连接。
图3为电动变桨距系统的构成框图，主控制器与轮毂内的轴控制盒通过现场总线通讯，达到控制三个独立的变桨距装置的目的。
主控制器根据风速，发电机功率和转速等，把命令值发送到电动变桨距控制系统，并且电动变桨距系统把实
际值和运行状况反馈到主控制器。
电动变桨距系统必须满足能够快速响应主控制的命令，有独立工作的变桨距系统，高性能的同步机制，安全可靠等的要求。
下面就分别从机械和伺服驱动两
个部分介绍一下电动变桨距系统。
2 机械部分
不同于液压驱动变桨距系统，电动变桨距系统采用三个桨叶分别带有独立的电驱动变桨距系统，机械部分包括回转支承，减速机和传动等。
减速机固定在轮毂上，回转支承的内环安装在叶片上，叶片轴承的外环固定在轮毂上。
当电驱动变桨距系统上电后，电动机带动减速机的输出轴小齿轮旋转，而且小齿轮与回转支承的内环啮合，从而带动回转支承的内环与叶片一起旋转，实现了改变桨距
角的目的。
图4就是机械传动示意图。
图4 机械传动示意图
制动装置的特点是空气动力学制动刹车单独由变桨距控制，桨叶获得充分的刹车作用。
即使一个桨叶刹车制动失败, 其它二个叶片也可以安全结束刹车的过程，提高了整个系统的安全性。
制动系统还装备了备用电源，提供给故障或者维
修时候可以快速准确地收回桨叶。
3 伺服驱动部分
矢量控制技术解决了交流电动机在伺服驱动中的动态控制问题，使交流伺服驱动系统的性能可与直流系统相媲美，在某些情况下，甚至超过了直流系统的性能。
特别在20KW以下的功率范围内，精度有特殊要求的情况下，交流越来越要取代直流。
在这种情况下，感应电动机，无刷直流电动机和三相永磁同步电动
机各有特色。
3.1 三种伺服电动机的比较
我们都知道，交流伺服驱动系统由以下三个部分组成：伺服电动机，驱动装置，控制系统。
下面就从成本，功率密度，转矩/惯量，速度范围，转矩/电流，
损耗，制动，转子位置传感器这几个方面进行比较。
以上就是对三种伺服电动机的比较，基于风力发电机组电动变桨距系统的特点和安全要求，综合三种伺服电动机的特点考虑，拟采用三相永磁同步电动机作
为电动变桨距系统的伺服电动机。
3.2 电动变桨距伺服系统
虽然三相永磁同步电动机在一些方面不尽如人意，但是它的电机结构简单，维护方便，只有定子线圈发热，容易实现高速，较容易实现快速制动。
特别对于
风机而言，周围环境恶劣复杂，这样特别适用于三相永磁同步电动机。
三相永磁同步电动机交流伺服系统大致有四部分组成：三相永磁同步电动
机，速度和位置传感器，变频器，控制器。
三相永磁同步电动机主要由转子和定子组成，在转子上装有特殊材料形状的永磁体，用以产生恒定磁场，没有励磁绕组。
定子上有三相电枢绕组，接可控的
变频电源。
对于三相永磁同步电动机来说，实际上，检测电动机的转子旋转速度，磁极
位置和系统的定位控制三个功能要采用绝对式光电编码器。
逆变器输出频率可调的交流电，输入到电枢绕组中。
PWM回路以一定的频率产生出触发功率器件的控制信号，使功率逆变器的输出频率和电压保持协调关系，并使流入电枢绕组中的交流电流保持严格正弦性。
另外，电动变桨距的三个伺服驱动器必须在其内部实现精确的同步功能，要求之间的通讯必然要达到系统
的整体精度要求。
在控制回路中一共有三个控制环：位置环，速度环，转矩环。
一般情况下，位置环采用比例控制规律，速度环采用比例积分控制规律，转矩环采用空间矢量控制。
当然，位置控制主要是达到精确的位置控制，速度环要实现快速的跟踪，电流环实现快速的动态响应。
在电动变桨距伺服控制中，主控制器给出位置命令值，与位置反馈进行比较，位置调节器的输出就是速度调节器的输入，进行比例积分，速度调节器输出转矩命令值，与反馈值比较后，差值送到转矩调节器中，输出就是转矩电流给定值，并且把电流指令矢量控制在与磁极所产生的磁通相正
交的空间位置上，达到转矩控制。
在图5中，定子电流检测值iA，iB，iC，经过ABC轴系到dq旋转轴系得适量变换后，得到检测值iq和id。
是永磁体基波励磁磁场链过定子绕组的磁链，对于三相永磁同步电动机是恒
定值，通过面装式PWSM的电磁转矩公式可以得到转矩反馈值。
Pn是极对数。
当电动机速度超过基值时，要进行弱磁控制，需要加入id，所以id*要根据弱磁运行的具体情况而确定。
由iq*和id*和转子位置，通过dq旋转轴到ABC轴系的变换，得到三相定子电流命令值。
由任意转速ω旋转两相坐标系d、q到相静止坐标系ABC的变换阵。
4 结论
本文对电动变桨距的结构和特点进行了介绍，着重对伺服驱动控制部分进行了设计和分析，可以作为工程设计的初步参考，在具体的伺服控制部分的研究工作需要进一步深入。
参考文献
［1］ E. A. Bossanyi. Adaptive pitch control for a 250kW Wind Turbine, Proc. British Wind Energy Conference.1986,pp.85-92.
［2］Iqbal, M. T. Coonick, A. and Ereris, L. L. Dynamic control options for variable speed wind turbines. Wind Engineering. 1994, 18 (1), pp.1-12.
［3］Xin Ma. Adaptive extremum control and wind turbine control. PhD thesis. Technical University of Denmark．1997.。