风力发电变桨距控制系统研究
变桨距调节的工作原理
变桨距调节的工作原理首先，风速测量是变桨距调节的基础。
在风力发电机组中，通常会安装一个或多个风速传感器，用于实时测量周围的风速。
这些风速传感器可以采用多种测量原理，如超声波、热线、风口压力差等。
测得的风速数据会传输给风力发电机组的主控制系统，供桨距控制使用。
桨距控制是变桨距调节的核心部分。
主控制系统会根据风速传感器测得的风速数据，通过对桨距的调节，控制叶片在不同风速下的角度，进而控制发电机的输出功率。
当风速较低时，桨距会被调整为较大的角度，以便最大程度地捕捉到风能；当风速较高时，桨距会被调整为较小的角度，以减小叶片的阻力，保护风力发电机组的安全运行。
桨距的调节通常是通过使用液压或电动机驱动的调节机构来实现的。
在液压调节系统中，主控制系统会根据风速数据发送信号给液压系统，液压系统会通过液压缸或液压马达等执行机构，调节叶片的角度。
而在电动机驱动的调节系统中，主控制系统会直接控制电动机的转速，电动机则通过传动装置来驱动叶片调节机构，实现桨距的调节。
无论采用何种调节机构，都需要通过精确的控制算法来准确地调节桨距角度，以确保发电机组的高效运行。
传动系统是实现桨距调节的关键。
桨距的调节需要通过传动装置将控制力传递给叶片。
传动系统通常由多个齿轮、轴承和传动带等组成，它的设计和制造需要满足高强度、高稳定性和低噪音等要求。
传动系统的稳定性对于保证叶片的桨距调节准确性至关重要，同时还需要耐受风力的冲击和振动等恶劣环境下的工作条件。
总之，变桨距调节通过风速测量、桨距控制和传动系统三个方面的工作原理，实现了风力发电机组叶片角度的自动调节，从而优化了发电机的发电效率。
这种技术的应用不仅提高了风力发电系统的能量利用率，也增强了其在可再生能源领域的竞争力，对于可持续能源的发展具有重要意义。
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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风力发电机组变桨系统毕业论文
风力发电机组变桨系统的维护与检修毕业顶岗实习报告书专业: 电力系统自动化技术（风电方向）班级：姓名:顶岗实习单位: 金风科技股份有限公司校外指导师傅：校内指导教师:报告完成日期：新疆农业大学2015年6月风力发电机组变桨系统的维护与检修学生姓名：专业班级：学生诚信签名：完成日期:指导教师签收：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.可靠、高效的风力发电系统的研发己经成为新能源技术领域的热点。
然而，因为风能具有不稳定性、能量密度低和随机性等特点，同时风电厂通常位于偏远地区甚至海上，自然条件比较恶劣，因此要求其控制系统必须能够实现自动化运行,并且要求控制系统有高可靠性。
所以对风力发电机组尤其是大型风电机组的控制技术及风力发电后期的维护和检修就具有相当重要的意义.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，变桨距风机的维护和检修，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：变桨距控制，维护,检修目录一顶岗实习简历 (1)二顶岗实习目的 (1)三顶岗实习单位简介 (2)四顶岗实习内容 (3)第一章变桨距系统 (3)1。
1变桨距与定桨距 (5)1。
1.1定桨距 (5)1。
1。
2 变桨距 (5)1.1.3定桨距与变桨距的比较 (5)1。
2 变桨距控制过程 (7)1.3 变桨距风力机组的运行状态分析 (8)1.3.1 启动状态 (8)1.3。
2 欠功率状态 (8)1.3。
3 额定功率状态 (8)1.4 变桨距控制的特点 (9)1.4.1 输出功率特性 (9)1.4.2 风能利用率 (9)1.4.3 额定功率 (9)1.4.4 启动与制动性能 (9)1。
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性，一旦大部分叶片失速，就没有足够的变桨距调节来控制转矩。
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。
双馈异步风力发电系统变桨距控制技术研究
双馈异步风力发电系统变桨距控制技术研究在环境污染、全球都提倡节能减排的形势下,风能作为清洁型可再生能源之一,其开发利用已受到全世界的广泛关注,市场前景广阔。
在各国大力发展风力发电技术之际,变桨距控制技术已成为研究的热点之一。
本文以双馈式风力发电系统(DFIG)为研究对象,对兆瓦级风电机组电动变桨距控制进行了全面的理论分析和仿真验证,围绕变桨距控制策略和变桨距伺服系统两方面进行研究,主要工作如下:(1)在桨叶空气动力学分析的基础上,建立风能捕获、气动功率,气动转矩等重要状态变量的数学模型,并通过机理建模的方式搭建与变桨距技术相关的各子系统数学模型,包括风轮模型、传动链模型。
(2)通过分析风力发电系统运行原理和控制要求,提出了不同工段风力机变桨距控制策略。
针对额定风速以下和额定风速以上分别建立了最大功率追踪算法(MPPT)和模糊自适应PID控制算法,并设计了基于以上两种算法模糊切换的全风速段双模变桨距控制器。
相比传统单一PID控制,双模变桨距控制器对全风速段的适应性更好,在低风速段,能获得最佳风能捕捉,在高风速段,能够获得更稳定的功率输出。
(3)通过对桨叶负载分析计算,为电动变桨距执行机构主要部件选型提供了理论依据。
设计了基于矢量控制的永磁同步电机三闭环变桨距伺服系统,针对传统矢量控制中d-q轴电流不完全解耦造成的变桨电机转矩/电流波动,提出了电压前馈解耦型变桨距方案,经Simulink仿真验证,改进后的变桨距伺服系统具有桨距角位置跟踪能力强、变桨负载动态响应快的特点。
《2024年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、引言随着可再生能源的快速发展，风力发电已成为重要的清洁能源之一。
风力发电技术的关键之一是变桨距控制技术，其能够根据风速变化调整风力机桨叶的角度，以实现最佳的风能捕获和能量转换。
然而，由于风速的随机性和不确定性，传统的控制方法往往难以满足高精度的控制要求。
因此，研究风力发电变桨距自抗扰控制技术及其参数整定具有重要的理论意义和实际应用价值。
二、风力发电变桨距自抗扰控制技术研究（一）自抗扰控制理论概述自抗扰控制是一种先进的控制策略，通过非线性组合多种信号以减小系统的误差，并对不确定性的影响进行有效抑制。
自抗扰控制器通常由跟踪微分器、扩张状态观测器和状态误差的非线性组合三部分组成。
这种控制方法具有良好的动态性能和抗干扰能力，在非线性系统中有很好的应用前景。
（二）风力发电变桨距自抗扰控制技术应用在风力发电系统中，变桨距自抗扰控制技术通过实时调整桨叶的角度，以适应不同的风速条件。
在风速较低时，桨叶角度较小，以捕获更多的风能；在风速较高时，通过增大桨叶角度来减小风力机的气动负荷，保护设备免受过大负荷的损害。
自抗扰控制技术通过实时监测和调整，实现对风速的快速响应和精确控制。
三、参数整定方法（一）参数整定的必要性风力发电系统的变桨距自抗扰控制器的性能与其参数的整定密切相关。
参数的合理设置可以有效地提高系统的稳定性和动态响应能力。
因此，针对不同的风力发电系统，需要进行相应的参数整定工作。
（二）参数整定方法1. 理论计算法：根据系统的数学模型和性能指标，通过理论计算确定参数的初始值。
这种方法需要深入理解系统的动态特性和控制策略。
2. 试验法：通过在真实的风力发电系统中进行试验，根据试验结果调整参数，以达到最佳的控制系统性能。
这种方法需要大量的试验数据和经验。
3. 智能优化算法：利用智能优化算法如遗传算法、粒子群算法等对参数进行优化。
这种方法可以快速找到最优参数组合，但需要较高的计算资源和时间。
风力发电机组变桨距控制策略
2023-11-10CATALOGUE 目录•风力发电机组简介•变桨距控制策略的基本理论•变桨距控制策略的实现方法•变桨距控制策略的优化方法•变桨距控制策略在实际中的应用及案例分析01风力发电机组简介风力发电机组的基本构造风力发电机组的核心部件，由叶片和轮毂组成，用于捕捉风能并将其转化为机械能。
风轮齿轮箱发电机塔筒连接风轮和发电机的重要部件，将风轮的转速提升到发电机所需的速度。
将机械能转化为电能的重要部件，由定子和转子组成。
支撑风轮和发电机的高耸结构，通常由钢铁或混凝土制成。
风力发电机组通过旋转的风轮捕捉风的动能，并将其转化为机械能。
风的捕捉机械能的转化电能的产生机械能通过齿轮箱的传递，将转速提升到发电机所需的速度。
发电机将机械能转化为电能，通过电缆输送到电网。
03风力发电机组的运行原理0201按风向分类水平轴风力发电机组和垂直轴风力发电机组。
水平轴风力发电机组的风轮轴与地面平行，而垂直轴风力发电机组的风轮轴与地面垂直。
风力发电机组的分类按容量分类小型、中型和大型风力发电机组。
小型风力发电机组的功率通常在几百瓦到几千瓦之间，中型风力发电机组的功率在几兆瓦到几十兆瓦之间，而大型风力发电机组的功率通常在几百兆瓦到几兆瓦之间。
按运行原理分类恒速风力发电机组和变速风力发电机组。
恒速风力发电机组的风轮转速保持不变，而变速风力发电机组的风轮转速可以根据风速进行调整。
02变桨距控制策略的基本理论变桨距控制是一种用于调节风力发电机组功率输出的技术，通过改变桨叶的桨距角实现对风能捕获的优化控制。
在风速较高时，通过减小桨距角增加风能捕获，以提升发电机组的功率输出；在风速较低时，通过增大桨距角减小风能捕获，以避免过度捕获风能导致发电机组振动和疲劳损坏。
变桨距控制的概念和意义变桨距控制系统的基本结构变桨距控制系统主要由传感器、控制器和执行器组成。
传感器负责监测风速、风向和发电机组运行状态；控制器根据传感器信号和预设的控制逻辑对执行器进行指令输出；执行器根据指令调整桨叶的桨距角。
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毕业论文风力发电变桨距控制系统研究学生姓名：XXXX学号：XXXXXX 系部：自动化专业：自动化指导教师：XXXXX二〇一一年六月诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。
本人签名：年月摘要能源、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。
可靠、高效的风力发电系统的研发己经成为新能源技术领域的热点。
然而，因为风能具有不稳定性、能量密度低和随机性等特点，同时风电厂通常位于偏远地区甚至海上，自然条件比较恶劣，因此要求其控制系统必须能够实现自动化运行，并且要求控制系统有高可靠性。
所以对风力发电机组尤其是大型风电机组的控制技术的深入研究就具有相当重要的意义。
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AbstractEnergy and environment is the human survival and development of the pressing problems which should be solved. The traditional fossil fuel can solve the energy shortage, but give environment caused the most damage, and wind have clean, renewable and low cost, so its advantages by world attention.Reliable and efficient wind power generation system research and development have already become the hot new energy technologies. However, because the wind is instability, energy density characteristics such as low and randomness, and wind power plant are usually located in remote areas and even at sea, natural condition is poor, so ask its control system must be able to realize automatic operation, and asked for the control system had high reliability. So for WTG especially large wind generator control technology research is of vital significance.This paper firstly in the principle of wind power generation, based on the study of the wind generator from getting away from a wind turbine propeller air dynamics research, analyses from the basic control variable OARS, coupled with the current domestic law change from the mainstream of the OARS were designed control technology from control hydraulic change propeller, electric control scheme of variable propeller from last, based on this, advances a more ideal control strategy - half oar active stall control.Keywords: Wind power, From control variable oar ,Servo system目录第一章绪论 (1)1.1风能 (1)1.2风能发电的历史与现状 (2)1.3风力发电技术的发展 (3)1.4风力发电的前景 (4)1.5本章小结 (5)第二章风力发电机组概述 (6)2.1风力发电的原理 (6)2.2风力发电机组的组成 (6)2.3风电机组的分类 (7)2.3.1 按功率控制方式分类 (8)2.3.2 按发电机控制方式分类的风力机组 (8)2.4风力发电控制系统简介 (9)2.4.1 变桨距系统 (10)2.4.2 偏航系统 (11)2.4.3 制动系统 (11)2.5本章小结 (12)第三章风力发电变桨距控制系统简介 (13)3.1风力发电的空气动力学基础 (13)3.2贝茨理论 (13)3.3风轮机 (15)3.4风轮机的特性系数 (15)3.5变桨距与定桨距 (16)3.5.1 定桨距 (16)3.5.2 变桨距 (17)3.5.3 定桨距与变桨距的比较 (17)3.6变桨距控制过程 (18)3.7变桨距风力机组的运行状态分析 (19)3.7.1 启动状态 (19)3.7.2 欠功率状态 (19)3.7.3 额定功率状态 (20)3.8变桨距控制的特点 (20)3.8.1 输出功率特性 (20)3.8.2 风能利用率 (20)3.8.3 额定功率 (21)3.8.4 启动与制动性能 (21)3.8.5 对机械部件的影响 (21)3.9本章小结 (21)第四章变桨距控制系统的设计 (22)4.1所涉及设备介绍 (23)4.1.1 GE PAC SysteRX3i控制器简介 (23)4.1.2 PAC Systems RX3i性能 (24)4.1.3 PACSystems RX3i模块简介 (24)4.1.4 运动模块DSM324i介绍 (25)4.1.5 伺服电机选型 (27)4.2方案设计 (28)4.3液压变桨距控制系统设计 (28)4.3.1 液压变桨距控制系统 (28)4.3.2 液压变桨距结构 (28)4.3.3 变桨控制系统的设计 (29)4.4液压变桨距控制系统评估 (33)4.5电动变桨距控制系统设计 (33)4.5.1 独立变桨距控制分析 (34)4.5.2 统一变桨控制系统 (38)4.6电动变桨距软件设计 (39)4.7电动变桨距系统评估 (41)4.8液压变桨距与电动变桨距的比较 (42)4.9最佳控制思想 (42)总结 (43)参考文献 (44)致谢 (44)附录 (45)第一章绪论1.1风能随着全球经济的迅速发展和人类生活水平的日益提高，对能源的需求越来越大。
化石燃料是人类最早利用的能源之一。
从18世纪开始，即随着英国产业革命的发生和发展，化石资源—最先是煤炭，然后是石油和天然气，就逐步替代柴草进入人类社会生活的各个方面，并有力地推动着社会生产力的发展。
虽然到目前为止，石油、天然气和煤炭等化石能源仍然是世界经济的能源支柱，然而化石资源的有限性和对环境的危害性，已经日益地威胁着人类社会的安全和发展。
充足的能源、洁净的环境是经济持续发展的基础条件。
1996年联合国环境署报告指出：从现在到2020年，全球能源消耗将比现在增长50%到100%，由此造成温室效应的气体排放将会增加45%到90%，从而会带来灾难性后果。
为了制止地球的温暖化，为了人类尽快走出燃碳时代，构建一个稳定的可持续发展的社会，各国正掀起一股追求不排放CO2，不污染环境、清洁发电的热潮。
太阳能、风能、水能、潮汐能等都是可再生的清洁能源，其中以风能利用的技术最为成熟，最为广泛。
风能利用的最主要型式就是风力发电，风是风力发电的原动力，它是由于太阳照射到地球表面各处受热不同，产生温差引起大气运动形成的。
据理论计算全球大气中风能总的能量是1017kW，而且是可再生的，估计大约有3.5×1012kW的蕴藏风能可以被开发利用，这个价值至少比世界上可利用的水能大10倍，而且风取之不尽，用之不竭，不存在资源衰竭问题，同时在风能的转换过程中，基本不消耗化石能源，因而不会对环境构成严重威胁。
尽管从全能量系统的观点来看，在风电设备及其原材料的生产、制造和安装过程中需要消耗一定的化石能源，进而对环境构成一定的污染，但其排放量相对于风力机发出的电力而言则是微不足道的。
从表1.1可以看出风力发电具有显著的环保效益。
据专家计算，风力发电每1kW/时一般可以减少消耗0.31～0.34kg标准煤，同时还会减少排放CO2 0.835～0.93kg，以及一定数量的NO2，SO2及粉尘灰碴等。
CO2会导致温室效应，空气中的NO2和SO2会产生酸雨，粉尘污染空气，灰碴需占用土地堆放和处理。
而风力发电则不同其作为绿色能源的一种，己深受全世界的重视。
正如美国著名学者、美国地球政策研究所所长莱斯特·布朗在他的新书《B模式》中指出：我们要提倡风力发电，由于风能非常丰富、价格非常便宜、能源不会枯竭；又可以在很大范围内取得非常干净，没有污染，不会对气候造成影响。
目前，还没有任何一种能源有这么多的优点。
因此风能是一种对环境和人类都友好的真正的无污染的能源，其是改变全球能源与环境冲突的最有效方式之一，而这其中以风力发电最为广泛。
表1.1 不同能源对环境影响对比表1.2风能发电的历史与现状世界上第一个利用风力发电的国家是丹麦。
1890年，丹麦制造了人类社会第一台风力发电机。
到1910年时，已有几百台5~25kW的风力发电机组在丹麦运行。
同年荷兰、美国等国家也都有风力机发电机组的运行。
风力发电的应用最初在边远地区，应用的方式主要有：①单独使用小型风力发电机，供家庭住宅使用；②风力发电机与其它电源联用，可为海上导航设备和远距离通信设备供电；③并入地方孤立小电网，为乡村供电。
在此后的一段时间内，由于风力机机械故障频发和发电成本较高，而且石油价格下降、能源供应状况好转，因而风力发电并没有得到足够的重视，几乎没有得到什么发展。