变桨距风力发电机组控制系统方案
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。
变桨距机组的控制技术
变桨距机组的控制技术本文对变桨距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、变桨距机组控制系统的特点从空气动力学角度考虑，当风速过高时，只有通过调整桨叶节距，改变气流对叶片的攻角，从而改变风力发电机组获得的空气动力转矩，才能使功率输出保持稳定。
同时，风力机在启动过程中也需要通过改变节距来获得足够的启动转矩。
采用变桨距机构的风力发电机组可使桨叶和整机的受力状况大为改善，这对大型风力发电机组的总体设计十分有利。
目前已有多种型号的变桨距600kW级风力发电机组进入市场。
其中较为成功的有丹麦VESTAS的V39/V42-600kW机组和美国Zand的Z 40-600kW机组。
从今后的发展趋势看，在大型风力发电机组中将会普遍采用变桨距技术。
变桨距风力发电机组又分为主动变桨距控制与被动变桨距控制。
主动变桨距控制可以在大于额定风速时限制功率，这种控制的实现是通过将每个叶片的部分或全部相对于叶片轴方向进行旋转以减小攻角，同时也减小了升力系数。
被动变桨距控制是一种令人关注的可替代主动变桨距限制功率的方式，其思路是将叶片或叶片的轮毂设计成在叶片载荷的作用下扭转，以便在高风速下获得所需的节距角。
但因为所必需的叶片随风速变换而扭转的变化量一般并不与叶片相应的载荷变化相匹配，所以很难实现。
对于独立运行的风力发电机组，发电量的最大化不是主要目标，被动变桨距控制方案有时候被采用，但是这一概念在并网运行的风力发电机组中尚未应用。
变桨距控制主要是通过改变翼型迎角变化，从而使翼型升力变化来进行调节的。
变桨距控制多用于大型风力发电机组。
变桨距控制是通过叶片和轮毂之间的轴承机构转动叶片减小迎角，由此来减小翼型的升力，以达到减小作用在风轮叶片上的扭矩和功率的目的。
变桨距调节时叶片迎角可相对气流连续地变化，以便得到风轮功率输出达到希望的范围。
在90°迎角时是叶片的顺桨位置。
在风力发电机组正常运行时，叶片向小迎角方向变化从而限制功率，一般变桨距范围为90°～100°。
风力发电机组及应用：第六章变桨距系统
变桨系统分布结构
变桨电机1
90度限位开关 0度接近开关
旋转编码器 电磁刹车 动力电源线
变桨柜1
滑环
连接器
变桨电机2
90度限位开关 0度接近开关
旋转编码器 电磁刹车 动力电源线
变桨柜1
变桨电机3
90度限位开关 0度接近开关
旋转编码器 电磁刹车 动力电源线
变桨柜1
变桨系统驱动原理
状态 自动/手动切换
编 码 电机 器
机械部分
减速比 减速机
回转支承 及小齿
叶片 齿数比
回转支承内齿圈
变桨距系统
电动变桨距伺服系统
电动变桨距系统就是可以允许三个叶片独立实现变桨，它
提供给风力发电机组功率输出和足够的支承刹外圈车制动能力，这样可
以避免过载对风机的破坏。
传感器
内齿圈
放大器
内
齿
实现对叶片 的节距角的
位置1：变桨限位撞块与变桨轴承连接时定位导向 螺钉孔。
位置2：顺桨接近撞块安装螺栓孔，与变桨限位撞 块连接。
位置3：变桨限位撞块安装螺栓孔，与变桨轴承连 接。
极限工作位置撞块和限位开关
变桨超级电容
❖ 型号：4-BMOD2600-6 ❖ 额定电压：60VDC ❖ 总容量：125F ❖ 总存储能量：150kJ ❖ 四组串联 ❖ 单组电容电压：16VDC ❖ 单组电容容量：500F
第六章 变桨系统
变桨系统
液压驱动 变桨系统
电动驱动 变桨系统
变桨控制器
变桨系统维护
变桨距系统
变桨距系统是对叶片的桨距角进行调解以控制风轮对风 能吸收的装置。
作用：
❖当风机启动时，可以通过变桨距来获得足够的启动转 矩；
风力发电机组变桨控制系统设计
风力发电机组变桨控制系统设计摘要：随着“低碳”这个名词走进人们的生活，大家对可再生能源的关注度日益增大。
随着煤、石油的大量开采，能源问题引起了世界各个国家的警惕，可再生洁净能源尤其风能开始受到人们的重视，风力发电得到了飞速发展，风力发电机在结构和控制都在逐渐完善，变桨距风力发电机组占着主导地位并将慢慢取代定桨距风力发电机组"。
本文主要研究了风电机组变桨距机构。
关键词：风力发电；变桨控制；定量控制1、绪论1.1研究背景，目的及意义1.1.1研究背景大规模利用风能等可再生能源已成为世界各国应对气候环境变化的重要议题。
从十六世纪人类利用风能抽水碾磨到二十世纪利用风能发电，从单桨叶风力发电机组到多桨叶风力发电机组，从垂直轴风力机到1957年第一台200kW水平轴并网风力发电机组的诞生，人类开发利用风能的技术取得了长足的进步。
目前，风力发电技术相对成熟，具备了大规模商业开发的条件，因此受到各国的普遍重视，已经逐步发展成为成熟的产业l。
截止到2010年底，世界各国风力发电机组装机总容量已超过196，630MW，是2000年的12倍。
十年来，全球风力发电的年平均增长率一直保持在29%左右，2010年仅新增装机容量就达37，580MW。
在风能资源开发技术方面，使国内风力发电机组的设计、制造和技术管理运营达到国际水平。
为此，国家积极出台多项可再生能源法，为发展风力发电等新能源提供了政策上的保障。
当前，发展风电的趋势已势不可挡，风电产业正在迎接一个新的发展时期。
目前风力发电技术的主要发展方向是，研究如何提高风力发电机组单机的装机容量、机组的发电效率和系统的可靠运行等几方面。
随着机组单机容量的不断增大，对风力发电系统变桨、变速调节技术，因其在不同风况时能够获得更高的风能转换效率，可以更好的稳定系统能量输出，且摆脱并网要求对机组的转速限制，因而逐渐占据了风力发电的主导地位。
1.1.2研究目的和意义为了在发展中既能提高经济效益，又能降低单位千瓦成本，风力发电机组单机容量正向着大型化的方向改进。
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。
基于PLC平台的风电机组变桨控制系统设计
欧姆龙Ｐ Ｌ Ｃ 作为机组变桨距控制器实现了变桨系统的主要功能，采 用其编程软件实现了机组变桨距系统 的所有控制算法。当实际风速大 于启动风速时 ，变桨控制器 动作 ，减小桨距角到设定位置；当实际风 速大于额定风速时，变桨控 制器调节桨距角使输 出功率稳定在 额定功 率 附近 ；急停或者停机等故障信 号产生时 ，变桨控制器控制液压 系统 动作立即拖动叶片实现全顺桨 。 图２ 为风 电机组变桨 系统控制流程 图。当风 速风向仪检测到风速 大于启动风速时 ，变桨Ｐ Ｌ Ｃ 控 制叶片从９ Ｏ 。桨距角 以１ 。／ ｓ 的速度 减小 至ｌ ０ 。；同时若检测到主轴转速在８ ｒ ａ ｄ ／ ｓ 以上 ，则继续转动叶片至３ 。 桨距角位置 ；此时再检测主轴转速是否满足并网条件，如果转速大于 ｌ Ｏ ｒ ａ ｄ ／ ｓ 并维持１ Ｏ 分钟 以上，则发 电机并网发 电，否则调节叶片退至桨 距角 １ ０ 。位置 。风速大于额定风速 时，功率调节在机组变桨系统中至 关重要，为 改善控制效果，采用模糊Ｐ Ｉ Ｄ 算法作为该风速段 的变桨距控 制器算法核心 。模糊Ｐ Ｉ Ｄ 控制器根据实 际测量功率与给定功率的偏 差ｅ 及其变化率ｅ ｃ ，调节Ｐ Ｉ Ｄ 控制参数中比例系数Ｋ ｐ 、积分系数Ｋ ｉ 和微分系 数Ｋ ｄ 。加入模糊控制算法 的Ｐ Ｉ Ｄ自适应控制器具有较强的稳定性和鲁棒 性 ，并 在非 线 性 系 统 中体 现 了较 好 的 适应 性 。
图２ 变桨系统 控制流程
采 用 欧姆 龙 公 司 的Ｃ Ｊ Ｉ Ｍ 系 统Ｐ Ｌ Ｃ 作 为 平 台设 计 变 桨 控制 器 。发 电机
的功率信号 由功率 传感器 以模拟量信号 （ Ｏ ～ｌ Ｏ Ｖ 对应功率０ ￣８ ０ ０ Ｋ Ｗ ） 输入到Ｐ Ｌ Ｃ ，桨 距 角 信 号 也 以模 拟 量 信 号 （ ０ ～ｌ ０ Ｖ对 应 桨距 角 ０ ～９ Ｏ 。）输入到Ｐ Ｉ Ｊ Ｃ 模拟量输入单元 ，液压传感器信号同样 以模拟量 形式输入Ｐ Ｌ Ｃ 。模拟量输入单元选用Ｃ Ｊ Ｉ Ｗ － Ａ Ｄ ０ ４ １ ，模拟量输 出单元选用 Ｃ Ｊ １ Ｗ — Ｄ Ａ ０ ２ １ ，输 出信 号范围为一 ｌ Ｏ Ｖ ￣＋ ｌ Ｏ Ｖ ，信号输 出给 比例 阀用来控 制变桨速度。选用高速计数单元Ｃ Ｊ Ｉ Ｗ － Ｃ Ｔ ０ ２ １ 用来记录发电机 的转速 。
变桨距风力发电机组控制系统方案
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 3.控制系统的执行机构 4.变桨距风力发电机组的模型 5. 对风力发电技术的展望
控制系统的执行机构 本系统采用的是电动变桨距机构，电动变桨距机 构可采用伺服电机对每个桨叶进行单独调节。伺 服电机通过主动齿轮与桨叶轮毂内齿圈相啮合， 直接对桨叶的节距角进行控制。位移传感器采集 桨叶节距角的变化从而构成闭环控制。在系统出 现故障或控制电源断电时，电机由蓄电池等储能 装置供电将桨叶调为顺桨位置。
变桨距风力发电机组控制系统的 研究
付冬梅
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 3.控制系统的执行机构 4. 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特点
1.机组的特点
1
改善机组的受力， 优化功率输出 （与发电机转差 率调节配合） .
2
比定桨距风力机 额定风速低、效 率高；且不存在 高于额定风速的 功率下降问题 .
变桨距控制系统
3.变桨距控制
额定功率 风速
+
-
功率 控制器A
+ -
+ -
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
+
-
功率 控制器B
转子电流 执行器
发电功率
b、功率控制器A并网后执行变桨到最大攻角，低于额定功率（额定风速）时控制 器输出饱和，攻角最大；高于额定风速后进入恒功率控制；引入风速前馈通道， 超过额定风速后，当风速变化时起到快速补偿作用。 c、功率控制器B低于额定风速调节转差率“实现”最佳叶尖速比调节，即风速增 加转差率增大；高于额定风速时配合功率控制器 A维持功率恒定。原理是风速出 现波动时，由于变桨调节的滞后使驱动功率发生波动，调节转差率（转子电流） 使机组转速变化而维持功率恒定，利用风轮储存和释放能量维持输入与输出功率 的平衡。
变桨控制系统设计
变桨控制系统设计桨控制系统是飞机、船舶、风力发电机组等设备的关键部分，对设备的安全和性能起着重要作用。
本文将结合实际应用需求，对桨控制系统的设计进行详细阐述。
1.需求分析首先进行需求分析，明确桨控制系统的基本功能和技术要求。
在航空领域中，桨控制系统需要能够实现起飞、飞行、着陆等各个阶段的控制；在航海领域中，桨控制系统需要能够实现航向控制、速度控制等功能。
同时，桨控制系统需要满足高可靠性、高精度、低延迟等技术要求。
2.系统设计系统设计包括硬件设计和软件设计两个方面。
2.1硬件设计硬件设计主要包括选择合适的传感器、执行器以及控制器等元件。
传感器用于对飞行状态、环境变量进行监测，例如温度、湿度、气压、加速度、陀螺仪等等。
执行器用于控制桨叶的位置、速度，例如舵机、液压缸等。
控制器是整个系统的核心，负责接收传感器反馈信号，根据预设的控制算法生成控制信号，驱动执行器实现桨叶的准确控制。
2.2软件设计软件设计是指编写控制算法和系统逻辑的过程。
控制算法需要根据飞行或航行的特性进行选择和优化，例如PID控制算法、模糊控制算法、自适应控制算法等。
系统逻辑设计需要考虑到系统的可靠性和安全性，设置合理的系统保护和故障诊断机制。
3.性能仿真与优化对于桨控制系统的设计，需要进行性能仿真与优化，以确保系统能够满足设计要求。
通过建立系统数学模型，利用仿真软件进行动力学模拟，评估控制算法的稳定性和鲁棒性，并进行参数优化，提高系统响应速度和控制精度。
4.硬件实现与调试在完成系统设计和性能优化后，需要进行硬件实施与调试。
按照设计方案进行硬件搭建，连接传感器和执行器，并通过实验平台进行系统调试。
在调试过程中，检查硬件电路连接是否正确，确保传感器数据采集准确，执行器响应良好，保证系统的正常运行。
5.实际应用在完成硬件实现和调试后，将桨控制系统应用到实际设备中。
根据具体应用领域和需求，进行系统参数调整和优化，确保系统在实际工作环境下稳定可靠。
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变桨距控制系统 变桨距执行系统
变桨给定 D/A 转换器 校正环节 A/D 转换器 位移 传感器
活塞位移
电动变系统
变桨距 机构
桨距角
a、变桨距执行系统是一个随动系统，即桨距角位置跟随变桨指令变 化。 b、校正环节是一个非线性控制器，具有死区补偿和变桨限制功能。 死区用来补偿电动变距机构的不灵敏区，变桨限制防止超调。 c、电动变桨系统由伺服电动机，伺服驱动器，独立的控制系统，电 源，减速箱，齿盘，传感器、主控制器等组成。 d、位置传感器给出实际变桨角度。
2.桨距角的模型 其中：Tβ——时间常数，单位为秒； β——参考节距角，单位为度；
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 简化上式得
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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 3.控制系统的执行机构 4.变桨距风力发电机组的模型 5.对风力发电技术的展望
变桨距控制系统 变桨距系统分为叶尖局部变距和全叶片变距
叶尖局部变距：通常只变叶尖部分(约0.25R～0.30R)的节 距角，其余部分翼展是定桨距的 。 全叶片变距又分为离心式变距和伺服机构驱动式变距 离心式变距：利用叶片本身或附加重锤的质量在旋转时产 生的离心力作为动力，使叶片偏转变距 。 伺服机构驱动式变距：大型风电机组的变距，通常要借助 电动或液压的伺服系统使叶片旋转变距 。
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 3.控制系统的执行机构 4.变桨距风力发电机组的模型 5. 对风力发电技术的展望
控制系统的执行机构 本系统采用的是电动变桨距机构，电动变桨距机 构可采用伺服电机对每个桨叶进行单独调节。伺 服电机通过主动齿轮与桨叶轮毂内齿圈相啮合， 直接对桨叶的节距角进行控制。位移传感器采集 桨叶节距角的变化从而构成闭环控制。在系统出 现故障或控制电源断电时，电机由蓄电池等储能 装置供电将桨叶调为顺桨位置。
变桨距控制系统 1.变桨距控制
风速 转速给定A
转速 控制器
变桨 执行器 桨距角
变距 机构 转速
风轮 系统
传动 系统
发电机
1、并网前的速度控制 速度控制器控制从启动到并网的转速控制，达到同步转速10r/min内1s并网。 进入启动状态，前馈通道将桨距角快速提高到45º，500r/min减小到5º，达到 快速启动目的；非线性环节使增益随节距角增加而减小，补偿转矩变化。
3
功率反馈控制使 额定功率不受海 拔、湿度、温度 等空气密度变化 影响
.
4
启动时控制气动 转矩易于并网； 停机气动转矩回 零避免突甩负荷
.
变桨距风力发电机组的特点
2.运行状态
由于变桨距系统的响应速度受到限制，对快速变化的风速，通过改变节 距来控制输出功率的效果并不理想。因此，为了优化功率曲线，最新设 计的变桨距风力发电机组在进行功率控制的过程中，其功率反馈信号不 再作为直接控制叶片节距的变量。
控制系统的执行机构 电动变桨距机构的整体结构图
系统给定 减速机1 叶 片 1 驱动 器1 主 控 制 器
M
编码器1
伺服电动机1 减速机2
M
叶 片
伺服电动机2 减速机3
编码器2
驱动 器2
现 场 总 线
3
叶 片 2
M
伺服电动机3
编码器3
驱动 器3
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 3.控制系统的执行机构 4.变桨距风力发电机组的模型 5. 对风力发电技术的展望
在额定风速以上时，变桨距机构发挥作用，
调整叶片的节距角，进而改变叶片攻角，保 证发电机的输出功率在允许范围内
变桨距系统
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 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 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 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 。
变桨距控制系统
3.变桨距控制
额定功率 风速
+
-
功率 控制器A
+ -
+ -
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
+
-
功率 控制器B
转子电流 执行器
发电功率
b、功率控制器A并网后执行变桨到最大攻角，低于额定功率（额定风速）时控制 器输出饱和，攻角最大；高于额定风速后进入恒功率控制；引入风速前馈通道， 超过额定风速后，当风速变化时起到快速补偿作用。 c、功率控制器B低于额定风速调节转差率“实现”最佳叶尖速比调节，即风速增 加转差率增大；高于额定风速时配合功率控制器 A维持功率恒定。原理是风速出 现波动时，由于变桨调节的滞后使驱动功率发生波动，调节转差率（转子电流） 使机组转速变化而维持功率恒定，利用风轮储存和释放能量维持输入与输出功率 的平衡。
变桨距风力发电机组控制系统的 研究
付冬梅
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 3.控制系统的执行机构 4. 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特点
1.机组的特点
1
改善机组的受力， 优化功率输出 （与发电机转差 率调节配合） .
2
比定桨距风力机 额定风速低、效 率高；且不存在 高于额定风速的 功率下降问题 .
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 3.控制系统的执行机构 4.变桨距风力发电机组的模型 5.对风力发电技术的展望
技术展望
风能作为清洁的可再生的绿色能源，已经受到世界各国的 普遍重视，风力发电技术也开始成为越来越多国家的研究 重点。 风力机变桨距控制技术及变桨距风力机结构研究取得了很 大进步，目前研究人员主要致力于解决通过控制桨距角使 输出功率平稳、减小转矩振荡、减小机舱振荡等问题。 Vestas公司推出OpiTip(最佳桨距角)风力发电机组，不但 优化了输出功率而且有效的降低的噪音。2006年BeckHoff 公司TwinCAT自动化软件PLC引领风电技术新方向。随着电 机伺服系统、储能元件、可编程控制器和系统控翩技术的 不断进步．风电变桨系统在性能上向着更加安全可靠的方 向发展。采用“交流伺服系统 +超级电容”的结构有望成 为电动变桨距系统的主流技术。
变桨距控制系统
风轮 电 网
风能
齿轮箱
变换器
ω
大发电机
ω
小发电机
P* 功率 控制器
U
I
功率传感器
β*
变桨 控制器 v
-
+
P
ωref
控制器 Pref
+
变桨距控制的优点是机组起动性能好，输出功率稳定， 停机安全等；其缺点是增加了变桨距装置控制复杂性。
变桨距控制系统
在额定风速以下时，叶片攻角处于0°附近， 此时叶片角度受控制环节精度的影响，变 化范围很小等同于定桨距
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
其中:J——为风轮转动惯量，单位为kgm2； ω——为风轮转动角速度，单位为rad/s； T——为风轮所吸收的气动转矩，单位为N.m； Te——为发电机的反力矩，单位为N.m；
变桨距风力发电机组的模型 风轮获取风能的公式为 转矩公式为 其中CT为转矩系数
节距非线性化
额定转速
速度 变化率
+
-
PID
45* 5*
+ +
转矩补偿
节距指令
转速 传感器
转速
变桨距控制系统 2.变桨距控制
速度非线性变化
速度出
节距非线性变化
节距给定
额定速度 + -
滤波器
PID 控制器
速度入
节距给定
节距及速度 PID控制器
风速 转速 传感器 转速
节距
风速
叶尖速比优化
速度控制器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。节距控制将根据 风速调整到最佳状态，以优化叶尖速比。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，以便控制节 距角加速趋近于0°。