变浆距风力发电机组的控制系统

风力发电机液压变桨系统简介全球投入商业运行的兆瓦级以上风力发电机均采用了变桨距技术，变桨距控制与变频技术相配合，提高了风力发电机的发电效率和电能质量，使风力发电机在各种工况下都能够获得最佳的性能，减少风力对风机的冲击，它与变频控制一起构成了兆瓦级变速恒频风力发电机的核心技术。

液压变桨系统具有单位体积小、重量轻、动态响应好、转矩大、无需变速机构且技术成熟等优点。

本文将对液压变桨系统进行简要的介绍。

风机变桨调节的两种工况风机的变桨作业大致可分为两种工况，即正常运行时的连续变桨和停止（紧急停止）状态下的全顺桨。

风机开始启动时桨叶由90°向0°方向转动以及并网发电时桨叶在0°附近的调节都属于连续变桨。

液压变桨系统的连续变桨过程是由液压比例阀控制液压油的流量大小来进行位置和速度控制的。

当风机停机或紧急情况时，为了迅速停止风机，桨叶将快速转动到90°，一是让风向与桨叶平行，使桨叶失去迎风面；二是利用桨叶横向拍打空气来进行制动，以达到迅速停机的目的，这个过程叫做全顺桨。

液压系统的全顺桨是由电磁阀全导通液压油回路进行快速顺桨控制的。

液压变桨系统液压变桨系统由电动液压泵作为工作动力，液压油作为传递介质，电磁阀作为控制单元，通过将油缸活塞杆的径向运动变为桨叶的圆周运动来实现桨叶的变桨距。

液压变桨系统的结构变桨距伺服控制系统的原理图如图1所示。

变桨距控制系统由信号给定、比较器、位置（桨距）控制器、速率控制器、D/A转换器、执行机构和反馈回路组成。

图1 控制原理图液压变桨执行机构的简化原理图如图2所示，它由油箱、液压动力泵、动力单元蓄压器、液压管路、旋转接头、变桨系统蓄压器以及三套独立的变桨装置组成，图中仅画出其中的一套变桨装置。

图2 液压原理图结束语液压变桨系统与电动变桨系统相比，液压传动的单位体积小、重量轻、动态响应好、扭矩大并且无需变速机构，在失电时将蓄压器作为备用动力源对桨叶进行全顺桨作业而无需设计备用电源。

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。

目录摘要： (2)一、变桨系统论述 (2)（一）变桨距机构 (2)（二）电动变桨距系统 (3)1. 机械部分 (4)2. 气动制动 (5)二、变桨系统 (5)（一）变桨系统的作用 (5)1. 功率调节作用 (5)2. 气动刹车作用 (5)（二）变桨系统在轮毂内的拓扑结构与接线图 (7)三、变桨传感部分 (9)（一）旋转编码器 (9)（二）接近开关 (10)四、变桨距角的调节 (11)（一）变桨距部分 (11)（二）伺服驱动部分 (12)总结 (14)参考文献： (14)致谢 (15)风力发电机组変桨系统分析摘要：风能是一种清洁而安全的能源,在自然界中可以不断生成并有规律得到补充,所以风能资源的特点十分明显,其开发利用的潜力巨大。

本文对大型的兆瓦级风力发电机变桨系统做简单的介绍。

变速恒频技术于20世纪90年代开始兴起，其中较为成功的有丹麦VESTAS的V39/V42-600KW机组和美国的Zand的Z-40-600KW机组。

变速恒频风力发电机组风轮转速随着风速的变化而变化，可以更有效地利用风能，并且通过变速恒频技术可得到恒定频率的电能。

变速恒频机组的显著优点已得到风力机生产厂和研究机构的普遍承认，将成为未来的主流机型。

但变速恒频风力机组仅通过电机自身调节要达到减小风速波动冲击的目的是很困难的，因为自然界中风速瞬息万变，特别是在额定风速以上工况，风力机有可能受到很大的静态或动态冲击。

但是变桨风机不会产生此类情况，变桨距是指大型风力发电机安装在轮毂上的叶片借助控制技术和动力系统改变桨距角的大小从而改变叶片气动特性，使桨叶和整机的受力状况大为改善。

近年来，电动变桨距系统越来越多的应用到风力发电机组当中，直驱型风力发电机组为变桨距调节型风机，叶片在运行期间，它会在风速变化的时候绕其径向轴转动。

因此，在整个风速范围内可能具有几乎最佳的桨距角和较低的切入风速，在高风速下，改变桨距角以减少功角，从而减小了在叶片上的气动力。

风力发电机组变桨距控制关键技术的研究的开题报告1. 研究背景和意义随着国内外环保意识的提高，可再生能源的利用越来越受到重视。

而风力发电是一种具有广泛应用前景的可再生能源，具有资源丰富、无污染、适应性强等特点。

风力发电机组是风力发电技术中的核心部件，其效率和可靠性直接影响着风力发电的经济性和可行性。

然而，受天气等自然条件的影响，风力发电机组往往存在着功率输出不稳定的问题，为解决这一问题，风力发电机组变桨距控制关键技术的研究显得尤为重要。

2. 研究内容和目标本课题旨在对风力发电机组变桨距控制关键技术进行深入研究，以提高风力发电机组的功率输出稳定性和可靠性。

具体研究内容如下：（1）分析和比较不同的变桨距控制方式；（2）设计适用于风力发电机组的变桨距控制系统；（3）开展仿真实验并验证控制系统的性能。

研究目标包括：（1）掌握风力发电机组变桨距控制的基本理论和方法；（2）设计出性能优异的变桨距控制系统；（3）提高风力发电机组的功率输出稳定性和可靠性。

3. 研究方法和步骤本课题将采用以下研究方法和步骤：（1）文献调研：对变桨距控制及其相关领域的文献进行详细的调研和分析，了解该领域的最新进展和研究现状。

（2）技术分析和比较：对不同的变桨距控制方式进行比较和分析，找出其中的优点和缺点，在此基础上确定最适合风力发电机组的变桨距控制方式。

（3）系统设计：设计适用于风力发电机组的变桨距控制系统，包括硬件设计和软件设计。

（4）仿真实验：利用MATLAB等仿真软件对所设计的变桨距控制系统进行仿真实验，并进行性能验证和优化。

（5）实验验证：利用风力发电机组进行实验验证，并对实验数据进行分析和处理。

4. 项目进度安排本课题的项目进度安排如下：（1）文献调研和技术分析：1个月；（2）系统设计和仿真实验：4个月；（3）实验验证：2个月；（4）论文撰写和答辩准备：1个月。

5. 预期成果及意义通过本课题的研究，预期取得以下成果：（1）深入研究了风力发电机组变桨距控制关键技术，并设计了一套性能优异的变桨距控制系统；（2）提高了风力发电机组的功率输出稳定性和可靠性；（3）对风力发电技术的推广和发展做出积极贡献；（4）撰写了一篇高水平的论文，发表在相关领域的国内外权威期刊或会议上。

1.5MW风力发电机组中电动变桨距控制系统的研究摘要：本文以1．5mw级风力发电机组为例，在介绍了风力发电机电动变桨距系统的基础上,分析变桨距控制的基本规律，建立统一变桨和独立变桨距的设计方案和控制方法。

提出一种应用于统一变桨距的模糊pid参数自整定控制器设计方案，并在matlab/simulink中建立相应的仿真模块。

仿真结果表明，模糊pid 的统一变桨距系统能较好地实现大型风电机组对功率控制的要求。

此外，通过仿真证明和比较发现，独立变桨距控制比统一变桨距控制的输出功率更加稳定。

关键词：兆瓦级；风力发电机；电动变桨距系统；模拟仿真中图分类号：tm315 文献标识码：a 文章编号：1001-828x（2011）09-0253-03一、引言大型风力发电机组根据结构一般被分为定桨距型风力发电机组和变桨距型风力发电机组两种类型。

定桨距风力发电机组将叶片固定在轮毅上，但只能在风速选定的速度范围内效率较高。

变桨距风力发电机组通过叶片沿其纵向轴心转动来调节功率。

在低风速时，叶片可以转动到合适位置来保证叶轮具有最大起动力矩，从而使得发电机能够在更低风速下开始发电，而无需连接电动机使用。

变桨距系统可以在一定时间内，保持发电机的适当转速改变，确保平缓并网发电。

其对温度和海拔高度的变化而引起的空气密度的变化能很好的适用，具有很好的鲁棒性。

二、风力发电现状常规能源因大量开采使用及不可再生等原因不断减少，风能作为清洁的可再生能源，是最具有发展潜力的未来能源之一。

风力发电，不仅可一定程度的代替现有能源，而且清洁环保，是一种可以改善能源结构的环境友好型途径。

根据专家的估计，地球上所能接收到的太阳辐射能大约有3%转换成了风能，也就是说风力发电装机的容量可达2000兆千瓦，平均每年可发电力1.6×1011度。

风能作为一种无污染的再生能源，它的开发利用已经受到世界各国的高度重视。

我国风能资源丰富，可开发利用的风能资源总量约有3亿多千瓦时。