大型风电机组变桨距控制技术的研究

　　按照风速的大小，变桨距的运行过程可分为四个阶段。在风速小于切入风速时，机组不产生电能，桨距角保持在90° ；在风速高于切入风速后，桨距角转到0°，机组开始并网发电，并通过控制变流器调节发电机电磁转矩使风轮转速跟随风速变化，使风能利用系数保持最大，捕获最大风能；在风速超过额定值后，变桨机构开始动作，增大桨距角，减小风能利用系数，减小风轮的风能捕获，使发电机的输出功率稳定在额定值；在风速大于切除风速时，风电机组抱闸停机，桨距角变到90°以保护机组不被大风损坏。

图2 液压变桨距系统的组成

　　3 变桨距的控制方式
　　目前风电机组的变桨方式可分为液压变桨（如丹麦的VESTAS）和电动变桨（如美国GE）两种。液压变桨距系统是以液体压力驱动执行机构，电动变桨系统是以伺服电机驱动齿轮实现变距调节功能。
　　3.1 液压变桨距系统
液压变桨距系统的组成结构如图2 所示，由图可见，液压变桨系统是一个自动控制系统。其由桨距控制器、数码转换器、液压控制单元、执行机构和位移传感器等组成。
　　根据驱动形式的差异，液压变桨距风机又可分为叶片单独变距和统一变距两种类型。前者3 个液压缸布置在轮毂内，以曲柄滑块的运动方式分别给3 个叶片提供变距驱动力，因为变距过程彼此独立，一组变距出现故障后，机组仍然可以通过调整其余两组变距机构完成空气动力制动。因此这种设计可靠性较高，但是由于三组液压缸位于轮毂内部与液压泵之间有相对运动，为此需要加装旋转接头，此外该系统需要精确的同步变距控制以避免各叶片桨距角的差异。统一变桨类型通过1 个液压缸驱动3 个叶片同步变桨距，液压缸放置在机舱里，活塞杆穿过主轴与轮毂内部的同步盘连接。由于液压系统力矩大，在大型风电机组统一变桨距方式中一般都采用液压方式。
　　液压变桨距的工作过程如下：控制系统根据当前风速，通过预先编制的算法给出电信号，该信号经液压系统进行功率放大，液压油驱动液压缸活塞运动，从而推动推杆、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，偏心盘带动叶片进行变距。

表1 液压变桨和电动变桨特点比较