大型風電機組變槳距控制技術的研究

　　1 引言
　　變速恒頻風電機組風輪轉速隨著風速的變化而變化，可更有效地利用風能，并通過變速恒頻技術得到恒定頻率的電能。變速恒頻機組的顯著優點獲得了市場青睞，已成為市場的主流機型。但變速恒頻風電機組僅通過電機自身調節要達到減小風速波動沖擊的目的是很困難的，因為自然界中的風速瞬息萬變，特別是在額定風速以上工況，風電機組可能受到很大的靜態和動態沖擊。
　　變槳距就是使葉片繞其安裝軸旋轉，改變葉片的槳距角，從而改變風電機組的氣動特性，使槳葉和整機的受力狀況大為改善。變槳距風電機組與傳統的定槳距風電機組相比，具有起動與制動性能好，風能利用系數高，在額定功率點以上輸出功率平穩等優點。所以目前的大型風電機組多采用變槳距形式。
　　本文主要對大型風電機組的變槳距系統進行了分析，探討了變槳距系統的氣動特性，給出了風電機組變槳距工作過程的理論基礎；簡要介紹了變槳距風電機組的工作過程；對液壓變槳和電動變槳兩種變槳方式的特點進行了比較，并對電動變槳的控制方式進行了分析研究。
　　2 變槳距的氣動特性及工作過程
　　風電機組的特性通常由一簇功率系數Cp 的無因次性能曲線來表示，風能利用系數是風電機組葉尖速比λ 和節距角β 的函數，即Cp=f(λ, β)。風能利用系數Cp 可近似表示為（1）由式（1）可得到變槳距風電機組的（Cp -β) 特性曲線如圖1 所示：
　　從圖1 中可以得到下面的結論：

圖1 變槳距風電機組的（Cp-β）特性曲線

　　（1） 對于某固定槳距角β，存在唯一的風能利用系數最大值Cpmax，對應一個最佳葉尖速比λopt ；
　　（2） 對于任意的葉尖速比λ，槳葉節距角β=00 下的風能利用系數Cp 相對最大，槳葉節距角增大，風能利用系數Cp 明顯減小。
　　以上兩點即為變速恒頻變槳距控制的理論依據：在風速低于額定風速時，槳葉節距角β=00，風速變化時，通過變速恒頻裝置改變發電機轉子轉速，使風能利用系數恒定在Cpmax，捕獲最大風能；在風速高于額定風速時，調節槳葉節距角從而減少發電機輸出功率，使輸出功率穩定在額定功率。