大型風電機組變槳距控制技術的研究

　　按照風速的大小，變槳距的運行過程可分為四個階段。在風速小于切入風速時，機組不產生電能，槳距角保持在90° ；在風速高于切入風速后，槳距角轉到0°，機組開始并網發電，并通過控制變流器調節發電機電磁轉矩使風輪轉速跟隨風速變化，使風能利用系數保持最大，捕獲最大風能；在風速超過額定值后，變槳機構開始動作，增大槳距角，減小風能利用系數，減小風輪的風能捕獲，使發電機的輸出功率穩定在額定值；在風速大于切除風速時，風電機組抱閘停機，槳距角變到90°以保護機組不被大風損壞。

圖2 液壓變槳距系統的組成

　　3 變槳距的控制方式
　　目前風電機組的變槳方式可分為液壓變槳（如丹麥的VESTAS）和電動變槳（如美國GE）兩種。液壓變槳距系統是以液體壓力驅動執行機構，電動變槳系統是以伺服電機驅動齒輪實現變距調節功能。
　　3.1 液壓變槳距系統
液壓變槳距系統的組成結構如圖2 所示，由圖可見，液壓變槳系統是一個自動控制系統。其由槳距控制器、數碼轉換器、液壓控制單元、執行機構和位移傳感器等組成。
　　根據驅動形式的差異，液壓變槳距風機又可分為葉片單獨變距和統一變距兩種類型。前者3 個液壓缸布置在輪轂內，以曲柄滑塊的運動方式分別給3 個葉片提供變距驅動力，因為變距過程彼此獨立，一組變距出現故障后，機組仍然可以通過調整其余兩組變距機構完成空氣動力制動。因此這種設計可靠性較高，但是由于三組液壓缸位于輪轂內部與液壓泵之間有相對運動，為此需要加裝旋轉接頭，此外該系統需要精確的同步變距控制以避免各葉片槳距角的差異。統一變槳類型通過1 個液壓缸驅動3 個葉片同步變槳距，液壓缸放置在機艙里，活塞桿穿過主軸與輪轂內部的同步盤連接。由于液壓系統力矩大，在大型風電機組統一變槳距方式中一般都采用液壓方式。
　　液壓變槳距的工作過程如下：控制系統根據當前風速，通過預先編制的算法給出電信號，該信號經液壓系統進行功率放大，液壓油驅動液壓缸活塞運動，從而推動推桿、同步盤運動，同步盤通過短轉軸、連桿、長轉軸推動偏心盤轉動，偏心盤帶動葉片進行變距。

表1 液壓變槳和電動變槳特點比較