大型風電機組變槳距控制技術(shù)的研究

　　1 引言
　　變速恒頻風電機組風輪轉(zhuǎn)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(shù)得到恒定頻率的電能。變速恒頻機組的顯著優(yōu)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(diào)節(jié)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(tài)和動態(tài)沖擊。
　　變槳距就是使葉片繞其安裝軸旋轉(zhuǎn)，改變?nèi)~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(tǒng)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(shù)高，在額定功率點以上輸出功率平穩(wěn)等優(yōu)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(tǒng)進行了分析，探討了變槳距系統(tǒng)的氣動特性，給出了風電機組變槳距工作過程的理論基礎(chǔ)；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(shù)Cp 的無因次性能曲線來表示，風能利用系數(shù)是風電機組葉尖速比λ 和節(jié)距角β 的函數(shù)，即Cp=f(λ, β)。風能利用系數(shù)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(jié)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(shù)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(jié)距角β=00 下的風能利用系數(shù)Cp 相對最大，槳葉節(jié)距角增大，風能利用系數(shù)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(jù)：在風速低于額定風速時，槳葉節(jié)距角β=00，風速變化時，通過變速恒頻裝置改變發(fā)電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，使風能利用系數(shù)恒定在Cpmax，捕獲最大風能；在風速高于額定風速時，調(diào)節(jié)槳葉節(jié)距角從而減少發(fā)電機輸出功率，使輸出功率穩(wěn)定在額定功率。