大型風(fēng)電機組變槳距控制技術(shù)的研究

　　按照風(fēng)速的大小，變槳距的運行過程可分為四個階段。在風(fēng)速小于切入風(fēng)速時，機組不產(chǎn)生電能，槳距角保持在90° ；在風(fēng)速高于切入風(fēng)速后，槳距角轉(zhuǎn)到0°，機組開始并網(wǎng)發(fā)電，并通過控制變流器調(diào)節(jié)發(fā)電機電磁轉(zhuǎn)矩使風(fēng)輪轉(zhuǎn)速跟隨風(fēng)速變化，使風(fēng)能利用系數(shù)保持最大，捕獲最大風(fēng)能；在風(fēng)速超過額定值后，變槳機構(gòu)開始動作，增大槳距角，減小風(fēng)能利用系數(shù)，減小風(fēng)輪的風(fēng)能捕獲，使發(fā)電機的輸出功率穩(wěn)定在額定值；在風(fēng)速大于切除風(fēng)速時，風(fēng)電機組抱閘停機，槳距角變到90°以保護機組不被大風(fēng)損壞。

圖2 液壓變槳距系統(tǒng)的組成

　　3 變槳距的控制方式
　　目前風(fēng)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(tǒng)是以液體壓力驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)，電動變槳系統(tǒng)是以伺服電機驅(qū)動齒輪實現(xiàn)變距調(diào)節(jié)功能。
　　3.1 液壓變槳距系統(tǒng)
液壓變槳距系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)如圖2 所示，由圖可見，液壓變槳系統(tǒng)是一個自動控制系統(tǒng)。其由槳距控制器、數(shù)碼轉(zhuǎn)換器、液壓控制單元、執(zhí)行機構(gòu)和位移傳感器等組成。
　　根據(jù)驅(qū)動形式的差異，液壓變槳距風(fēng)機又可分為葉片單獨變距和統(tǒng)一變距兩種類型。前者3 個液壓缸布置在輪轂內(nèi)，以曲柄滑塊的運動方式分別給3 個葉片提供變距驅(qū)動力，因為變距過程彼此獨立，一組變距出現(xiàn)故障后，機組仍然可以通過調(diào)整其余兩組變距機構(gòu)完成空氣動力制動。因此這種設(shè)計可靠性較高，但是由于三組液壓缸位于輪轂內(nèi)部與液壓泵之間有相對運動，為此需要加裝旋轉(zhuǎn)接頭，此外該系統(tǒng)需要精確的同步變距控制以避免各葉片槳距角的差異。統(tǒng)一變槳類型通過1 個液壓缸驅(qū)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(nèi)部的同步盤連接。由于液壓系統(tǒng)力矩大，在大型風(fēng)電機組統(tǒng)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(tǒng)根據(jù)當(dāng)前風(fēng)速，通過預(yù)先編制的算法給出電信號，該信號經(jīng)液壓系統(tǒng)進(jìn)行功率放大，液壓油驅(qū)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(zhuǎn)軸、連桿、長轉(zhuǎn)軸推動偏心盤轉(zhuǎn)動，偏心盤帶動葉片進(jìn)行變距。

表1 液壓變槳和電動變槳特點比較