獨立變槳控制及其對風電機組設(shè)計、性能與運行的影響

　　隨著風能在發(fā)電領(lǐng)域的重要性不斷增加，對供電可靠性和可預測性的要求更加嚴格。對于風電場運營商而言，滿足電網(wǎng)規(guī)范在頻率和電壓方面的要求也變得日益重要。致力于風電業(yè)務(wù)的大型能源企業(yè)很有可能把滿足這些要求作為發(fā)展重點。[2]
　　為了降低風電機組的總體發(fā)電成本（單位兆瓦成本），風電機組的尺寸在不斷增加。尤其是對于海上風力發(fā)電，基礎(chǔ)成本在整體投資成本中占很大比重。事實證明，少量大型風電機組比大量小型風電機組更具成本效益。[3]
　　但是，更大的風電機組葉片更長、塔架更高，這為風電機組設(shè)計商帶來了技術(shù)挑戰(zhàn)。葉片越長，不均勻風場的影響越大。例如，貼近地表的風速低，遠離地表的風速高，這就形成了不均勻風場。這種風速的漸變會對葉片產(chǎn)生不對稱負荷。
　　大型風電機組的可行性和技術(shù)挑戰(zhàn)近來已成為很多研究和論文的主題，尤其是歐洲委員會發(fā)起的UpWind 項目。商用風電機組的輸出功率通常在1 ～ 7MW 之間，而UpWind 項目對20MW 風電機組的可行性進行了評估。[4] [5]
　　二、獨立變槳控制
　　設(shè)計商如何設(shè)計壽命更長的風電機組？隨著經(jīng)濟和技術(shù)的發(fā)展，降低風電機組總體發(fā)電成本的壓力、降低運行維護成本的需要、對電力生產(chǎn)的可靠性和可預測性的重視，使得形成一項技術(shù)解決方案成為當務(wù)之急。
　　降低負荷是這項解決方案的關(guān)鍵因素。此外，風電機組大型化發(fā)展的趨勢也凸顯了降低負荷的重要性。
　　獨立變槳控制（IPC）在負荷平衡方面發(fā)揮著重要作用。那么IPC 是什么? IPC 是指能夠調(diào)節(jié)風電機組速度從而控制輸出功率的變槳控制系統(tǒng)。IPC 也能夠作為剎車使用，通過轉(zhuǎn)動葉片來使槳葉停止運作。此外， 變槳控制， 特別是IPC 系統(tǒng)，還能夠降低風電機組構(gòu)件上的疲勞負荷。
　　最近開發(fā)的變速風電機組能夠適應(yīng)不同的風力條件。而新的發(fā)電機概念和變槳控制系統(tǒng)則是實現(xiàn)這一目標的基礎(chǔ)。
　　變槳控制意味著葉片可以在0°到90°之間轉(zhuǎn)動。在風速低于額定速度（通常為12m/s）時，風輪葉片會轉(zhuǎn)動到完全朝向風向，即槳距為0°。當風速增大時，可以控制葉片槳距，將風電機組的輸出功率調(diào)整到其額定值。當風速達到預定極限時（通常為28m/s），風電機組將葉片轉(zhuǎn)動到90°，停止發(fā)電。
　　統(tǒng)一變槳控制會將所有葉片的槳距同時調(diào)整到相同角度。相反，IPC 可以動態(tài)而獨立地調(diào)整每個葉片的槳距。這種槳距調(diào)整可以根據(jù)不同葉片的負荷實時進行。
　　IPC 模式的主要優(yōu)勢是能夠降低葉片、輪轂、主體框架和塔架的疲勞負荷。為了平衡這些負荷，尤其是不均勻風場引起的不對稱負荷，必須獨立調(diào)整每個葉片的槳距。
　　降低疲勞負荷有兩項重要優(yōu)勢：實現(xiàn)更輕量化的設(shè)計并延長風電機組使用壽命。