定距桨变距桨与风力发电机组
第四讲 定桨距风力发电机组
作者 (Prepared By)：林俐 电气与电子工程学院
从小发电机向大发电机的切换
一般以平均功率或瞬时功率参数为预置切换 点。 例如NEC Micon 750kW机组以10min平均功 率达到某一预置值P1，或以4min平均功率 达到预置值P2作为切换依据。 采用瞬时功率参数时，一般以5min内测量的 功率值全部大于某一预置值P1，或1min内 的功率全部大于预置P2值作为切换的依据。
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一、控制系统的基本功能
根据风速信号自动进入起动状态或从电网切出。 根据功率及风速大小自动进行转速和功率控制。 根据风向信号自动对风。 根据功率因数自动投入（或切出）相应的补偿电容。 当发电机脱网时，能确保机组安全停机。 在机组运行过程中，监测和记录电网、风况和机组的运行 状况；判断异常，起动相应保护措施。 根据记录的数据，生成各种图表，以反映风力发电机组的 各项性能指标。 对在风电场中运行的风力发电机组还应具备远程通信的功 能。
作者 (Prepared By)距风力发电机组在低 风速区，不同的节距角所 对应的功率曲线几乎是重 合的。 在高风速区，节距角的变 化，对其最大输出功率的 影响是十分明显的。 事实上，调整桨叶的节距 角，改变了桨叶对气流的 失速点。根据实验结果， 节距角越小，气流对桨叶 的失速点越高，其最大输 出功率也越高。 定桨距风力机要在不同的空气密度下调整桨叶安装角
二、双速发电机
作者 (Prepared By)：林俐 电气与电子工程学院
V52-850千瓦风力发电机于不同噪音级别下的功率曲线
作者 (Prepared By)：林俐 电气与电子工程学院
三、功率输出
风力发电机组的功率输出主要取决于风速，此外，气压、气 温和气流扰动等因素也显著地影响其功率输出。 定桨距叶片的功率曲线是在空气的标准状态下测出的，空气 密度=1.225kg/m3，一般当温度变化±10℃，相应的空气密 度变化±4%。 当气温升高，空气密度就会降低，相应的功率输出就会减 少，反之，功率输出就会增大。 桨叶的失速性能只与风速有关。
第3章-风力发电机组整体结构-答案
风力发电技术与风电场工程第三章练习题及答案一、填空题1、并网型风力发电机的功能是将风轮获取的空气动能转换成机械能，再将机械能转换为电能，输送到电网中。
2、并网型风力发电机组的整体结构分为叶轮、机舱、塔架、和基础等几大部分。
3、机舱内布置的传动系统，由主轴、齿轮箱、联轴器和发电机等构成。
4、机舱底座是机组主驱动链和偏航机构固定的基础，并能将载荷传递到塔架上去。
5、铸造底座一般采用球墨铸铁制造，铸件尺寸稳定，吸振性和低温型较好。
6、整流罩是置于轮毂前面的罩子，其作用是整流，减小轮毂的阻力和保护轮毂中的设备。
7、风电机组的基础通常为钢筋混凝土结构，并且根据当地地质情况设计成不同的形式。
基础周围还要设置预防雷击的接地系统。
8、塔架的基本形式有桁架式塔架和圆筒式塔架两大类。
桁架式塔架优点为制造简单，成本低，运输方便，缺点为通向塔顶的上下梯子不好安排，塔架过于敞开，维护人员上下不安全。
塔筒式塔架优点是美观大方，塔身封闭，风电机组维护时上下塔架安全可靠。
9、塔架高度主要依据风轮直径确定。
10、风电机组的基础主要按照塔架的载荷和机组所在地的气候环境条件，结合高层建筑建设规范建造。
11、风力发电机组的机械传动系统包括轮毂、主轴、齿轮箱、制动器、联轴器以及安全装置等。
12、齿轮箱的作用是传递扭矩和提供转速，通过两到三级渐开线圆柱齿轮增速传动得以实现，一般常采用行星齿轮或行星加平行轴齿轮组合传动结构。
13、齿轮箱输出轴（高速轴）通过柔性联轴器与发电机轴连接。
14、联轴器通过绝缘构件阻止发电机磁化齿轮箱内的齿轮和轴承等钢制零件，避免这些零件发生电腐蚀现象。
联轴器上还设置有扭矩限制装置用以保护传动轴系，防止过载运行。
15、偏航系统功能就是跟踪风向的变化，驱动机舱围绕塔架中心线旋转，使风轮扫掠面与风向保持垂直。
16、机舱的偏航运动是由偏航齿轮装置自动执行的，它是根据风向仪提供的风向信号，由控制系统发出指令，通过传动机构使机舱旋转，让风轮始终处于迎风位置。
定桨距与变桨距-风力发电机组
2 变桨距调节型风力发电机组
变奖距是指安装在轮载上的叶片通过控制改变其桨距角的大小。其调节方法为：当风电机组达到运行条件时，控制系统命令调节桨距角调到45”，当转速达到一定时，再调节到0“，直到风力机达到额定转速并网发电；在运行过程中，当输出功率小于额定功率时，桨距角保持在0°位置不变，不作任何调节；当发电机输出功率达到额定功率以后，调节系统根据输出功率的变化调整桨距角的大小，使发电机的输出功率保持在额定功率。
l 定桨距失速调节型风力发电机组
定奖距是指桨叶与轮载的连接是固定的，桨距角固定不变，即当风速变化时，桨叶的迎风角度不能随之变化。失速型是指桨叶翼型本身所具有的失速特性，当风速高于额定风速69，气流的攻角增大到失速条件，使桨叶的表面产生涡流，效率降低，来限制发电机的功率输出。为了提高风电机组在低风速时的效率，通常采用双速发电机（即大/小发电机）。在低风速段运行的，采用小电机使桨叶县有较高的气动效率，提高发电机的运行效率。
桨距
螺旋桨的桨叶都与旋转平面有一个倾角。
假设螺旋桨在一种不能流动的介质中旋转，那么螺旋桨每转一圈，就会向前进一个距离，连续旋转就形成一段螺旋。
同一片桨叶旋转一圈所形成的螺旋的距离，就称为浆距。
显然，桨叶的角度越大，浆距也越大，角度与旋转平面角度为0，浆距也为0。
这个“距”，就是桨叶旋转形成的螺旋的螺距。
随着风电控制技术的发展，当输出功率小于额定功率状态时，变桨距风力发电机组采用OptitiP技术，即根据风速的大小，调整发电机转差率，使其尽量运行在最佳叶尖速比，优化输出功率。
浅谈定桨距风力发电机组的特点
长 的 杠杆 ，使 扰 流器 产生 的气 动 阻力 相 当高 ，足 以使 风力 机在 几乎 没 有任 何 磨损 的情 况 下迅 速减 速 ，这 一过 程 即为 桨叶 空气 动力 刹 车 。叶尖 扰流 器
是 风力 发 电机 组 的主要 制动 器 、每次 制动 时都 是它起 主要作 用 ４双 蘧发 电机 事 实上 ，定 桨距 风力 发 电机组 还存 在在 低风 速运 行 时的 效率 问题 。在 整 个运 行风 速 范 围内 ， 由于气 流 的速度 是在 不 断变 化 的， 如果风 力 机 的转
会对 整机 结 构强 度产 生严 重 的影 响 。为 了解 决上 述 问题 ，桨 叶 制造 商 首先 在２ 世 纪 ７年 代 用 玻璃 钢 复 合 材 料研 制 成功 了 失速 性 能 良好 的风 力 机 桨 ０ Ｑ 叶 ，解 决 了定桨 距风 力 发 电机组 在 大风 时 的功 率控 制 问题 ：２ 世纪 ８年 代 ０ ０
又将 叶尖 扰流 器 成功 地应 用 在风 力发 电机 组 上 ，解 决 了在突 甩 负载情 况 下 的安 全停 机 问题 ，使 定 桨距 （ 失速 型） 力发 电机 组 在近 ２年 的 风能 开发 利 风 ０ 用 中始终 占据 主 导地 位 ，直 到最 新推 出 的兆 瓦级 风力 发 电机 组 仍有机 型 采 用该 项技 术。 ２桨 叶的失 速调节 愿理 当气 流 流 经上 下 翼 面 形状 不 同的 叶片 时 ，因 突面 的弯 曲而使 气 流 加
中 图 分 类 号 ：Ｔ ９ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ： １ ７ － ７ ９ （０１ ）０ ２ ０ ０ ０ Ｍ１ ６１ ５７ ２ ０ ４０４ － １
并 网型 风 力发 电机 组从 ，２ 世纪８ 年 代 中期开 始逐 步 实现 了商 品化 、 ０ ０ 产 业化 。经过 二十 余年 的 发展 ，容 量 已从 数 十千 瓦级 增大 到 兆瓦 级 ，并 以 定桨距 （ 失速 型） 力发 电机组 为主 导机 型 。尽 管在 兆 瓦级 风 力发 电机 组 的 风 设计 中 已开始采 用 变桨 距 技术 和变 速恒 频 技术 ， 但 由此增 加 了控 制系 统与
风力发电机组变桨距控制系统的研究
风力发电机组变桨距控制系统的研究风力发电机组变桨距控制系统的研究近年来，随着环境问题的加剧和清洁能源的重要性逐渐凸显，风力发电作为一种潜在的可再生能源广泛应用。
风力发电机组是将风能转化为电能的关键设备，而变桨距控制系统则是提高风力发电效率的重要技术手段之一。
本文将对风力发电机组变桨距控制系统的研究进行探讨，从控制系统的结构、控制策略以及实际运行效果等方面进行分析。
1. 控制系统的结构风力发电机组的变桨距控制系统主要由传感器、执行器、控制器和信号传输部分组成。
传感器用于感知风力、转速以及叶片位置等信息，将这些信息传递给控制器。
控制器根据传感器获取的信息，通过控制策略对执行器发出信号，调节叶片角度，从而实现对风力发电机组的变桨距控制。
2. 控制策略目前，常用的控制策略主要有定角度控制和最大功率控制两种。
定角度控制是通过固定叶片角度来控制风力发电机组的输出功率，通常适用于恒定风速下的风机运行。
而最大功率控制则是根据风速大小实时调整叶片角度，以实现风力发电机组在不同风速下的最佳输出功率。
最大功率控制策略可以提高风力发电机组的效率，适应不同风速环境，并降低对外部条件的敏感性。
3. 实际运行效果根据实际应用情况和研究成果分析，风力发电机组的变桨距控制系统在提高发电效率、保护设备安全方面取得了显著效果。
通过使用最大功率控制策略，风力发电机组可以根据风速变化实时调整叶片角度，充分利用风能，并在恶劣天气条件下及时响应，减轻设备负荷。
同时，变桨距控制系统的应用也大大降低了由于风电机组运行时桨叶受损引起的事故风险，增加了设备的可靠性和安全性。
4. 研究展望尽管风力发电机组变桨距控制系统已取得一定的研究进展，但仍存在一些挑战和待解决的问题。
首先，尽管最大功率控制策略可以提高发电效率，但在不同风速区间的切换问题仍需要进一步优化。
其次，传感器的稳定性和可靠性也是需要关注的焦点，特别是在恶劣环境下的应用。
另外，随着风力发电技术的发展，新型的控制策略和技术工具也需要不断研发和应用，以进一步提高风力发电机组的性能和可靠性。
变桨距机组的控制技术
变桨距机组的控制技术本文对变桨距风力发电机组控制系统的特点以及控制策略分别进行详细介绍。
一、变桨距机组控制系统的特点从空气动力学角度考虑，当风速过高时，只有通过调整桨叶节距，改变气流对叶片的攻角，从而改变风力发电机组获得的空气动力转矩，才能使功率输出保持稳定。
同时，风力机在启动过程中也需要通过改变节距来获得足够的启动转矩。
采用变桨距机构的风力发电机组可使桨叶和整机的受力状况大为改善，这对大型风力发电机组的总体设计十分有利。
目前已有多种型号的变桨距600kW级风力发电机组进入市场。
其中较为成功的有丹麦VESTAS的V39/V42-600kW机组和美国Zand的Z 40-600kW机组。
从今后的发展趋势看，在大型风力发电机组中将会普遍采用变桨距技术。
变桨距风力发电机组又分为主动变桨距控制与被动变桨距控制。
主动变桨距控制可以在大于额定风速时限制功率，这种控制的实现是通过将每个叶片的部分或全部相对于叶片轴方向进行旋转以减小攻角，同时也减小了升力系数。
被动变桨距控制是一种令人关注的可替代主动变桨距限制功率的方式，其思路是将叶片或叶片的轮毂设计成在叶片载荷的作用下扭转，以便在高风速下获得所需的节距角。
但因为所必需的叶片随风速变换而扭转的变化量一般并不与叶片相应的载荷变化相匹配，所以很难实现。
对于独立运行的风力发电机组，发电量的最大化不是主要目标，被动变桨距控制方案有时候被采用，但是这一概念在并网运行的风力发电机组中尚未应用。
变桨距控制主要是通过改变翼型迎角变化，从而使翼型升力变化来进行调节的。
变桨距控制多用于大型风力发电机组。
变桨距控制是通过叶片和轮毂之间的轴承机构转动叶片减小迎角，由此来减小翼型的升力，以达到减小作用在风轮叶片上的扭矩和功率的目的。
变桨距调节时叶片迎角可相对气流连续地变化，以便得到风轮功率输出达到希望的范围。
在90°迎角时是叶片的顺桨位置。
在风力发电机组正常运行时，叶片向小迎角方向变化从而限制功率，一般变桨距范围为90°～100°。
风力发电机组及应用：第六章变桨距系统
变桨系统分布结构
变桨电机1
90度限位开关 0度接近开关
旋转编码器 电磁刹车 动力电源线
变桨柜1
滑环
连接器
变桨电机2
90度限位开关 0度接近开关
旋转编码器 电磁刹车 动力电源线
变桨柜1
变桨电机3
90度限位开关 0度接近开关
旋转编码器 电磁刹车 动力电源线
变桨柜1
变桨系统驱动原理
状态 自动/手动切换
编 码 电机 器
机械部分
减速比 减速机
回转支承 及小齿
叶片 齿数比
回转支承内齿圈
变桨距系统
电动变桨距伺服系统
电动变桨距系统就是可以允许三个叶片独立实现变桨，它
提供给风力发电机组功率输出和足够的支承刹外圈车制动能力，这样可
以避免过载对风机的破坏。
传感器
内齿圈
放大器
内
齿
实现对叶片 的节距角的
位置1：变桨限位撞块与变桨轴承连接时定位导向 螺钉孔。
位置2：顺桨接近撞块安装螺栓孔，与变桨限位撞 块连接。
位置3：变桨限位撞块安装螺栓孔，与变桨轴承连 接。
极限工作位置撞块和限位开关
变桨超级电容
❖ 型号：4-BMOD2600-6 ❖ 额定电压：60VDC ❖ 总容量：125F ❖ 总存储能量：150kJ ❖ 四组串联 ❖ 单组电容电压：16VDC ❖ 单组电容容量：500F
第六章 变桨系统
变桨系统
液压驱动 变桨系统
电动驱动 变桨系统
变桨控制器
变桨系统维护
变桨距系统
变桨距系统是对叶片的桨距角进行调解以控制风轮对风 能吸收的装置。
作用：
❖当风机启动时，可以通过变桨距来获得足够的启动转 矩；
风力发电机的几种功率调节方式
风力发电机的几种功率调节方式作者：佚名发布时间：2009-5-5随着计算机技术与先进的控制技术应用到风电领域，并网运行的风力发电控制技术得到了较快发展，控制方式从基本单一的定桨距失速控制向变桨距和变速恒频控制方向发展，甚至向智能型控制发展。
作为风力资源较为丰富的国家之一，我国加快了风电技术领域的自主开发与研究，兆瓦级变速恒频的风力发电机组国产化已列入国家“863”科技攻关顶目。
本文针对当前并网型风力发电机组的几种功率凋节控制技术进行了介绍。
l 定桨距失速调节型风力发电机组定桨距是指桨叶与轮载的连接是固定的，桨距角固定不变，即当风速变化时，桨叶的迎风角度不能随之变化。
失速型是指桨叶翼型本身所具有的失速特性，当风速高于额定风速69，气流的攻角增大到失速条件，使桨叶的表面产生涡流，效率降低，来限制发电机的功率输出。
为了提高风电机组在低风速时的效率，通常采用双速发电机（即大/小发电机）。
在低风速段运行的，采用小电机使桨叶具有较高的气动效率，提高发电机的运行效率。
失速调节型的优点是失速调节简单可靠，当风速变化引起的输出功率的变化只通过桨叶的被动失速调节而控制系统不作任何控制，使控制系统大为减化。
2 变桨距调节型风力发电机组变桨距是指安装在轮载上的叶片通过控制改变其桨距角的大小。
其调节方法为：当风电机组达到运行条件时，控制系统命令调节桨距角调到45”，当转速达到一定时，再调节到0“，直到风力机达到额定转速并网发电；在运行过程中，当输出功率小于额定功率时，桨距角保持在0°位置不变，不作任何调节；当发电机输出功率达到额定功率以后，调节系统根据输出功率的变化调整桨距角的大小，使发电机的输出功率保持在额定功率。
随着风电控制技术的发展，当输出功率小于额定功率状态时，变桨距风力发电机组采用OptitiP技术，即根据风速的大风力发电机的几种功率调节方式作者：佚名发布时间：2009-5-5调整发电机转差率，使其尽量运行在最佳叶尖速比，优化输出功率。
风力发电机组及应用：定桨距风力发电机组的液压系统(电)
通
常它由两个压力保持回路组成, 通过蓄能器供给叶尖
扰流器,
通过蓄能器供给机械刹车机构。这
。当
需要停机时,两回路中的常开电磁阀先后失电,叶尖扰流器
一路压力油被泄回油箱,叶尖动作；稍后,ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ械刹车一路压
力油进入刹车油缸,驱动刹车夹钳,使叶轮停止转动。在两
个回路中各装有两个压力传感器,以指示系统压力,控制液
图4-7 定桨距风力发电机组的液压系统
• 图左侧是气动刹车压力保持回路,压力油经油泵、精滤油 器进入系统。溢流阀用来限制系统最高压力。开机时电磁 阀12-1接通,压力油经单向阀7-2进入蓄能器8-2,并通过单 向阀7-3和旋转接头进入气动刹车油缸。压力开关9-2由蓄 能器的压力控制,当蓄能器压力达到设定值时,开关动作,电 磁阀12-1关闭。
• 由于系统的内泄漏、油温的变化以及电磁阀的动作,液压 系统的工作压力实际上始终处于变化的状态之中。其气动 刹车与机械刹车回路的工作压力分别如图4-8（a）、（b） 所示。
图4-8 气动刹车与机械刹车压力图
图4-8 气动刹车与机械刹车压力图
• ①开机时液压泵启动；②内泄漏引起的压力降；③液压泵 重新启动；④温度引起的压力升高；⑤电磁阀动作引起的 压力降；⑥停机时电磁阀打开
压泵站补油和确定刹车机构的状态。
• 图4-7所示为FD43600kW风力发电机 组的液压系统。由 于偏航机构也引入 了液压回路,它
1—油箱；2—液 压泵；3—电动机； 4—精滤油器；5—油 位指示器；6—溢流 阀；7—单向阀；8— 蓄能器；9—压力开 关；10—节流阀； 11—压力表； 12,13,16—电磁阀； 14—刹车夹钳； 15—突开阀
偏航系统有两个工作压力,分别提 供偏航时的阻尼和偏航结束时的制动力。工作压力仍由蓄 能器8-1保持。由于机舱有很大的惯性,调向过程必须确保 系统的稳定性,此时偏航制动器用作阻尼器。工作时,4DT 得电,电磁阀左侧接通,回路压力由溢流阀保持,以提供调向 系统足够的阻尼；调向结束时,4DT失电,电磁阀右侧接通， 制动压力由蓄能器直接提供。
风力发电机组的控制技术
风力发电机组的控制技术摘要：随着时代的发展科技的进步，我国在不断地向前发展，电力的使用量是衡量一个国家发展的主要依据之一，我国每年的电耗量位居世界前列，发电过程中需要消耗大量的能源，对环境造成一定的影响，所以我国一直致力于利用清洁能源进行发电，其中风力发电就是清洁能源发电的主要手段之一，本文将对风力发电机组的控制技术进行讨论。
关键词：风力发电；风力发电机组；发电机组控制技术风力发电是一种清洁的发电手段，减少了发电对于环境的破坏。
我国国土辽阔，适合风力发电的区域广泛，所以我国在风力发电这一发电技术上取得了长足进步，风力发电机组的控制技术是维持风力发电的最核心技术之一，风力发电机组的控制技术能够为我国风力发电事业提供强大助力。
一、风力发电在进行风力发电机组的控制技术讨论时，首先简述一下风力发电的概念及其适用范围。
风力发电是指将风的动能转化为机械动能，之后将机械动能转化为电能的一种发电手段，并且风力发电在发电过程中不会产生辐射及空气污染情况的发生，是一项清洁的发电技术。
风力发电在我国西部地区使用广泛，风力发电技术在近些年也得到了充分的发展，风力发电又分为水平轴风力发电、垂直轴风力发电、双馈型发电机发电等多种发电模式。
二、风力发电机组想要利用风力进行发电工作，就离不开发电机组的运转，风力发电机组由风轮、发电机组成。
其中发电机又由风轮中所含的叶片、轮毂等部件组成，当叶片受到风力吹动时，会进行旋转，从而将机械能转化为电能。
风力发电机组按照风轮桨叶分类分为定桨型与变桨型两种，按照风轮的转速又可分为定速型、变速型两种[1]。
我国现在已经拥有了风力发电关键零部件的开发制造能力，但是我国的风力发电机组控制技术还有待完善，再简单描述风力发电机组的构成与类型之后，下面将针对风力发电机组的控制技术进行讨论。
三、风力发电机组的控制技术风力发电机组的控制技术，是风力发电的核心，通过控制技术能够提高风力发电的安全性，提高风力发电的发电效率，下面根据风力发电机组的控制技术进行研究讨论。
风力发电系统变桨距的控制
风力发电系统变桨距的控制风力发电是一种可再生的清洁能源，越来越受到世界各地的重视和广泛应用。
在风力发电系统中，变桨距的控制是实现高效能量转换和保证系统安全运行的关键因素之一。
变桨距是指风力发电机组中的桨叶与风向之间的角度，也是调节风力发电机组输出功率的重要手段。
通过调整变桨距，可以使桨叶在不同风速下获得最佳的工作状态，从而实现最高的发电效率。
同时，变桨距的控制还可以根据风速变化，及时调整桨叶的角度，以避免过大的风力对系统造成损害。
在风力发电系统中，变桨距的控制主要通过控制系统实现。
控制系统根据风速的变化，通过传感器采集实时的风速信息，并将其与预设的风速范围进行比较。
当风速超过预设范围时，控制系统会自动调整桨叶的角度，以减小桨叶受力面积，降低风力对系统的影响。
相反，当风速过低时，控制系统会使桨叶保持较大的角度，以保证风力发电机组能够正常工作。
为了提高变桨距的控制精度和响应速度，现代风力发电系统通常采用先进的控制算法和高性能的控制器。
其中，模糊控制、PID控制和最优控制是常用的方法。
模糊控制基于经验规则，通过模糊逻辑和模糊推理来实现对变桨距的精确控制。
PID控制则根据当前误差、误差变化率和误差累积量来调整控制器的输出，以实现系统的稳定控制。
最优控制则通过数学模型和优化算法，寻找最佳的控制策略，以实现系统性能的最优化。
总之，风力发电系统中变桨距的控制对于提高发电效率和保证系统安全运行至关重要。
通过合理选择控制方法和优化控制算法，可以实现变桨距的精确控制，并最大限度地发挥风力发电系统的能量转换能力。
未来，随着科技的不断进步和控制技术的不断创新，风力发电系统的变桨距控制将更加智能化和高效化，为可持续发展提供更多清洁能源。
定桨距风力发电机组的主动失速控制
/ I+ < 6):"V):"@:
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!!表(给出了不同平均风速下机组年发电量随切
出风速的变化情 况! 可 以 看 出#在 不 同 的 平 均 风 速
下机组都有一个最 佳 的 切 出 风 速#在 该 切 出 风 速 下
机 组 的 年 发 电 量 最 大 ! 以 平 均 风 速 为 ! ?%9的 风 场 为 例 #切 出 风 速 设 置 为 "N ?%9时 机 组 的 年 发 电 量 最 高#比切出 风 速 设 置 在 "Q ?%9时 要 高 出 近 S6/l! 可 见 #与 变 桨 距 风 力 发 电 机 组 有 所 不 同 #对 于 采 用 主 动失速控制的定桨 距 风 力 发 电 机 组#并 非 切 出 风 速 越高就会使年发电 量 越 高#而 是 随 着 平 均 风 速 的 变 化而变化 的! 需 要 根 据 风 电 场 风 能 资 源 的 具 体 情 况 #对 机 组 的 切 出 风 速 进 行 针 对 性 的 优 化 设 计 #使 得
风力发电机的分类
1,风力发电机按叶片分类。
按照风力发电机主轴的方向分类可分为水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机。
（1）水平轴风力发电机：旋转轴与叶片垂直，一般与地面平行，旋转轴处于水平的风力发电机。
水平轴风力发电机相对于垂直轴发电机的优点；叶片旋转空间大，转速高。
适合于大型风力发电厂。
水平轴风力发电机组的发展历史较长，已经完全达到工业化生产，结构简单，效率比垂直轴风力发电机组高。
到目前为止，用于发电的风力发电机都为水平轴，还没有商业化的垂直轴的风力发电机组。
（2）垂直轴风力发电机：旋转轴与叶片平行，一般与地面吹垂直，旋转轴处于垂直的风力发电机。
垂直轴风力发电机相对于水平轴发电机的优点在于；发电效率高，对风的转向没有要求，叶片转动空间小，抗风能力强（可抗12-14级台风），启动风速小维修保养简单。
垂直轴与水平式的风力发电机对比，有两大优势：一、同等风速条件下垂直轴发电效率比水平式的要高，特别是低风速地区；二、在高风速地区，垂直轴风力发电机要比水平式的更加安全稳定；另外，国内外大量的案例证明，水平式的风力发电机在城市地区经常不转动，在北方、西北等高风速地区又经常容易出现风机折断、脱落等问题，伤及路上行人与车辆等危险事故。
按照桨叶数量分类可分为“单叶片”﹑“双叶片”﹑“三叶片”和“多叶片”型风机。
凡属轴流风扇的叶片数目往往是奇数设计。
这是由于若采用偶数片形状对称的扇叶，不易调整平衡。
还很容易使系统发生共振，倘叶片材质又无法抵抗振动产生的疲劳，将会使叶片或心轴发生断裂。
因此设计多为轴心不对称的奇数片扇叶设计。
对于轴心不对称的奇数片扇叶，这一原则普遍应用于大型风机以及包括部分直升机螺旋桨在内的各种扇叶设计中。
包括家庭使用的电风扇都是3个叶片的，叶片形状是鸟翼型（设计术语），这样的叶片流量大，噪声低，符合流体力学原理。
所以绝大多数风扇都是三片叶的。
三片叶有较好的动平衡，不易产生振荡，减少轴承的磨损。
降低维修成本。
按照风机接受风的方向分类，则有“上风向型”――叶轮正面迎着风向和“下风向型”――叶轮背顺着风向，两种类型。
风力发电机组变桨距控制策略
为提高风能最大捕获效率，需要采用优化算法进行桨距角的优化调整， 常用的优化算法包括梯度下降法、遗传算法、粒子群算法等。
03
动态响应速度
基于风能最大捕获的变桨距控制需要考虑动态响应速度，在保证风能捕
获效率的同时，需要快速响应风速变化和发电机组运行状态的变化。
基于系统稳定的变桨距控制方法
系统稳定性
滑模控制的优点
滑模控制具有响应速度快、对参数变化及扰动不敏感、滑动模态与系 统参数及扰动无关等优点。
H∞变桨距控制方法
H∞控制原理
H∞控制是一种基于系统传递函数极点配置的控制方法，通过优化系统的阻尼比和自然频率，提高系统的鲁棒性和稳定性。
H∞变桨距控制策略
在风力发电机组变桨距控制中，利用H∞控制方法设计变桨距控制器，通过调整桨叶节距角使得风力发电机组输出功率稳定，同时优化系统的阻尼比和自然频 率。
案例一
基于风速预测的变桨距控制策略是一种常用的控制策略，其核心是根据 实时的风速测量数据和风速预测数据，提前对桨叶进行调整，以最大程 度地利用风能。
在某风场的应用中，该策略通过建立风速预测模型，根据实时的风速测 量数据和天气预报数据，预测未来的风速变化情况，并提前对桨叶进行
调整。这种控制策略能够提高风能的利用率和机组的发电量。
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变桨距控制策略的优化方法
滑模变桨距控制方法
滑模控制原理
滑模控制是一种变结构控制方法，通过滑动模态方程使系统状态在 有限时间内到达预设的滑模面，并沿着滑模面滑动至平衡状态。
滑模变桨距控制策略
在风力发电机组变桨距控制中，利用滑模控制方法设计变桨距控制 器，通过调整桨叶节距角使得风力发电机组输出功率稳定。
风力发电机组变桨 距控制策略
风力发电机组变桨距
风力发电机组变桨距风力发电机组变桨距：随着国家新能源发展战略的提出和实施，我国风电产业进入跨越式发展的阶段。
本文从分析我国风力发电的现状出发，在总结分析风力发电技术发展的基础上，对我国风电发展过程中存在的主要问题进行了探讨分析，提出了相关建议。
关键词：风力发电；现状；技术发展能源、环境是当今人类生存和发展所要解决的紧迫问题。
常规能源以煤、石油、天然气为主，它不仅资源有限，而且造成了严重的大气污染。
因此，对可再生能源的开发利用，特别是对风能的开发利用，已受到世界各国的高度重视。
风电是可再生、无污染、能量大、前景广的能源，大力发展风电这一清洁能源已成为世界各国的战略选择。
我国风能储量很大、分布面广，开发利用潜力巨大。
近年来我国风电产业及技术水平发展迅猛，但同时也暴露出一些问题。
总结我国风电现状及其技术发展，对进一步推动风电产业及技术的健康可持续发展具有重要的参考价值。
1我国风力发电的现状202*年2月，我国国家立法机关通过了《可再生能源法》，明确指出风能、太阳能、水能、生物质能及海洋能等为可再生能源，确立了可再生能源开发利用在能源发展中的优先地位。
202*年12月，我国政府向世界承诺到202X年单位国内生产总值二氧化碳排放比202*年下降40%~45%，把应对气和变化纳入经济社会发展规划，大力发展包括风电在内的可再生能源与核能，争取到202X年非化石能源占一次能源消费比重达到15%左右。
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随着新能源产业成为国家战略新兴产业规划的出台，风电产业迅猛发展，有望成为我国国民经济增长的一个新亮点。
我国自上世纪80年代中期引进55kW容量等级的风电机投入商业化运行开始，经过二十几年的发展，我国的风电市场已经获得了长足的发展。
到202*年底，我国风电总装机容量达到2601万kW，位居世界第二，202*年新增装机容量1300万kW，占世界新增装机容量的36%，居世界首位[1,2]。
可以看出，我国风电产业正步入一个跨越式发展的阶段，预计202*年我国累计装机容量有望突破4000万kW。
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桨距
螺旋桨的桨叶都与旋转平面有一个倾角。
假设螺旋桨在一种不能流动的介质中旋转，那么螺旋桨每转一圈，就会向前进一个距离，连续旋转就形成一段螺旋。
同一片桨叶旋转一圈所形成的螺旋的距离，就称为浆距。
显然，桨叶的角度越大，浆距也越大，角度与旋转平面角度为0，浆距也为0。
这个“距”，就是桨叶旋转形成的螺旋的螺距。
桨距指的是直升机的旋翼或固定翼的螺旋桨旋转一周360 度，向上或向前行走的距离（理论上的）。
就好比一个螺丝钉，您拧一圈后，能够拧入的长度。
桨距越大前进的距离就越大，反之越小！然而要测量实际桨距的大小是比较困难的，所以一般固定翼飞机使用桨距不变的螺旋桨上都会标明其直径和桨距的大小（单位以英寸居多），以便于和合适的发动机配套使用。
绝大多数的固定桨距的直升机桨一般是专为某一级别的飞机定制的，所以只标明直径。
可变桨距直升机可以非常容易的通过测量桨叶的攻角（迎风角度）大小来体现桨距的大小，和变化幅度。
l 定桨距失速调节型风力发电机组
定奖距是指桨叶与轮载的连接是固定的，桨距角固定不变，即当风速变化时，桨叶的迎风角度不能随之变化。
失速型是指桨叶翼型本身所具有的失速特性，当风速高于额定风速69 ，气流的攻角增大到失速条件，使桨叶的表面产生涡流，效率降低，来限制发电机的功率输出。
为了提高风电机组在低风速时的效率，通常采用双速发电机（即大/ 小发电机）。
在低风速段运行的，采用小电机使桨叶县有较高的气动效率，提高发电机的运行效率。
失速调节型的优点是失速调节简单可靠，当风速变化引起的输出功率的变化只通过桨叶的被动失速调节而控制系统不作任何控制，使控制系统大为减化。
其缺点是叶片重晏大（与变桨距风机叶片比较），桨叶、轮载、塔架等部件受力较大，机组的整体效率较低。
2 变桨距调节型风力发电机组
变奖距是指安装在轮载上的叶片通过控制改变其桨距角的大小。
其调节方法为：当风电机组达到运行条件时，控制系统命令调节桨距角调到45”，当转速达到一定时，再调节到0“，
直到风力机达到额定转速并网发电；在运行过程中，当输出功率小于额定功率时，桨距角保持在0°位置不变，不作任何调节；当发电机输出功率达到额定功率以后，调节系统根据输出功率的变化调整桨距角的大小，使发电机的输出功率保持在额定功率。
随着风电控制技术的发展，当输出功率小于额定功率状态时，变桨距风力发电机组采用
OptitiP 技术，即根据风速的大小，调整发电机转差率，使其尽量运行在最佳叶尖速比，优化输出功率。
变桨距调节的优点是桨叶受力较小，桨叶做的较为轻巧。
桨距角可以随风速的大小而进行自动调节，因而能够尽可能多的吸收风能转化为电能，同时在高风速段保持功率平稳输出。
缺点是结构比较复杂，故障率相对较高。
3 主动失速调节型风力发电机组
将定桨距失速调节型与变桨距调节型两种风力发电机组相结合，充分吸取了被动失速和桨距
调节的优点，桨叶采用失速特性，调节系统采用变桨距调节。
在低风速肘，将桨叶节距调节
到可获取最大功率位置，桨距角调整优化机组功率的输出；当风力机发出的功率超过额定功
率后，桨叶节距主动向失速方向调节，将功率调整在额定值以下，限制机组最大功率输出，随着风速的不断变化，桨叶仅需要微调维持失速状态。
制动刹车时，调节桨叶相当于气动刹车，很大程度上减少了机械刹车对传动系统的冲击。
主动失速调节型的优点是其言了定奖距失速型的特点，并在此基础上进行变桨距调节，提高
了机同频率后并入电网。
机组在叶片设计上采用了变桨距结构。
其调节方法是：在起动阶段，通过调节变桨距系统控制发电机转速，将发电机转速保持在同步转速附近，寻找最佳并网时
机然后平稳并网；在额定风速以下时，主要调节发电机反力转矩使转速跟随风速变化，保持最佳叶尖速比以获得最大风能；在额定风速以上时，采用变速与桨叶节距双重调节，通过变桨距系统调节限制风力机获取能量，保证发电机功率输出的稳定性，获取良好的动态特性；而变速调节主要用来响应快速变化的风速，减轻桨距调节的频繁动作，提高传动系统的柔性。
变速恒频这种调节方式是目前公认的最优化调节方式，也是未来风电技术发展的主要方向。
变速恒频的优点是大范围内调节运行转速，来适应因风速变化而引起的风力机功率的变化，可以最大限度的吸收风能，因而效率较高；控制系统采取的控制手段可以较好的调节系统的有功功率、无功功率，但控制系统较为复杂。
欢迎大家发表自己的见解！。