直驱式风力发电机组变桨调速控制系统研究
永磁同步风力发电系统的组成、工作原理及控制机理
永磁同步风⼒发电系统的组成、⼯作原理及控制机理永磁同步风⼒发电系统的系统基本组成、⼯作原理、控制模式论述1.系统的基本组成：直驱式同步风⼒发电系统主要采⽤如下结构组成：风⼒机（这⾥概括为：叶⽚、轮毂、导航罩）、变桨机构、机舱、塔筒、偏航机构、永磁同步发电机、风速仪、风向标、变流器、风机总控系统等组成。
其中全功率变流器⼜可分为发电机侧整流器、直流环节和电⽹侧逆变器。
就空间位置⽽⾔，变流器和风机总控系统⼀般放在塔筒底部，其余主要部件均位于塔顶。
2.⼯作原理：系统中能量传递和转换路径为：风⼒机把捕获的流动空⽓的动能转换为机械能，直驱系统中的永磁同步发电机把风⼒机传递的机械能转换为频率和电压随风速变化⽽变化的不控电能，变流器把不控的电能转换为频率和电压与电⽹同步的可控电能并馈⼊电⽹，从⽽最终实现直驱系统的发电并⽹控制。
3.控制模式：风⼒发电机组的控制系统是综合性控制系统。
它不仅要监视电⽹、风况和机组运⾏参数，对机组运⾏进⾏控制。
⽽且还要根据风速与风向的变化，对机组进⾏优化控制，以提⾼机组的运⾏效率和发电量。
风⼒发电控制系统的基本⽬标分为三个层次：分别为保证风⼒发电机组安全可靠运⾏，获取最⼤能量，提供良好的电⼒质量。
控制系统主要包括各种传感器、变距系统、运⾏主控制器、功率输出单元、⽆功补偿单元、并⽹控制单元、安全保护单元、通讯接⼝电路、监控单元。
具体控制内容有：信号的数据采集、处理，变桨控制、转速控制、⾃动最⼤功率点跟踪控制、功率因数控制、偏航控制、⾃动解缆、并⽹和解列控制、停机制动控制、安全保护系统、就地监控、远程监控。
⼀、系统运⾏时控制：1、偏航系统控制：偏航系统的控制包括三个⽅⾯：⾃动对风、⾃动解缆和风轮保护。
1)⾃动对风正常运⾏时偏航控制系统⾃动对风，即当机舱偏离风向⼀定⾓度时，控制系统发出向左或向右调向的指令，机舱开始对风，当达到允许的误差范围内时，⾃动对风停⽌。
2)⾃动解缆当机舱向同⼀⽅向累计偏转2~3圈后，若此时风速⼩于风电机组启动风速且⽆功率输出，则停机，控制系统使机舱反⽅向旋转2~3圈解绕；若此时机组有功率输出，则暂不⾃动解绕；若机舱继续向同⼀⽅向偏转累计达3圈时，则控制停机，解绕；若因故障⾃动解绕未成功，在扭缆达4圈时，扭缆机械开关将动作，此时报告扭缆故障，⾃动停机，等待⼈⼯解缆操作。
风力发电机独立变桨控制技术系统级优化研究
是 一 个 非 线 性 时 变 的 反 馈 系 统 风 力 发 电 机 的 参
大 的 应 力 施 加 在 风 力 发 电 机 的 叶 片 和 塔 架 上 ． 导
令 ｅ ＝ （ ｅ ｌ ， ｅ ， … ｅ ，） ，选 定 以下 Ｌ ｙ ａ ｐ ｕ ｎ ｏ ｖ函 数
Ｖ （ ｅ ， ） ＝ ∑ （ ｔ ） Ｔ ｐ ｅ ， （ ） ＋ Ｉ ｒ ［ （ Ａ － Ａ ｆ （ ） ） ～ ｍ
２ 控制算法设计
良 好 的 抗 干 扰 和 鲁 棒 控 制 性 能 使 得 ＭＲＡＣ 在
（ ７）
【 Ｐ （ ￡ ） （ ｔ ） 一 Ｆ～ Ａ （ ｔ ） ＝ ０
ｌ Ｘ （ ０） ： Ｘ Ｍ ｉ ０ 式 中 ：Ｘ ∈Ｒｍ为 该 模 型 的 状 态 向 量 ； Ｕ ∈Ｒ一 为 该
利 用 变 速 恒 频 控 制 技 术 根 据 风 速 相 应 地 控 制 发 电 机 转 速 ． 这 样 可 以 使 风 力 发 电 机 工 作 在 最 佳 功 率 捕 捉 状 态 。 在 该 控 制 过 程 中 ． 不 断 追 踪 最 佳 功 率 ．实 际 上 就 是 要 求 风 能 利 用 系 数 最 大 。 当 风 速 高 于 额 定 风 速 ． 由 于 风 力 发 电 机 的 机
其 中
ｆ
机 输 出 功 率 大 于 额 定 功 率 时 ．通 过 增 大 桨 距 角 ． 减小 风 力发 电机 的输 出功 率使 之 维 持 在额 定 功率 ： 当 输 出 功 率 小 于 额 定 功 率 时 ． 通 过 减 小 桨 距 角 使 风 力发 电机 的输 出功 率维 持在 额 定功 率【
直驱式风力发电机组变桨系统控制
直驱式风力发电机组变桨系统控制直驱式风力发电机组是风力发电机的一种，这里我们对直驱风力发电机组的变桨系统控制进行简单探讨。
1 直驱式风力发电机组简介直驱永磁风力发电机取消了沉重的增速齿轮箱，发电机轴直接连接到叶轮轴上，转子的转速随风速而改变，其交流电的频率也随之变化，经过置于地面的大功率电力电子变换器，将频率不定的交流电整流成直流电，再逆变成与电网同频率的交流电输出。
无齿轮箱直驱风力发电机，多沿用低速多极永磁发电机，并使用一台全功率变频器将频率变化的风电送入电网。
直接驱动式风力发电机组由于没有齿轮箱，零部件数量相对传统风电机组要少得多。
其主要部件包括：叶轮叶片、轮毂、变桨系统、发电机转子、发电机定子、偏航系统、测风系统、底板、塔架等（如图 1.1所示）。
1.1直驱型风力发电机总体设计方案直驱型风力发电机组采用水平轴、三叶片、上风向、变桨距调节、直接驱动、永磁同步发电机并网的总体设计方案，相对于传统的异步发电机组其优点如下：（1）由于传动系统部件的减少，提高了风力发电机组的可靠性和可利用率；（2）永磁发电技术及变速恒频技术的采用提高了风电机组的效率（3）机械传动部件的减少降低了风力发电机组的噪音；（4）可靠性的提高降低了风力发电机组的运行维护成本；（5）机械传动部件的减少降低了机械损失，提高了整机效率；（6）利用变速恒频技术，可以进行无功补偿；（7）由于减少了部件数量，使整机的生产周期大大缩短。
2 直驱风力发电机组变桨特性叙述直驱型风力发电机组为变桨距调节型风机，叶片在运行期间，它会在风速变化的时候绕其径向轴转动。
因此，在整个风速范围内可能具有几乎最佳的桨距角和较低的切入风速。
在高风速下，改变桨距角以减少功角，从而减小了在叶片上的气动力。
这样就保证了叶轮输出功率不超过发电机的额定功率。
对于变桨距调节后对的功率特性的影响等等问题，这里我们将对机组叶片上的气动性能进行分析，从而进一步的了解变桨后，对风力发电机组的性能影响2.1 不同变桨角度下的特性根据叶素理论，当一个叶素在流畅中运动时，叶素的上表面是负压力（吸力）；下表面是正压力。
直驱式永磁同步风力发电机变速变桨距控制
直驱式永磁同步风力发电机变速变桨距控制变桨距是最常见的控制风力发电机组吸收风能的方法。
变桨距控制会对所有由风轮产生的空气动力载荷产生影响。
直驱式永磁风力发电机组一旦达到额定转矩，载荷转矩就不能继续增加，但风速还在增加，所以转速也开始增加，应用变桨距控制调节转速，使转速不超过上限，并由变流器保证载荷转矩恒定不变。
通常PI或PID调节器调节桨距角就可以满足要求，在有些情况下要用滤波器对转速误差进行处理，以防止过度的桨距动作。
一、变速变桨距控制概述1.基本控制要求在额定风速以下时，风力发电机组应该尽可能捕捉较多风能，所以这时没有必要改变桨距角，此时的空气动力载荷通常比在额定风速以上时的动力载荷小，也没有必要通过变桨距来调节载荷。
在额定风速以上时，变桨距控制可以有效调节风力发电机组的吸收功率及风轮产生的载荷，使其不超出设计的限定值。
而且为了达到良好的调节效果，变桨距应该对变化的情况作出迅速的反应。
这种主动控制器需要仔细设计，因为它会与风力发电机组的动态特性相互影响。
随着叶片攻角的变化，气流对风轮的作用力也会随之发生改变，这就会导致风力发电机组塔架的振动。
随着风速的增加，为了保持功率恒定，转矩桨距角也随着增加，风轮所受到的力将会减小。
这就使塔架的弯曲减小，塔架的顶端就会向前移动引起以风轮为参照物的相对风速的增加。
空气动力产生的转矩进一步增加，引起更大的调桨动作。
显然，如果变桨距控制器的增益太高会导致正反馈不稳定。
2.主动失速变桨距在额定风速以下时，桨距角设定值应该设置在能够吸收最大功率的最优值。
按照这个原则，当风速超过额定风速时，增大或减小桨距角都会减小机组转矩。
减小桨距角，即将叶片前缘转向背风侧，通过增大失速角来调节转矩，使升力减小，阻力增加，称为主动失速变桨距。
尽管顺桨是更常见的控制策略，但是有些风力发电机组采用主动失速变桨距的方法，通常称为主动失速。
向顺桨方向变桨距比主动失速需要更多的动态主动性，一旦大部分叶片失速，就没有足够的变桨距调节来控制转矩。
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。
直驱风力发电模糊PID变桨距控制
的直 驱风 力发 电 系统 ，无 需外 部提 供励磁 电源 ，把
永磁 发 电机 的变 频 的交流 电通过 变频 器转变 为 电网 同频 的 交流 电 ， 做 到 风力机 与 发 电机 的直接 藕合 ， 省去 齿轮 箱 ， 大减 小 系统 运行 噪声 ， 高 可靠性 ， 大 提 降低 系统 成本 ，成 为 当前风 力发 电 的研 究 热 点 。
、 Ｉ
匐 似
盛 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
直 驱 风 力发 电 模 糊 Ｉ 变 桨 距控 制 ＰＤ
（ 长沙学 院电子 与通 讯工 程系 ，湖南 长沙 ４ ０ ０ ） １ ０ ３
摘
要 ：文章对直驱型风力发电系统的结构进行了分析 ，研究 了变速恒频系统 的变 桨距控制策 略。基 于常规 ＰＤ 制和 模糊控制的原 理 ， Ｉ控 结合实际工况和控制 目标提 出模糊 ＰＩ Ｄ控制 ， ＭＡＴ ＡＢ 在 Ｌ 平台下进行仿真 ，结果表明模糊 ＰＤ能有效地对 桨距 角进 行控制。 Ｉ 关键词 ：直驱 ；风力发电 ；变桨距 ；模糊 ＰＤ控制 Ｉ
风 力机 上 的机 械应 力 ；其 次通 过 对发 电机 转子 交流 励磁 电流 幅值频 率 和相 位可 调 的控制 ，实 现 了变速
机 将 捕 获 的风 能 以机 械能 的 形 式驱 动 永磁 发 电机 ，
（ ｅ ｔｏ ｉｓ＆ ｃ Ｅｌｃｒ ｎｃ ｏｍｍｕ ｉａ ｉｎ ｅ ｇｎ ｅ ｉｇｄ ａｒ ｎｃ ｔ ｎ ｉｅ ｒ ｅｐ ｔ ｏ ｎ ｍｅｎ ｆＣｈ ｎ ｓ ａ ｃ ｌ ｇ ， ａ ｇ ｈ ４１ ０ ３， ｉａ） ｔｏ ａ ｇ ｈ ｏｌ ｅ Ｃｈ ｎ ｓ ａ， ０ ０ Ｃｈｎ ｅ
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°。
永磁直驱式变桨距风力发电机组的建模与控制
永磁直驱式变桨距风力发电机组的建模与控制1 引言永磁直驱式风力发电机组是我国风力发电机组的主流机型之一。
永磁风力发电机通过增加极对数，降低发电机转速，从而能够与风力机直接相连，取消了增速齿轮箱。
由于没有传统风力发电系统故障率很高的齿轮箱，直驱式风力发电系统稳定性和效率大大提高，且有效地抑制了噪声，具有比较广泛的市场应用前景。
图1 风力发电系统结构2 永磁直驱式并网型变桨距风力发电机组的结构永磁同步发电机的同步速较低，输出电压较低。
考虑到电网电压较高，电网与电机之间的能量变换装置，必须要有较大幅度的升压能力。
考虑到变压器体积较大，实际系统中，发电机组运送到塔顶成本较高，所以本文采取方法是直流母线侧先升压再进行并网逆变。
本文采用的机组方案如图1所示。
图2 桨距调节控制系统3 风力机的建模风力机建模一般只考虑其风能利用系数而忽略风力机的空气动力学过程。
本文即采用风力机的风能利用系数来建立其仿真模型。
图3 机侧电流内环控制系统风力机仿真模型的建立主要基于以下三个方程：(1)这里Cp-λ曲线采用文献[1]中给出的公式：(2)其中： (3)采用c1=，c2=116，c3=，c4=5，c5=21，c6=。
考虑到是发电机，建模时转矩要取反。
图4 网侧逆变器电流内环控制系统4 控制系统的设计桨距调节控制系统的设计当系统存在显著的不确定因素时，设计高精度的控制系统，必须研究控制系统在不确定情况下的鲁棒性。
PID控制器能够在很宽的运行条件下具有比较好的鲁棒性，并且形式简单，易于操作。
这里采用PID控制器来进行机组在高风速区的桨距调节。
变桨距风力发电系统在低风速区进行最大风能跟踪，节距角为零，即不进行变桨距调节。
图5 网侧逆变器电压外环控制系统风力机和发电机不经过增速齿轮箱而直接联接，传动系统的动态方程如下[4]：(4)式中，J是风轮转动惯量；ω是风轮转动的角速度；B是发电机的摩擦系数；Ta是风轮的气动转矩；Te是发动机获得的电磁转矩。
风力发电机组变桨距控制策略
2023-11-10CATALOGUE 目录•风力发电机组简介•变桨距控制策略的基本理论•变桨距控制策略的实现方法•变桨距控制策略的优化方法•变桨距控制策略在实际中的应用及案例分析01风力发电机组简介风力发电机组的基本构造风力发电机组的核心部件，由叶片和轮毂组成，用于捕捉风能并将其转化为机械能。
风轮齿轮箱发电机塔筒连接风轮和发电机的重要部件，将风轮的转速提升到发电机所需的速度。
将机械能转化为电能的重要部件，由定子和转子组成。
支撑风轮和发电机的高耸结构，通常由钢铁或混凝土制成。
风力发电机组通过旋转的风轮捕捉风的动能，并将其转化为机械能。
风的捕捉机械能的转化电能的产生机械能通过齿轮箱的传递，将转速提升到发电机所需的速度。
发电机将机械能转化为电能，通过电缆输送到电网。
03风力发电机组的运行原理0201按风向分类水平轴风力发电机组和垂直轴风力发电机组。
水平轴风力发电机组的风轮轴与地面平行，而垂直轴风力发电机组的风轮轴与地面垂直。
风力发电机组的分类按容量分类小型、中型和大型风力发电机组。
小型风力发电机组的功率通常在几百瓦到几千瓦之间，中型风力发电机组的功率在几兆瓦到几十兆瓦之间，而大型风力发电机组的功率通常在几百兆瓦到几兆瓦之间。
按运行原理分类恒速风力发电机组和变速风力发电机组。
恒速风力发电机组的风轮转速保持不变，而变速风力发电机组的风轮转速可以根据风速进行调整。
02变桨距控制策略的基本理论变桨距控制是一种用于调节风力发电机组功率输出的技术，通过改变桨叶的桨距角实现对风能捕获的优化控制。
在风速较高时，通过减小桨距角增加风能捕获，以提升发电机组的功率输出；在风速较低时，通过增大桨距角减小风能捕获，以避免过度捕获风能导致发电机组振动和疲劳损坏。
变桨距控制的概念和意义变桨距控制系统的基本结构变桨距控制系统主要由传感器、控制器和执行器组成。
传感器负责监测风速、风向和发电机组运行状态；控制器根据传感器信号和预设的控制逻辑对执行器进行指令输出；执行器根据指令调整桨叶的桨距角。
风力发电变桨控制系统设计研究
前言 风力发电机组是实现风能与电能转换的重要装置，对发电
机组进行深入研究更有助于提高其运行效率。因此，在实践工 作中相关工作人员应该对双馈异步发电机的变桨控制系统加以 研究，进而实现该系统的优化设计，为保证双馈异步发电机的 有效运行奠定基础。
1 双馈异步发电机组概况
双馈异步发电机是一种十分常见的风能发电机组，其整体 由五大装置和四大系统构成，其中变桨控制系统是机组的核心 所在。此类型发电机组具备局部功率变频的特点，所以当其出 现电压跌落时极容易引发脱网问题[1]。在双馈异步发电机组运 行环节，主要以风轮捕获风能，该装置是风机的重要部件，其 运行有效性将会对发电机组的能量转换效率产生直接影响。当 叶片处于最佳桨距角位置时，可跟踪最大风能，风轮吸收功率 与风速成正比关系，发电机组将基于定将距模式运行。
2.2 低电压穿越时的变桨控制器设计 低电压穿越即LVRT，意味着即便大电机组并网点的电压 跌落，其依旧可不脱网运行，而且还能在此期间为电网供应无 功功率，进而辅助电网恢复正常。从本质上来说，LVRT属于发 电机组并网运行环节的特殊运行功能要求，在不同地区这一要 求的具体内涵大相径庭，在实际作业环节需要依照具体要求保 持发电机组不脱网运行。 （1）控制对象模型 设计LVRT控制器的根本目的，是解决因电压跌落而导致 的功率波动和超速问题，要基于变桨PI控制器来保证低电压穿 越环节的发电机组能不出现大幅度功率波动，并且可迅速恢复 功率。在此环节，需要明确风力发电机组的传动链运动方程：
TECHNOLOGY AND INFORMATION
工业与信息化
风力发电变桨控制系统设计研究
冯晓超 詹云霄 江苏龙源风力发电有限公司 江苏 南通 226014
摘 要 如今，风力发电十分普遍，为保障电力供应充足做出了极大贡献。在此环节，相关工作人员极为重视风力 发电的变桨系统控制工作。基于此，本文着眼于双馈异步发电机，对此类发电机组的特性进行了分析，并对其变桨 控制系统设计要点进行了论述，希望能为相关工作人员带来参考。 关键词 风力发电；变桨控制系统；系统设计；发电机组
风力发电机组变桨系统分析
目录摘要： (2)一、变桨系统论述 (2)（一）变桨距机构 (2)（二）电动变桨距系统 (3)1. 机械部分 (4)2. 气动制动 (5)二、变桨系统 (5)（一）变桨系统的作用 (5)1. 功率调节作用 (5)2. 气动刹车作用 (5)（二）变桨系统在轮毂内的拓扑结构与接线图 (7)三、变桨传感部分 (9)（一）旋转编码器 (9)（二）接近开关 (10)四、变桨距角的调节 (11)（一）变桨距部分 (11)（二）伺服驱动部分 (12)总结 (14)参考文献： (14)致谢 (15)风力发电机组変桨系统分析摘要：风能是一种清洁而安全的能源,在自然界中可以不断生成并有规律得到补充,所以风能资源的特点十分明显,其开发利用的潜力巨大。
本文对大型的兆瓦级风力发电机变桨系统做简单的介绍。
变速恒频技术于20世纪90年代开始兴起，其中较为成功的有丹麦VESTAS的V39/V42-600KW机组和美国的Zand的Z-40-600KW机组。
变速恒频风力发电机组风轮转速随着风速的变化而变化，可以更有效地利用风能，并且通过变速恒频技术可得到恒定频率的电能。
变速恒频机组的显著优点已得到风力机生产厂和研究机构的普遍承认，将成为未来的主流机型。
但变速恒频风力机组仅通过电机自身调节要达到减小风速波动冲击的目的是很困难的，因为自然界中风速瞬息万变，特别是在额定风速以上工况，风力机有可能受到很大的静态或动态冲击。
但是变桨风机不会产生此类情况，变桨距是指大型风力发电机安装在轮毂上的叶片借助控制技术和动力系统改变桨距角的大小从而改变叶片气动特性，使桨叶和整机的受力状况大为改善。
近年来，电动变桨距系统越来越多的应用到风力发电机组当中，直驱型风力发电机组为变桨距调节型风机，叶片在运行期间，它会在风速变化的时候绕其径向轴转动。
因此，在整个风速范围内可能具有几乎最佳的桨距角和较低的切入风速，在高风速下，改变桨距角以减少功角，从而减小了在叶片上的气动力。
风力发电机组变桨系统的设计与优化
风力发电机组变桨系统的设计与优化1. 引言风力发电是一种可再生能源的重要组成部分，风力发电机组的性能直接影响着发电效率和运行成本。
变桨系统作为风力发电机组的核心部件之一，对于风力发电的效率和可靠性具有重要作用。
本文将探讨风力发电机组变桨系统的设计与优化，旨在提高发电效率和降低运行成本。
2. 风力发电机组的变桨系统风力发电机组变桨系统主要包括桨叶、桨叶轴承、变桨机构和控制系统等部分。
桨叶通过变桨机构连接到发电机组的主轴上，根据风速和转速的变化，调节桨叶的角度以获得最佳发电效果。
变桨系统的设计和优化将直接影响发电机组的功率输出和系统的可靠性。
3. 变桨系统的设计原则（1）轻量化设计：桨叶是风力发电机组的核心部件，其质量直接影响转速和稳定性。
因此，在变桨系统的设计中，需要选择轻量化材料，并合理设计桨叶的结构，以降低整体质量，提高转速和响应速度。
（2）可靠性设计：风力发电机组通常处于复杂的气候环境下运行，如强风、冰雪等。
因此，变桨系统的设计需要考虑系统的可靠性和抗风能力，确保在恶劣环境下仍能正常运行。
（3）高效控制：变桨系统的控制是关键，需要根据风速和转速的变化，实时调节桨叶的角度，以获得最佳的发电效果。
因此，需要采用高效的控制算法和传感器，提高响应速度和控制精度。
4. 变桨系统的优化方法（1）结构优化：通过有限元分析等方法对桨叶和变桨机构的结构进行优化，以提高刚度和辨识度，降低振动和噪声，并达到减负荷的效果。
（2）控制算法优化：通过数学建模和仿真，针对不同的风速和转速，优化变桨系统的控制算法，确保桨叶角度的调节与实际运行环境的需求相匹配。
（3）传感器优化：选择高精度和高可靠性的传感器，如风速传感器和角度传感器，准确获取变桨系统所需的实时数据，并将其输入到控制系统中。
5. 变桨系统的未来发展趋势（1）智能化：随着人工智能和大数据技术的快速发展，未来的变桨系统将趋向于智能化，可以通过学习和优化算法，自动调整桨叶的角度，并根据实时数据进行预测和预防故障。
风力发电机组变桨系统的设计
风力发电机组变桨系统的设计胡国强【摘要】为了解决风力发电机组在复杂多变的风况下,能够基本保持其发电机稳定运转的问题,将PLC、变频器技术应用到风力发电机的变桨系统中.开展了变桨系统自动控制的分析,建立了PLC、变频器和变桨电机之间的关系,利用PLC及PLC的模拟量输入模块对风电场自然风风速以及风力发电机组3片桨叶的桨距角度进行了数据信息的采集,并自动进行了内部数据的处理；然后再通过对变频器的输出控制进而控制变桨电机的工作状态,使3片桨叶旋转到与自然风风速相对应的桨距角度.在发电机能自动保持稳定运转的基础上,对其性能进行了评价.分析和验证结果表明,该系统实现了对风力发电机组变桨系统的自动控制.%In order to solve the problems that the wind generator set in the complex wind condition can basic maintain the stability running, the PLC, frequency changer technology was investigated to the wind power generators change oars system. After the analysis of change oars system automatic control, the relationship between the PLC, frequency changer, and the change oars motor was established. The PLC and PLC analogue inputs module were used to collect the natural wind speed and the wind power generators three blades's angle data information,and the internal data was processed automatically. Through the control of frequency changer output, and then the change oars motor working condition was controlled, making three piece of blades rotate on and natural wind speed with the oars angle of the corresponding. The performance was evaluated on the condition that the generator can automatically remain stable operation. Through theanalysis and verification,the results show that the system realizes the automatic control of the wind power generators change oars system.【期刊名称】《机电工程》【年(卷),期】2012(029)005【总页数】5页(P588-592)【关键词】风力发电机;变桨;编码器;可编程控制器;变频器【作者】胡国强【作者单位】上海电气风电设备有限公司,上海201306【正文语种】中文【中图分类】TP13;TM6140 引言在传统能源日渐匮乏、核能事故频发的今天，风力发电作为新型绿色能源，为全世界所倡导。
风力发电机偏航控制系统的研究
风力发电机偏航控制系统的研究一、本文概述随着全球对可再生能源需求的持续增长，风力发电作为一种清洁、可再生的能源形式，已在全球范围内得到了广泛的关注和应用。
风力发电机（Wind Turbine）作为风力发电系统的核心设备，其运行效率和稳定性对于整个系统的性能至关重要。
偏航控制系统作为风力发电机的重要组成部分，对于确保风电机组的安全运行和最大化能量捕获具有关键作用。
本文旨在深入研究风力发电机偏航控制系统的原理、设计及其在实际应用中的性能表现。
文章首先介绍了风力发电机的基本工作原理和偏航控制系统的基本构成，为后续的研究提供了理论基础。
接着，文章详细分析了偏航控制系统的关键技术和控制策略，包括传感器技术、执行机构、控制算法等，并探讨了这些技术和策略对风力发电机性能的影响。
在此基础上，文章通过实验和仿真研究，评估了不同偏航控制策略在实际应用中的效果，为优化风力发电机偏航控制系统提供了有益的参考。
文章还讨论了风力发电机偏航控制系统面临的挑战和未来的发展趋势，为相关领域的研究者和工程师提供了有价值的参考信息。
通过本文的研究，期望能够为风力发电机偏航控制系统的设计、优化和应用提供有益的指导，推动风力发电技术的发展，为实现全球能源转型和可持续发展做出贡献。
二、风力发电机概述风力发电机是一种利用风能转换为电能的装置，其工作原理基于风的动力学特性和电磁感应原理。
风力发电机通常由风轮（也称为风叶或转子）、发电机、塔筒和基础等部分组成。
风轮由多个风叶组成，当风吹过风叶时，风叶受到风力作用而旋转，进而带动发电机转动，发电机中的磁场与导体产生相对运动，根据电磁感应原理，导体中会产生感应电动势，从而产生电能。
风力发电机具有清洁、可再生、无污染等优点，是当前全球范围内大力推广的可再生能源发电方式之一。
风力发电机的装机容量和单机容量不断增大，技术也在不断进步，从最初的定桨距失速型发展到变桨距调节型，再到目前最先进的主动偏航控制系统，风力发电机的性能和稳定性得到了显著提升。
直驱式永磁同步风力发电机控制与运行概述
直驱式永磁同步风力发电机控制与运行概述一、直驱式永磁同步风力发电机运行区间根据风力机的功率特性把风速划分为5个区间：①风速低于切入风速；②风速在切入风速和额定转速之间；③风速超过风轮额定转速，发电机组运行在恒转速区；④风速继续增大到切出风速以下，发电机运行在恒功率区；⑤风速大于切出风速。
风力发电机组运行区域如图7-1所示。
图7-1 风力发电机组运行区域（1）停机模式。
风力机在风速小于切入风速或大于切出风速时，风能转化效率为零，称为停机模式。
当风速低于风力机的切入风速时，其产生的功率很小甚至低于内部消耗的功率，因此处于停机模式，此时叶片处于完全顺风状态，风力机的机械制动器处于开启状态；当风速超过风力机的切出风速时，为了保护风力机的安全，叶片被调至完全顺桨状态，风力机转速也下降为零，风力机将被锁定进入停机模式。
其他3个风速区间是风力发电机的正常运行状态，为了捕获到更多的风能，同时保证发电机组的安全运行，在不同的风速阶段对桨距角采用了不同的控制策略。
（2）最佳叶尖速比运行区。
即第②区间，即图7-1的AB区间。
当风速超过切入风速时，风力发电机组开始作为发电机运行。
此时要调节桨距角到最佳值使风能利用系数C恒定为最大值，以保证风力发电机组运行在最大功率点跟踪状p态。
（3）恒转速运行区间。
即第③区间，即图7-1的BC区间。
为了保证风力发电机组的安全稳定运行，一般都会根据风力发电机组的特性设定一个额定风速点对应图7-1中B点的速度，这个额定风速点应小于发电机的额定转速。
当风力机转速超过额定风速点时，随着风速的继续增大，要调节桨距角使Cp值减小，以保证风力发电机组进入恒转速区间。
但此时发电机的功率随风速的增加而增加，但仍然在额定功率以下。
（4）恒功率运行区间。
即第④区间，即图7-1中的CD段。
当风速继续增大，不仅发电机转速到达其额定值，同时发电机的输出功率也到达额定功率。
此时如果仍然按照最大风能捕获的控制策略将会使发电机的输入功率大于输出功率，发电机组将会导致“飞车”而使整个机组脱网。
风力发电机组系统学习之变桨系统
变桨控制原理与功能
导流帽
轮毂
轮毂变 桨控制 柜
变桨限 位撞块
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轮毂罩 分隔壁
极限工作位置 开关
变桨制动器
缓冲器 变桨接 近开关
4
变桨控制原理与功能
变桨系统是如何实现的？
- 从站PLC控制操作 - 电气变桨系统，3个通过变频器控制的辅助马
达间接变速装置（伺服电机）。 - 机舱内的电池系统。
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15:36
22
电缆固定的不好
变桨电机
电缆固定的好
刹车继电器
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23
60 0° position
50
叶片垂直向下是，变桨从0度转向86度
(Nm) (A)
40
86° position
变桨力矩
30
电流
20
10
0 0
15:36
5000
10000
15000
20000
(ms)
25000
30000
35000
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39
快速停机fast stop
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安全停机safety stop
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紧急停机emergency stop
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超速停机over speed stop
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完
谢谢
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• 电网掉电的应急措施
– 为控制回路提供电源 – 为变桨系统提供电源
电池系统
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电池系统
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电池系统
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电池系统
风力发电机组变桨系统设计原理解析
风力发电机组变桨系统设计原理解析风力发电机组是一种利用风能转化为电能的装置，其中变桨系统是其重要组成部分。
本文将从设计原理的角度对风力发电机组变桨系统进行深入解析。
一、风力发电机组概述风力发电机组是利用风能转动叶片，通过传动系统驱动发电机发电的设备。
其工作原理是当风速达到一定程度时，叶片受到风的作用而转动，进而带动转子旋转，驱动发电机发电。
而变桨系统则在风力发电机组运行过程中起着至关重要的作用。
二、变桨系统功能风力发电机组在运行过程中，受到风速的影响较大。
为了更好地利用风能，确保发电机组的稳定性和安全性，变桨系统被设计为一个关键的控制系统。
其主要功能包括：1. 调节叶片角度，使风力发电机组在不同风速下的转速和输出功率保持在合适的范围内；2. 在风速发生突变或超出限定范围时，自动调整叶片角度，保障风力发电机组的安全运行；3. 提高风力发电机组的整体效率，最大限度地利用风能资源。
三、变桨系统设计原理1. 变桨系统传动机构变桨系统的传动机构通常由变桨电机、减速器和转动叶片的机械结构组成。
变桨电机通过减速器驱动叶片转动，控制叶片的角度。
减速器的设计是为了将电机高速输出的转矩通过减速装置转化为叶片所需要的低速高转矩输出。
2. 变桨系统控制原理变桨系统的控制原理主要包括两种方式：定时控制和传感器反馈控制。
定时控制是通过风力发电机组的控制系统按照预设的时间对叶片进行角度调整；传感器反馈控制则是通过传感器实时监测风速和叶片位置，根据监测数据对叶片的角度进行调整。
3. 变桨系统安全保护为了保证风力发电机组的运行安全，变桨系统还配备有多种安全保护装置。
例如，当风力发电机组运行中出现极端状况时，比如风速过大或传感器失效等，变桨系统会自动切断电源，避免事故的发生。
四、变桨系统的发展趋势随着风力发电技术的不断发展，变桨系统也在不断创新和完善。
未来的风力发电机组变桨系统将更加智能化、自动化和高效化。
例如，采用先进的控制算法和传感技术，实现对叶片角度的精准控制，提高风力发电机组的发电效率。
风力发电机液压变桨系统与电动变桨系统对比分析
风力发电机液压变桨系统与电动变桨系统对比分析摘要：风力发电机组变桨系统通过对叶片桨距角的控制调节发电机输出的扭矩和功率，使其能够控制发电机转速使其跟踪风速变化。
文章针对目前流行的两种变桨系统进行研究，并指出液压变桨系统和电动变桨系统在使用维护中存在的优缺点。
关键词：风力发电机组叶片桨距角控制扭矩和功率控制并网型风力发电机组是将风的动能转换成机械能，再把机械能转换成电能并入电网。
由于风速随时发生变化，因此长期运行在野外的风力发电机组承受着十分复杂恶劣的交变载荷。
所以风力发电机组各个部件的疲劳强度、材料结构和控制策略是影响风力发电机组寿命的主要因素。
叶轮是扑捉风能的关键部件，叶轮是由叶片和轮毂组成。
叶片具有空气动力外形，在气流的作用下产生力矩驱动叶轮转动，通过轮毂和主轴将扭矩传递到齿轮箱增速来驱动发电机，再经过变流器把电压转换成和电网电压频率，幅值和相位完全一致后经箱变并入电网，由此完成能量的变换。
变桨控制系统通过控制对叶片的迎风角度能够获取更多的风能，并减小因阵风引起的载荷，因此取得了广泛应用。
变桨系统能够控制发电机转速使其跟踪风速变化，时刻跟踪风能利用系数Cp，通过对变桨系统的控制可以对输出扭矩和功率进行控制，保持最佳功率曲线。
变桨距控制系统通过控制连接在轮毂轴承机构转动叶片来控制叶片桨距角，由此来减小翼型的升力来控制叶轮的转速达到控制输出扭矩和功率的目的。
变桨距系统可根据风速连续调节叶片的桨距角，以便达到在额定风速以上能够保持输出功率恒定的的目的。
一般在额定风速以下，叶片的启动桨距角是87度左右，当风力发电机在启动的过程中桨距角逐渐向0度方向转动，此时气流在轮毂上产生的提升力逐渐增加，叶轮越转越快，当达到额定转速时风机并网运行，所以控制叶片的桨距角是变桨控制系统的关键。
1 液压变桨系统的原理与结构液压变桨距的控制原理就是控制系统通过检测信号驱动液压系统，使液压系统变桨缸直接运行，从而通过一个运动装置将直线运动变为圆周运动，来推动带有轴承的叶片转动，实现调节桨距角的目的。
风力发电机组变桨系统的设计
Ｌ 的扩展模块 （ 模拟量输入模块 Ｆ 一 Ａ ）用于测风 Ｘ ２Ｄ ， 片桨叶的变桨轴承各装有桨距零位标记 ， 确定好零位 Ｐ Ｃ 个变桨角度编码器选用的是 位置后 ， 本研究在距离零位 的９ 。 ６位置处安装 了 １和９ 。 速仪信号的输入及变换。３
胡 国 强
（ 上海 电气 风 电设 备有 限公 司 ，上海 ２ １０ ） ０ ３６
摘要 ：为了解决风力发电机组在复杂多变的风况下 ， 能够基本保 持其发 电机稳定运转 的问题 ， Ｐ Ｃ 变频器技术应用到风力发电机 将 Ｌ、 的变桨 系统 中。开展了变桨系统 自动控制的分析 ， 建立 了Ｐ Ｃ、 Ｌ 变频器和变桨 电机之间 的关 系， 利用Ｐ Ｃ Ｐ Ｃ的模 拟量输 入模块 Ｌ及 Ｌ 对风 电场 自然风风速 以及风力发电机组 ３ 片桨叶的桨距 角度进行 了数据信息的采集 ， 自动进行 了内部数据的处理 ； 并 然后再通过对 变频器 的输 出控制进而控制变桨电机的工作状态 ， ３ 使 片桨叶旋转到与 自然风风速相对应 的桨距角度 。在发电机能 自动保持稳定
两个 施 耐德 公 司生 产 的 ， 型号 为 Ｘ Ｋ １６ Ｈ２ 的滚 珠 Ｂ ｕ ｒ Ｃ Ｊ ７ ９ １ ａｍｅ绝对 值 光 电编 码器 ， ２ Ｃ电源供 电 ， ５ 用 ４ＶＤ 有
具体可以看桨距角编码器波形图， 如图２ 摆 杆 型 限位开 关 。９ 。 １限位 开关 是顺 桨 停 止角 度 ，９。 个信号输入端 ， ６
收稿 日期 ：０ １— ４ ２ １－ ０ ２ １
本 研究 主要介 绍风 力发 电机组 变桨 系统 的设计 。
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直驱式风力发电机组变桨调速控制系统研究
直驱式风力发电机组变桨调速控制系统研究
摘要：风力发电是一种清洁、可再生的能源，受到越
来越广泛的关注和重视。
作为风力发电机组的核心部件之一，变桨调速系统对于提高风力发电机组的效率和性能至关重要。
本文基于直驱式风力发电机组的特点，对其变桨调速控制系统进行了深入的研究和探讨，并提出了一种改进的控制策略。
关键词：直驱式风力发电机组；变桨调速控制系统；控制策略；效率；性能
1. 引言
风力发电是利用风能转化为电能的一种可再生能源。
相比于传统的能源资源，风力发电具有无污染、可再生、秩序性等特点，被广泛应用于电网供电和离网供电。
而风力发电机组作为风力发电系统的关键组成部分之一，其效率和性能直接影响整个风力发电系统的发电能力和运行稳定性。
因此，对于风力发电机组的变桨调速控制系统进行深入研究和优化具有重要意义。
2. 变桨调速控制系统的工作原理
变桨调速控制系统主要由传感器、执行器、控制器等组成，其工作原理如下：
首先，传感器采集风力发电机组的转速、风速等参数，并将其传输给控制器；
控制器根据传感器传输的参数进行计算，确定当前工况下的最佳叶片角度；
执行器根据控制器给出的指令，调整风力发电机组的叶片角度，从而控制转速和输出功率。
3. 直驱式风力发电机组的特点
直驱式风力发电机组相比于传统的齿轮驱动式风力发电机组具有更高的效率和更低的维护成本。
其采用了直接将叶片与发电机轴连接的方式，无需经过传统的传动装置，避免了转动过程中的能量损失。
同时，直驱式风力发电机组的转动惯量较小，响应速度更快，能够更精准地实现变桨调速控制系统的要求。
4. 直驱式风力发电机组变桨调速控制系统的问题与挑战
尽管直驱式风力发电机组在变桨调速控制系统方面具有一定的优势，但依然面临着一些问题和挑战：
首先，直驱式风力发电机组的叶片角度调节范围较小，容易受到风速变化的影响；
其次，变桨调速系统反应速度较快，对于控制策略的要求更高，需要更高的计算精度和处理速度；
此外，直驱式风力发电机组的变桨调速系统通常采用闭环控制，但闭环控制存在一定的极值和稳定性问题。
5. 改进的控制策略研究
为了克服上述问题和挑战，本文提出了一种改进的控制策略。
具体措施如下：
首先，通过建立数学模型，分析直驱式风力发电机组的运行特性和动态响应，并探究叶片角度与风速、转速等参数之间的关系；
其次，根据数学模型，优化传感器和控制器的参数设置，以提高控制系统的稳定性和动态性能；
最后，采用模糊控制和PID控制相结合的控制策略，提高闭环控制的精度和稳定性。
6. 实验与结果分析
通过搭建实验平台，验证了改进的控制策略的有效性和可行性。
实验结果表明，相比于传统的控制策略，改进的控制策略在风
速变化、转速控制等方面具有更好的性能和响应速度，有效提高了直驱式风力发电机组的变桨调速控制系统的效率和性能。
7. 结论
本文对直驱式风力发电机组的变桨调速控制系统进行了深入的研究和探讨，并提出了一种改进的控制策略。
通过实验验证，该控制策略能够有效提高直驱式风力发电机组的效率和性能。
然而，本文还存在一些不足之处，需要进一步完善和优化。
未来的研究可以从更多的角度出发，进一步探索直驱式风力发电机组的变桨调速控制系统，为风力发电的发展做出更大的贡献。
本文对直驱式风力发电机组的变桨调速控制系统进行了研究，并提出了一种改进的控制策略。
通过建立数学模型和优化传感器和控制器的参数设置，采用模糊控制和PID控制相结合的策略，实验证明改进的控制策略能够有效提高直驱式风力发电机组的效率和性能。
然而，本文仍有一些不足之处，需要进一步完善和优化。
未来的研究可以从更多的角度出发，深入探索直驱式风力发电机组的变桨调速控制系统，为风力发电的发展做出更大的贡献。