风力发电机组变桨距系统研究
变桨距风力发电机组控制系统
控制系统的执行机构 电动变桨距机构的整体结构图
研究的主要内容
1. 风力机组的特点及运行过程 2.变桨距控制系统 变桨距控制系统 3.控制系统的执行机构 控制系统的执行机构 4.变桨距风力发电机组的模型 变桨距风力发电机组的模型 5. 对风力发电技术的展望
变桨距风力发电机组的模型 建模仿真是研究节距角的变化对风力机输出功率 的影响。 1.风轮的模型
变桨距系统
风机正常工作时， 风机正常工作时，主要采用功率控制
变桨距控制系统 变桨距调节方法可以分为三个阶段
开机阶段：当风电机达到运行条件时，计算机命令调节节 开机阶段 距角。第一步将节距角调到45°，当转速达到一定时，再 调节到0°，直到风电机达到额定转速并网发电 。 保持阶段：当输出功率小于额定功率时，节距角保持在 保持阶段 0°位置不变 。 调节阶段：当发电机输出功率达到额定后，调节系统即投 调节阶段 入运行，当输出功率变化时，及时调节距角的大小，在风 速高于额定风速时，使发电机的输出功率基本保持不变 。
变桨距风力发电机组的模型 3.系统线性化
风力机系统具有很强的非线性，通常在用模糊PID控制器时，需要建 立精确的数学模型，因此在建模过程中对系统进行线性化。 叶尖速比λ即为桨叶尖部的线速度与风速之比，由下式表示:
其中：n——风轮的转速r/s； ω——风轮转动角速度，rad/s; R——风轮直径，m。 对上式进行求导 ，对转矩公式进行线性化得
+ -
+ -
+
变桨 执行器 桨距角
-
变距 机构
风轮 系统
传动 系统
发电机
滤波器
风速信号 转速
同步转速
P
功率给定
+
S
风力发电的变桨距控制研究
二风力发电的控制系统介绍
2.1控制系统的重要性
风电机组的控制系统是一个综合控制系统。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。图2.1是风电机组工作原理图。
图2.1风电机组工作原理的框图
风力发电控制系统在风力发电系统中需要解决的基本矛盾是如何在风速变化的情况下,获得较稳定的电压输出,以及如何解决无风时的用电问题。既要考虑到风能的特点,又要考虑到用户的需要,达到实用、可靠、经济的运行效果,关键环节之一就是要有一个稳定、可靠、功能齐全的控制系统。控制系统在风电机组中的作用犹如人的大脑，进行风力发电机组的运行管理。
3.2.1（电动）变桨距执行机构
狭义的变桨距执行机构是指直接控制叶片转动部分的机械装置。现在常见的变桨距执行机构有下面几种。
（1）平行轴齿轮驱动
多用于分散控制电动变桨距系统。驱动伺服电动机通过行星齿轮减速器，在减速器的输出轴上装有驱动内齿圈的直齿轮，从而实现变桨距控制。MW及以上大型风力发电机组多采用这种结构。图3.2为平行轴齿轮结构。
2.2.3制动控制
当转速超越上限发生飞车时，发电机自动脱离电网，桨叶打开实行软刹车，液压制动系统动作，抱闸刹车，使桨叶停止转动，调向系统将机舱整体偏转90°侧风，对整个塔架实施保护。
大型风力发电机组变桨距机构分析与实验研究
收稿日期:2006-08-21.基金项目:国家863计划资助项目(2100AA512022).作者简介:单光坤(1968-),女,辽宁沈阳人,副教授,博士生,主要从事大型风力发电机组变桨距技术等方面的研究.文章编号:1000-1646(2007)02-0209-04大型风力发电机组变桨距机构分析与实验研究单光坤,刘颖明,姚兴佳(沈阳工业大学风能技术研究所,沈阳110023)摘 要:旨在确定变桨距机构的结构形式,通过精炼设计校核变桨距机构的技术参数,论证变桨距机构的合理性,确保兆瓦级风力发电机组在60m 高空稳定工作.通过不同的变桨距机构方案的对比,找出各种变桨距机构的优缺点,完成兆瓦级风力发电机组变桨距结构的确定;利用数值算法进行变桨距机构参数的精炼设计;利用实验装置验证变桨距机构的合理性.最终,兆瓦级风力发电机组采用了液压变桨距结构形式,由数值算法给出了液压变桨距结构的最大负载力矩;并利用实验装置验证完成了在地面上的变桨距机构的调试工作,证明了变桨距机构在额定工况下能正常工作.在兆瓦级风力发电机组的调试过程中变桨距机构工作正常、稳定,达到了预期设计的目标.关 键 词:大型风力发电机组;变桨距机构;载荷分析;加载试验;测试工装中图分类号:T M 614 文献标识码:APitch regulated mechanism analysis and experiment of large wind turbineSHAN Guang kun,LIU Ying ming,YAO Xing jia(Wind Ener gy Institute o f T echnolog y,Shenyang U niversity of T echnology,Sheny ang 110023,China)Abstract:The research is to determine the pitch regulated mechanism of a large w ind turbine,check the technical parameters of pitch regulated mechanism by refine design,and demonstrate the rationality of pitch reg ulated mechanism,w hich w ill ensure the stable operation of the w ind turbine on the tow er of 60meters.The different pitch regulated mechanisms w ere compared to determine their advantages andshortcom ing s and select the best mechanism.T he refine desig n for the technical parameters of pitch regulated mechanism w as done by numerical analysis method.T he rationality of pitch regulated mechanism w as demonstrated by ex periments.At last,a hydraulic pitch regulated mechanism was selected for the megawatt wind turbine.T he max imum load moment of pitch regulated mechanism w as given by numerical analysis method,and the regulation and test on the ground w ere carried out.T he pitch regulated mechanism operates normally under rated condition and the desired results have been achieved.Key words:large w ind turbine;pitch regulated mechanism;load analysis;loading test;test technolog icalequipment变桨距风力发电机组,其桨叶桨距角在电气控制下可随时调整,当风速超过额定风速后,机组可通过调整叶片桨距角,保证其转速不变,输出额定功率,提高了机组利用率;变桨距型风力发电机组,在机组并网与脱网时,通过调整叶片桨距角,可使机组输出功率到最小,这样减小了机组在并网与脱网时的冲击电流,提高了机组寿命和电网质量[1];变桨距型风力发电机组,在其进行刹车制动时,由于其可先进行叶片变距气动刹车,再进行机械刹车,这样减小了机械刹车力矩,降低了刹车对机组部件的损害,提高了机组的寿命[2].由此,变桨距型风力发电机组将会成为大型风力发电机组发展的主流.沈阳工业大学风能技术研究所自主开发设计的1MW 风机采用了变桨距的形第29卷第2期2007年4月沈 阳 工 业 大 学 学 报Journal of Shenyang University of TechnologyVol 29No 2Apr.2007式.变桨距机构作为变桨距型风力发电机的关键部件直接影响到机组的正常运行,本文对1M W 风力发电机的变桨距机构从理论上进行了精炼设计分析,从实验上论证了变桨距机构的合理性.1 变桨距机构类型变桨距机构是变桨距型风力发电机组的核心.目前国际上大型风电机组的变桨距机构主要有两种实施方案[3]:机械齿轮传动变距与液压驱动变距.机械齿轮传动变距是利用伺服电机作为原动机,经过减速器通过齿轮副,带动桨叶旋转.这种变距方案,每一片桨叶都由一套独立的电动机、减速器和齿轮副驱动,因此变距力大,但电气布线困难,并且要求三个电动机运行同步,增加了控制上的难度.由于电动机、减速器、齿轮等部件均在轮毂内,增加了风轮重量和轮毂制造难度,而且维护也极不方便.液压驱动变距是利用液压缸作为源动机,通过曲柄滑块机构推动桨叶旋转.由于液压系统输出力大,变距机构可以做得很紧凑.液压驱动变距也有两种结构:一种是通过轮毂内三个液压缸和三套曲柄滑块机构分别驱动三片桨叶.这种方案变距力很大,但存在三个液压缸同步控制难,电气布线困难,风轮重量增加,轮毂制造难度加大,维护不便等问题;另一种结构是液压站,液压缸放在机舱内,通过一套曲柄滑块机构同步推动三片桨叶旋转.这种结构电气布线方便,而且降低了风轮重量和轮毂制造难度,维护也很容易,但这种结构要求传动机构的强度、刚度较高.2 大型风力发电机组变桨距机构本兆瓦级风电机组是变桨距型风力发电机组[4],采用的是液压缸作为源动机,通过一套曲柄滑块机构同步驱动三片桨叶变距的方式.2 1 变桨距机构组成本机组的变桨距机构主要由推动杆、支撑杆、导套、防转装置、同步盘、短转轴、连杆、长转轴、偏心盘、桨叶法兰等部件组成.其结构如图1所示[5].图1 变桨距机构Fig 1 Pitch regulated mechanism各组成部件作用如下:推动杆:传递动力,把机舱内液压缸的推力传递到同步盘上.支撑杆:是推动杆轮毂端径向支撑部件.导套:与支撑杆形成轴向运动副,限制支撑杆的径向运动.同步盘:把推动杆的轴向力进行分解,形成推动三片桨叶转动的动力.防转装置:防止同步盘在周向分力作用下转动,使其与轮毂同步转动.其中同步盘、短转轴、连杆、长转轴、偏心盘组成了曲柄滑块机构,将推动杆的直线运动转变成偏心盘的圆周运动.该机构的工作过程如下:控制系统根据当前风速,以一定的算法给出液压缸的位移信号,液压系统根据位移指令信号驱动液压缸,液压缸带动推动杆,同步盘运动,同步盘通过短转轴、连杆、长转轴推动偏心盘转动,偏心盘带动桨叶进行变距.2 2 变桨距机构分析该变桨距机构简图如图2所示.图2 变桨距机构运动简图F ig 2 Schematic movement of pitch regulated mechanism图中:od 摇杆;210 沈 阳 工 业 大 学 学 报第29卷df 连杆;od摇杆初始位置与水平线夹角;X 推杆位移;摇杆从初始位置转过角度;L 连杆长度.该机构的受力分析:该变桨距机构主要承受和传递来自两个方向的载荷:桨叶的旋转力矩和液压缸的输出力.桨叶旋转力矩的x轴分量传给液压缸的推动杆,y轴分量通过防转装置传给轮毂.油缸的输出载荷传递路线则相反,最后通过桨叶法兰的转动达到对桨叶变距操纵的目的.2 3 变桨距机构顺桨力的分析与计算[6]风电机组在工作状态下,作用于每个桨叶变距轴(桨叶大梁)上的阻力矩由如下几部分组成: M1=M j+M z+M m+M e+M f式中:M j 由桨叶本身质量离心力作用而产生的惯性力矩;M z 由空气动力作用而产生的气动力矩;M m 桨叶重心偏离桨叶变距轴而产生的重力矩;M e 弹性变形引起的力矩;M f 由变距机构各摩擦副而产生的摩擦阻力矩.1)由桨叶本身质量离心力作用而产生的惯性力矩M j在变距过程中,桨叶产生的最大惯性阻力矩为M j max=J22=10856 56Nm式中:J 桨叶对变距轴(大梁)的质量惯性矩,2200kg/m2;风轮回转角速度,3 1416/s.2)空气动力作用而产生的气动力矩M z空气动力作用而产生的气动力矩M z已由第602研究所得出计算结果.但其方向与M j相反,是使桨叶安装角增大的方向,且与M j相比其数值也较小,故为了安全起见,可以不考虑.3)桨叶重心偏离桨叶变距轴而产生的重力矩M m设桨叶轴均通过各截面重心,并位于风轮旋转平面内,即M m=0.4)弹性变形引起的力矩M e设桨叶不变形,即M e=0.5)由变距机构各摩擦副而产生的摩擦阻力矩M f支承桨叶轴的轴承是一个回转支承轴承,其空载摩擦阻力矩值为950Nm,其他机构摩擦阻力矩以效率计为0 95.故使桨叶绕桨叶轴转动所需的驱动力矩为M1=(M j max+950)/0 95=12427 96Nm 也就是说,在最恶劣情况下,使桨叶顺桨停机时,需作用于每支桨叶轴上的驱动力矩为M1=12427 96Nm风轮共三支桨叶,故M=M13=37283 87Nm已知驱动桨叶的曲柄长R,曲柄最大角度 =46!,故变距机构拉杆拉力为P=MR cos=82853N=8454 4kg液压站提供给变距机构的力随桨距角的变化而变化[7],其关系如图3所示;在外力矩为37283 87Nm时,变桨距系统所需要的力随桨距角的变化而变化[8],其关系如图4所示.由图3和图4可以看出,在外力矩为37283 87Nm时,变桨距系统工作正常.图3 液压系统压力与桨距角的关系Fig 3 Relationship between hydraulic pressure and pitch angle图4 变距系统需要的力与桨距角的关系(M=37283 87Nm)F ig 4 Relationship betw een necessar y pressure andpitch ang le(M=37283 87Nm)211第2期单光坤,等:大型风力发电机组变桨距机构分析与实验研究3 变桨距机构的负载试验测试目的:在设计外力矩条件下,测试机构能否准确完成顺桨及开桨工作.测试方法:通过测试工装,同时在三个变桨矩轴承内环的桨叶安装孔上加相同的重力,使三个变桨矩轴承内环产生与顺(开)桨力矩相反力矩.设计顺桨力矩:37283 87Nm设计开桨力矩:12428Nm测试工装[9-10]如图5所示,该装置与桨叶轴承内环连接,其上有6个滑轮,开桨时在1、3、5滑轮处各挂上一个重量相等的重锤,使产生转矩为12428Nm;顺桨时在2、4、6滑轮处各挂上一个重量相等的重锤,使产生转矩为37283 87Nm.图5 测试工装F ig 5 T est technological equipment测试结果:1)全行程变桨距试验(开、关桨)动作到位;2)变桨速度试验,动作时间可调、机构运动平稳;3)任意变桨距位置停止准确、位置重复精度和任意位置飘移量满足设计要求.4 结 论从理论上通过数值计算方法精炼设计了兆瓦风力发电机组变桨距机构的技术参数;通过地面试验验证了1MW 兆瓦风力发电机组变桨距机构合理,各部件参数选择正确,可以实现变桨距机构设计的预期目标,为1MW 风力发电机组的安全运行提供了保障.此风机已于2005年7月完成安装和现场调试,变桨距机构工作正常.参考文献:[1]武鑫,赵斌.并网型风电机组的调节控制[J].太阳能学报,2003(4):24-25.(WU Xin,ZHA O Bin.M odulation and control grid connected w ind turbine [J].Solar Energy ,2003(4):24-25.)[2]李强,姚兴佳,陈雷.兆瓦级风电机组变桨距机构分析[J].沈阳工业大学学报,2004(2):146-148.(L I Q iang ,Y AO Xing Jia,CHEN L ei.Pitch mecha nism analysis o f megawatt stage w ind turbine [J ].Journal of Shenyang U niversit y of T echnolog y,2004(2):146-148.)[3]Xing Z X,Chen L.T he compariso n of sever al variablespeed wind generation set 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风电机组变桨距伺服控制系统研究的开题报告
风电机组变桨距伺服控制系统研究的开题报告一、研究背景及意义随着能源需求的不断增加，清洁能源已经成为全球的一个热点话题。
风力发电作为清洁能源之一，不仅可以减少环境污染，也可以实现可持续发展。
风电机组是风力发电的核心装置，变桨系统是风电机组的关键部件之一。
变桨距根据风速的大小，通过控制桨叶角度来调整风电机组的转速，从而实现风能吸收效果的最大化。
变桨距伺服控制系统在风力发电中起着至关重要的作用，对提高风电发电效率和稳定性具有重要意义。
因此，对风电机组变桨距伺服控制系统进行深入研究，优化控制算法，提高变桨控制准确性和可靠性，对于充分发挥风力资源、提高发电能力和降低发电成本具有十分重要的意义。
二、研究内容和主要技术路线本文旨在研究风电机组变桨系统的伺服控制方法，优化控制算法，提高变桨控制准确性和可靠性。
具体内容包括以下几个方面：1. 风电机组变桨控制技术现状及问题分析。
对风电机组变桨控制技术的现状、存在的问题和局限性进行详细分析，为后续的研究奠定基础。
2. 风电机组变桨距伺服控制算法设计与仿真。
针对变桨距伺服控制过程中存在的问题，设计合适的控制算法，并实现仿真测试，验证算法有效性和控制性能。
3. 风电机组变桨距伺服控制系统硬件及软件实现。
在算法设计和仿真的基础上，通过硬件和软件实现一个完整的变桨距伺服控制系统，包括系统架构、控制器设计、通信接口等。
4. 风电机组变桨距伺服控制系统测试。
对系统进行性能测试和鲁棒性测试，并与传统的变桨控制方法进行对比，分析系统的优劣之处。
主要技术路线：参照现有的研究成果，分析风电机组变桨控制技术现状，设计风电机组变桨距伺服控制算法，完成控制系统负载仿真和实际试验，最终实现风电机组变桨距伺服控制系统的优化和升级。
三、研究计划及进度本项目主要分为以下几个阶段：第一阶段：文献调研和分析，深入了解风电机组变桨控制技术现状及问题，分析存在的局限性。
预计完成时间：1个月第二阶段：设计控制算法，完成仿真测试，验证算法的效果和控制性能。
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。
《风力发电变桨距自抗扰控制技术研究及其参数整定》范文
《风力发电变桨距自抗扰控制技术研究及其参数整定》篇一一、引言随着全球能源结构的转型，风力发电作为清洁、可再生的能源形式，正受到越来越多的关注。
其中，变桨距技术作为一种关键技术，其性能直接影响风力发电机组的效率和稳定性。
本文将着重探讨风力发电变桨距自抗扰控制技术的相关研究，并对其参数整定进行深入分析。
二、风力发电变桨距技术概述风力发电变桨距技术是指通过调整风力发电机组叶片的桨距角，来改变机组对风的捕获能力和产生的电力。
当风速过高时，通过调整桨距角减小风的捕获量，防止机组过载；当风速较低时，增大桨距角以提高机组的发电效率。
自抗扰控制技术作为一种先进的控制策略，具有较好的鲁棒性和抗干扰能力，对于提高风力发电机组的性能具有重要意义。
三、自抗扰控制技术研究自抗扰控制技术是一种基于非线性控制理论的控制策略，其核心思想是通过引入非线性状态误差反馈和扩张状态观测器等手段，实现对系统状态的实时观测和误差的实时补偿。
在风力发电变桨距控制中，自抗扰控制技术能够有效地抑制风速波动、机组振动等干扰因素对系统的影响，提高机组的稳定性和发电效率。
四、参数整定研究参数整定是自抗扰控制在风力发电变桨距控制中应用的关键环节。
针对风力发电系统的非线性和时变性特点，合理的参数整定方法能够提高系统的动态性能和鲁棒性。
目前，常用的参数整定方法包括试凑法、遗传算法、神经网络等方法。
其中，遗传算法和神经网络等方法能够通过对大量数据的分析和学习，自动寻找到最优的参数组合，提高整定效率和整定精度。
五、实例分析以某风力发电场为例，采用自抗扰控制技术对风力发电机组的变桨距系统进行控制。
通过对比不同参数整定方法的效果，发现采用遗传算法整定的自抗扰控制器在风速波动和机组振动等干扰因素下表现出较好的鲁棒性和稳定性。
同时，通过对机组发电效率的统计和分析，发现采用自抗扰控制技术的机组在各种工况下均表现出较高的发电效率。
六、结论本文对风力发电变桨距自抗扰控制技术及其参数整定进行了深入研究和分析。
风力发电机组变桨距系统研究
风力发电机组变桨距系统研究作者：崔冉王维庆赵春平来源：《现代商贸工业》2008年第07期摘要：在国内外研究基础上分析了电动变桨距系统的结构，从机械和伺服驱动两部分分别研究了风力发电机组的电动变桨距系统，没计了以三相永磁同步电机为伺服电机的电动变桨距系统。
关键词：电动变桨距：伺服控制；三相永磁同步电机中图分类号：N1文献标识码：A文章编号：1672-3198（2008）07-0367-1 电动变桨距系统概述变桨距机构就是在额定风速附近(以上),依据风速的变化随时调节桨距角,控制吸收的机械能,一方面保证获取最大的能量(与额定功率对应),同时减少风力对风力机的冲击。
在并网过程中,变桨距控制还可实现快速无冲击并网。
变桨距控制系统与变速恒频技术相配合,最终提高了整个风力发电系统的发电效率和电能质量。
电动变桨距系统就是可以允许三个桨叶独立实现变桨，它提供给风力发电机组功率输出和足够的刹车制动能力。
这样可以避免过载对风机的破坏。
图1和图2分别是电动变桨距系统的布局图和电动变桨距系统的概念设计图。
三套蓄电池和轴控制盒以及伺服电机和减速机放置于轮毂处，每支桨叶一套，一个总电气开关盒放置在轮毂和机舱连接处，整个系统的通讯总线和电缆靠滑环与机舱的主控制器连接。
图3为电动变桨距系统的构成框图，主控制器与轮毂内的轴控制盒通过现场总线通讯，达到控制三个独立的变桨距装置的目的。
主控制器根据风速，发电机功率和转速等，把命令值发送到电动变桨距控制系统，并且电动变桨距系统把实际值和运行状况反馈到主控制器。
电动变桨距系统必须满足能够快速响应主控制的命令，有独立工作的变桨距系统，高性能的同步机制，安全可靠等的要求。
下面就分别从机械和伺服驱动两个部分介绍一下电动变桨距系统。
2 机械部分不同于液压驱动变桨距系统，电动变桨距系统采用三个桨叶分别带有独立的电驱动变桨距系统，机械部分包括回转支承，减速机和传动等。
减速机固定在轮毂上，回转支承的内环安装在叶片上，叶片轴承的外环固定在轮毂上。
风力发电机组电动变桨距系统的研究风力发电风电风电设备风
风力发电机组电动变桨距系统的研究风力发电风电风电设备风3．伺服驱动部分矢量操纵技术解决了交流电动机在伺服驱动中的动态操纵问题，使交流伺服驱动系统的性能可与直流系统相媲美，在某些情况下，甚至超过了直流系统的性能。
特别在20KW下列的功率范围内，精度有特殊要求的情况下，交流越来越要取代直流[4]。
在这种情况下，感应电动机，无刷直流电动机与三相永磁同步电动机各有特色。
3.1 三种伺服电动机的比较我们都明白，交流伺服驱动系统由下列三个部分构成：伺服电动机，驱动装置，操纵系统。
下面就从成本，功率密度，转矩/惯量，速度范围，转矩/电流，损耗，制动，转子位置传感器这几个方面进行比较[5]。
表1:三种伺服电动机的比较在图中，定子电流检测值iA，iB，iC，通过ABC轴系到dq旋转轴系得适量变换后，得到检测值iq与id。
由三相静止坐标系ABC到任意转速ω旋转两相坐标系dq的变换阵。
是永磁体基波励磁磁场链过定子绕组的磁链，关于三相永磁同步电动机是恒定值，通过面装式PWSM的电磁转矩公式能够得到转矩反馈值。
Pn 是极对数。
当电动机速度超过基值时，要进行弱磁操纵，需要加入id，因此id*要根据弱磁运行的具体情况而确定。
由iq*与id*与转子位置，通过dq旋转轴到ABC轴系的变换，得到三相定子电流命令值。
由任意转速ω旋转两相坐标系d、q到相静止坐标系ABC的变换阵。
4．结论本文对电动变桨距的结构与特点进行了介绍，着重对伺服驱动操纵部分进行了设计与分析，能够作为工程设计的初步参考，在具体的伺服操纵部分的研究工作需要进一步深入。
参考文献[1] E. A. Bossanyi. Adaptive pitch control for a 250kW Wind Turbine, Proc. British Wind Energy Conference.1986,pp.85-92[2] Iqbal, M. T. Coonick, A. and Ereris, L. L. Dynamic control options for variable speed wind turbines. Wind Engineering. 1994, 18 (1), pp.1-12[3] Xin Ma. Adaptive extremum control and wind turbine control. PhD thesis. Technical University of Denmark．1997[4] 吴安顺．最新有用交流调速系统．机械工业出版社．1998[5] 陈伯时．交流调速系统机械工业出版社．1997[6] 冯国楠．现代伺服系统的分析与设计．北京：机械工业出版社，1990。
《风力发电变桨距自抗扰控制技术研究及其参数整定》范文
《风力发电变桨距自抗扰控制技术研究及其参数整定》篇一一、引言随着能源危机与环境污染问题日益突出，风力发电作为可再生能源的代表，已在全球范围内得到广泛应用。
变桨距控制技术是风力发电系统中的重要组成部分，其性能直接影响到风力发电机组的运行效率和稳定性。
自抗扰控制技术作为一种先进的控制策略，具有较高的鲁棒性和适应性，因此，研究风力发电变桨距自抗扰控制技术及其参数整定具有重要的理论和实践意义。
二、风力发电变桨距系统概述风力发电变桨距系统是指通过调整风力发电机组桨叶的迎风角度，从而改变其捕获风能的能力，以实现风电机组的优化运行。
该系统主要由桨叶、变桨执行机构、控制器等部分组成。
其中，控制器的性能直接决定了变桨距系统的控制效果。
三、自抗扰控制技术原理及应用自抗扰控制技术是一种基于非线性控制理论的新型控制策略，其核心思想是通过引入观测器和非线性状态误差反馈等技术，实现对被控对象的精确控制。
在风力发电变桨距系统中，自抗扰控制技术能够有效地抵抗外界干扰，提高系统的鲁棒性和稳定性。
四、风力发电变桨距自抗扰控制技术研究针对风力发电变桨距系统的特点，本文研究了自抗扰控制在变桨距系统中的应用。
首先，建立了风力发电变桨距系统的数学模型，为后续的控制策略研究提供了基础。
其次，将自抗扰控制技术应用于变桨距系统，通过引入观测器和非线性状态误差反馈等技术，实现对风速等外界干扰的快速响应和抑制。
最后，通过仿真和实验验证了自抗扰控制在变桨距系统中的有效性和优越性。
五、参数整定方法研究参数整定是自抗扰控制在风力发电变桨距系统中应用的关键环节。
本文提出了一种基于遗传算法的参数整定方法。
该方法通过优化自抗扰控制器的参数，使得系统在面对不同风速等外界干扰时，能够快速响应并达到最优运行状态。
具体而言，该方法利用遗传算法的搜索能力，在一定的参数范围内寻找最优的控制器参数组合，从而提高系统的控制性能。
六、实验验证与结果分析为了验证自抗扰控制在风力发电变桨距系统中的有效性及参数整定方法的有效性，本文进行了实验验证。
永磁直驱风力发电机组变速变桨距控制技术的研究的开题报告
永磁直驱风力发电机组变速变桨距控制技术的研究的开题报告一、选题背景风力发电是一种清洁能源，在近年来得到了广泛的应用。
目前，永磁直驱风力发电机组已成为风力发电机组中的主流，具有功率密度高、转速高、噪音低、启动性好等优点。
同时，在风力发电系统中，变速变桨距控制技术能够使发电机组实现最大化输出功率和风能利用率。
因此，永磁直驱风力发电机组变速变桨距控制技术的研究具有重要的理论价值和实际应用价值。
二、研究内容本文选取永磁直驱风力发电机组变速变桨距控制技术为研究内容，具体考虑以下几个方面：1. 永磁直驱风力发电机组结构特点的分析与设计2. 风能转化特性与功率输出特性的研究3. 变速控制原理与算法的研究4. 桨距控制原理与算法的研究5. 永磁直驱风力发电机组变速变桨距控制系统的建立与仿真分析三、研究意义本研究的意义在于：1. 以永磁直驱风力发电机组为研究对象，对其结构特点进行分析与设计，以期更好地实现其功能。
2. 研究风能转化特性与功率输出特性，为探讨变速变桨距控制技术奠定基础。
3. 探讨变速控制原理与算法，为实现发电机组的最大化输出功率提供技术保障。
4. 探讨桨距控制原理与算法，为实现发电机组的风能效率提供技术保障。
5. 建立永磁直驱风力发电机组变速变桨距控制系统，并对其进行仿真分析，为实际应用提供参考。
四、研究方法本研究采用以下研究方法：1. 文献调研，了解永磁直驱风力发电机组变速变桨距控制技术的基本概念、研究进展和国内外相关研究现状。
2. 研究永磁直驱风力发电机组的结构特点及其风能转化特性与功率输出特性，以期更好地探讨发电机组变速变桨距控制技术。
3. 探讨变速控制原理与算法，以实现发电机组的最大化输出功率。
4. 探讨桨距控制原理与算法，以实现发电机组的风能效率。
5. 借助仿真软件建立永磁直驱风力发电机组变速变桨距控制系统，并进行仿真分析，为实际应用提供参考。
五、预期结果1. 对永磁直驱风力发电机组变速变桨距控制技术的理论基础和操作技术有较为深入的了解。
风力发电机组变桨距控制系统的研究论文的开题报告
1 课题名称：风力发电机组变桨距控制系统的研究2.选题背景和意义2.1 论文研究背景能源、环境是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。
它不仅资源有一限，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受到世界各国的高度重视。
日前风能是具有大规模开发利用前景的可再生能源之一。
从全球范围来看，风力发电己经从试验研究迅速发展为一项成熟技术。
现代风电技术面临的挑战主要包括进一步提高效率、提高可靠性和降低成本。
中国拥有着狭长的海岸、辽阔的地域、风能资源极其丰富。
根据统计数字，在全国陆地上风能的技术可开发量共计约2.53亿千瓦（根据地面以上 10m 高度的风力资料计算得出），在海上可开发利用的风能资源约7.5亿千瓦，风能资源的总量高达10亿千瓦，所以我国风能的开发利用潜力非常大[1]。
截止到2008年12月底，全球的风电机组总装机容量已经超过了1.2亿千瓦；国内已有25个省、市、自治区具有风电装机，累计风电机组装机量为11600台，风力发电机组总的装机容量达到1215.28 万千瓦，同比增长105.8%。
《全球风能展望2010》报告称，2010年，在每3台安装完成的风电机组中，就有1 台在中国。
到2020年，中国的风电机组总装机容量有可能达到现在的10倍，届时风力发电可解决全球约12%的电力需求量，到2030年更达到22%；随着风力发电产业技术的不断成熟和发展，变桨距风力发电机的优越性越来越突出：风力机运行的可靠性有了大大的提高；拥有高的风能利用系数和不断优化的输出功率曲线；由于叶轮的重量有所减轻，因此风力机的受力状况有了极大的改善，这就有可能使风力机在不同的风速下运行时，始终保持着最佳的转换效率，从而获得最大的输出功率，提高风能利用率。
目前，单机容量越来越大，兆瓦级别的机组占据了主力位置，变桨距技术已经成为了风电的发展趋势。
2.2 选题的意义变桨距风力发电机组有很多的优越性，变桨距风力发电机组将会成为大型风力发电机组发展的主流[2]。
兆瓦级风力发电机组液压变桨距系统研究的开题报告
兆瓦级风力发电机组液压变桨距系统研究的开题报告一、研究背景与意义随着全球能源需求的不断增长，清洁能源已成为世界各国的共同选择。
其中，风能作为一种清洁、可再生、且无排放的能源形式，其发电量不受地域限制，成为了重要的替代能源。
目前，兆瓦级风力发电机组已经成为风电产业的主流，而其中液压变桨距系统，作为风力发电机组中重要的控制系统，其稳定性和可靠性直接影响着发电机组的正常运行。
然而，随着技术的不断升级和市场的竞争加剧，风力发电机组液压变桨距系统的要求越来越严格。
其中，液压变桨距系统的响应速度、精度、可靠性等方面都有了更高的要求。
因此，研究兆瓦级风力发电机组液压变桨距系统，提高其控制精度和效率，对提升我国风电产业的核心竞争能力具有重要的意义。
二、研究内容和技术路线本研究旨在通过对兆瓦级风力发电机组液压变桨距系统进行深入的研究，提高其控制精度和效率。
具体研究内容包括：1. 分析兆瓦级风力发电机组液压变桨距系统的工作原理和控制策略，建立数学模型。
2. 设计液压变桨距系统的控制电路，选择合适的控制器和传感器。
3. 开发液压变桨距系统的控制软件，并进行仿真验证。
4. 搭建试验台架，进行实验研究。
验证液压变桨距系统的控制效果，并对系统控制策略进行优化。
技术路线如下：1. 对液压变桨距系统进行建模，分析系统的工作原理和控制策略，设计控制方案。
2. 根据设计方案，选取合适的控制器和传感器，设计控制电路。
3. 开发液压变桨距系统的控制软件，并进行仿真验证。
4. 搭建试验台架，进行实验研究，验证系统的控制效果，并进行优化。
三、预期研究成果和创新点本研究的预期成果包括：1. 充分了解兆瓦级风力发电机组液压变桨距系统的工作原理和控制策略。
2. 设计灵活、可靠的液压变桨距系统的控制电路。
3. 开发具有高效性和稳定性的液压变桨距系统的控制软件。
4. 通过实验验证，进一步优化液压变桨距系统的性能和控制效果。
本研究的创新点在于：1. 综合考虑了液压系统的动力学和控制策略，设计高性能的液压变桨距系统。
试析风力发电机组电动变桨控制系统
试析风力发电机组电动变桨控制系统一、变桨系统控制原理本系统采用变速变桨距调节的控制方式，通过频率转换器耦合发电机与电网，允许通过控制发电机的反作用力矩来改变转速，在高风速时，转矩被保持在额定水平，变桨距控制用于调节转速及功率，二、控制器及仿真模型建立针对本系统，将模糊控制与PID控制算法相结合设计了一种通过模糊规则切换两种控制规律的无触点的切换方式，优化了控制器的设计，弥补了常规算法的不足，采用这种方法的Fuzzy-PID分段复合控制器和仿真模型三、风电机组控制系统概述随着风电机组单机容量的不断加大，塔架高度和叶轮直径也随之不断扩大，兆瓦级风力发电机组在额定风速的情况下，桨叶在旋转过程中其最高端和最低端垂直高度上的功率吸收相差20% 以上，这使得普通叶轮统一变桨距控制在大型机组上无任何优势可言。
变桨距控制系统作为兆瓦级风力发电机组控制系统的核心部分之一，对机组高效、稳定、安全的运行具有非常重要的作用。
而独立桨叶变距系统的每只桨叶都有一套独立的变距伺服驱动系统，采用独立桨叶变桨距控制方法可以减少传动系统的故障率，减轻输出力矩脉动，提高系统运行可靠性和稳定性，提高机组运行寿命。
同时独立桨叶变距控制不仅拥有普通叶轮整体变距控制的优点，还能很好地解决垂直高度上风速变化对风机的影响这一不利因素。
但是如果采用液压伺服驱动，其系统结构过于复杂，会给维护和修理造成一定难度。
因此，独立变桨距控制系统现在通常都采用电动机驱动方式。
本文在分析风电机组变桨距控制研究现状的基础上，提出优化的变桨距控制策略，利用Matlab/Simulink对其进行仿真，设计了基于模糊控制的变桨距控制器，使控制效果得到了提高。
下面的实例，是以典型的独立变桨控制系统来说明变桨控制系统的基本构成。
一般的独立电动变桨控制，主要是由3套独立的变桨装置组成，不但提高了风力机的输出功率，还可以允许3个桨叶独立变桨，即使在其中一个桨叶刹车制动失败时，其他2个桨叶也可以实现安全刹车的过程，提高了整个系统的安全性，能全面满足其刹车制动需要。
风力发电机组变桨距控制策略研究
风力发电机组变桨距控制策略研究xx年xx月xx日contents •引言•风力发电机组变桨距控制系统概述•基于优化算法的变桨距控制策略研究•基于模糊逻辑的变桨距控制策略研究•基于神经网络的变桨距控制策略研究•变桨距控制策略实验验证与结果分析•结论与展望目录01引言风能作为一种清洁、可再生的能源，在全球能源供应中占据重要地位。
风力发电机组是实现风能转换的重要设备，而变桨距控制策略是提高风能利用率和机组运行稳定性的关键技术。
随着风电技术的不断发展，对风力发电机组变桨距控制策略的研究具有重要意义，可以为提高风电发电效率、降低能源成本、优化能源结构提供技术支持。
研究背景与意义目前，国内外学者针对风力发电机组变桨距控制策略进行了广泛研究，提出了许多不同的控制方法。
早期变桨距控制策略主要采用PID控制器，但PID控制器的参数调整较为复杂，且在风速变化较大时控制效果不佳。
随后，模糊控制、神经网络等智能控制方法逐渐应用于变桨距控制策略中，这些方法能够更好地适应风速的波动和不确定性。
近年来，随着优化算法和机器学习技术的不断发展，基于优化算法的变桨距控制策略和基于机器学习的变桨距控制策略也逐渐成为研究热点。
这些方法通过优化控制参数或利用历史数据对风速进行预测，可以进一步提高风能利用率和机组运行稳定性。
研究现状与发展本研究旨在研究一种基于优化算法的变桨距控制策略，以提高风能利用率和机组运行稳定性。
具体研究内容包括1. 研究风力发电机组变桨距控制的数学模型，建立相应的仿真模型；2. 基于优化算法对变桨距控制策略进行优化，选取合适的优化目标函数，并确定优化参数；3. 对优化后的变桨距控制策略进行仿真研究，分析其控制效果和机组运行性能；4. 对优化后的变桨距控制策略进行实验验证，以评估其实践应用价值。
研究内容与方法02风力发电机组变桨距控制系统概述风力发电机组结构风力发电机组主要由风轮、齿轮箱、发电机、塔筒等组成。
工作原理风力发电机组利用风能驱动风轮旋转，通过齿轮箱将风轮的旋转动力传递到发电机，从而转化为电能。
《风力发电变桨距自抗扰控制技术研究及其参数整定》范文
《风力发电变桨距自抗扰控制技术研究及其参数整定》篇一一、引言随着可再生能源的持续发展和全球环保意识的增强，风力发电已成为当前最受关注的清洁能源之一。
风力发电系统中的变桨距控制技术，对于提高风电机组的运行效率和稳定性，具有至关重要的作用。
本文将深入探讨风力发电变桨距自抗扰控制技术的相关研究，并对其参数整定进行详细分析。
二、风力发电变桨距控制技术概述风力发电的变桨距控制技术是通过调整风电机组叶片的桨距角，以实现对风能的捕获和输出功率的控制。
这种控制方式能够在风速变化时，保持发电机组的稳定运行，同时避免过载和机械应力对机组造成的损害。
自抗扰控制技术是一种先进的控制策略，其核心思想是通过对系统内外扰动的实时观测和补偿，实现系统的稳定控制。
三、自抗扰控制技术在变桨距系统中的应用自抗扰控制技术在风力发电变桨距系统中的应用，可以有效提高系统的抗干扰能力和动态响应性能。
通过实时观测和补偿系统内外扰动，自抗扰控制技术能够使变桨距系统在风速变化、负载扰动等情况下，保持稳定的运行状态。
此外，自抗扰控制技术还能有效抑制系统过载和机械应力，延长风电机组的使用寿命。
四、参数整定在自抗扰控制技术中的应用参数整定是自抗扰控制技术中至关重要的环节。
通过对系统参数的合理整定，可以使自抗扰控制器更好地适应风力发电变桨距系统的运行环境。
参数整定的主要目标是找到一组最优的控制器参数，使系统在各种运行条件下都能保持良好的动态性能和稳定性。
这通常需要通过对系统进行大量的实验和仿真，分析不同参数对系统性能的影响，从而找到最优的参数组合。
五、风力发电变桨距自抗扰控制技术的参数整定方法针对风力发电变桨距自抗扰控制技术的参数整定，可以采用以下几种方法：1. 试验法：通过在真实的风场环境下进行试验，观察系统在不同参数下的运行状态和性能指标，从而找到最优的参数组合。
这种方法虽然直观有效，但需要耗费大量的时间和资源。
2. 仿真法：利用仿真软件对风力发电变桨距系统进行建模和仿真，通过改变控制器参数，观察系统性能的变化，从而找到最优的参数组合。
兆瓦级风力发电机组电动变桨距系统研究的开题报告
兆瓦级风力发电机组电动变桨距系统研究的开题报告一、选题背景和意义随着清洁能源的推广和使用，风力发电成为了可再生能源领域中的一个重要分支。
而风力发电机组中，电动变桨距系统则是将风能转换成电能的重要装置。
由于风力发电机组的高耗能、高复杂性和高可靠性等特点，电动变桨距系统的设计与研究也显得尤为重要和复杂。
二、研究的目的和任务本次研究的目的是针对兆瓦级风力发电机组电动变桨距系统进行研究和分析，从而推动风力发电技术的进步与发展，提高风力发电机组的性能和效率。
具体任务包括：1、对目前风力发电技术中电动变桨距系统的开发状况进行调研和分析；2、从理论出发，对电动变桨距系统的结构和原理进行深入探究；3、设计并建立相应的电动变桨距系统模型，进一步分析系统的运行效率和控制策略；4、进行实验验证和数据分析，评估系统的性能、可靠性和稳定性。
三、研究的内容和方法本次研究的内容主要包括：1、兆瓦级风力发电机组电动变桨距系统的理论基础与相关知识；2、电动变桨距系统的设计和建立；3、电动变桨距系统的仿真运行和实验验证；4、结果数据的统计及分析。
在研究方法上，将采用数理统计分析、系统建模与仿真、实验验证等多种手段。
四、研究的可行性和预期结果本课题的可行性得以保障，得益于当前风力发电技术的快速发展和研究成果的不断突破。
同时，结合本次研究的方法和内容，我们有理由期待如下预期结果：1、获得一套适合兆瓦级风力发电机组电动变桨距系统的完整设计方案；2、建立一套可行有效的控制策略和数据处理算法；3、提高风力发电机组的效率、稳定性和可靠性；4、为风力发电技术的发展贡献力量。
以上就是本次研究的开题报告内容，希望能够对同学们的科研工作提供一定的帮助。
变桨距系统在风力发电机组中的应用
谢谢
3
整叶片角度，降低机
组受损风险
2 变桨距系统的应用
风力发电机组的类型
水平轴风力发电机组 混合型风力发电机组 潮汐能风力发电机组
垂直轴风力发电机组 漂浮式风力发电机组 波浪能风力发电机组
变桨距系统在风力发电机组中的应用
变桨距系统可以 调节叶片的桨距 角，以适应不同 的风速和风向
01
04
变桨距系统可以 提高风力发电机 组的安全性，降 低事故风险
变桨距系统可以 提高风力发电机 组的发电效率，
降低运行成本
02
03
变桨距系统可以 减少风力发电机 组的机械应力，
延长使用寿命
变桨距系统在风力发电机组中的作用
01 控制风轮转速：通过改变桨距角，实现风轮转速的 调节，提高发电效率
02 优化风能捕获：根据风速和风向的变化，调整桨距 角，提高风能捕获效率
结构优化：通过优化结构设计 降低变桨距系统的重量和成本
智能控制：引入人工智能技术 提高变桨距系统的智能化水平
变桨距系统的市场前景
01 随着风力发电行业的快速发展， 变桨距系统需求持续增长
02 技术进步推动变桨距系统性能 提升，提高市场竞争力
03 政策支持推动变桨距系统在风 力发电领域的应用
04 国际市场对变桨距系统的需求 不断增加，出口市场潜力巨大
变桨距系统可以提高风力发电机组的效率和可靠 性，降低运行成本。
变桨距系统的优势
提高发电效率：通过调整 叶片角度，实现最大风能 1
捕获
降低维护成本：变桨距系 统可以实时监控叶片状态， 4 提前发现潜在问题，减少
停机时间和维护成本
降低噪音：通过优化
2
叶片角度，降低噪音
风力发电机组电动变桨距系统的
分析原因，主要是因为电动变桨距系统能够根据风速的变化快速调节桨距角，适应风速的变 化，从而提高风能利用率和发电效率。同时，由于电动变桨距系统的调节速度较快，还可以 减少因风速突变对风力发电机组造成的冲击和损坏。
04
电动变桨距系统实验验证电机组实际运行环境，实验台 应包括风速可调、风向可调、
功率测量等装置。
电动变桨距系统
安装电动变桨距系统于风洞实验台 上，确保系统正常运行，并可进行 变桨距调节。
数据采集系统
建立数据采集系统以实时收集风速 、功率、桨距角等数据。
电动变桨距系统的运行原理
当风速过大时，控制系统会根据风速和发电机组运行状态， 通过电机驱动变桨距机构，使叶片角度顺桨，以减小风能吸 收，保持发电机组稳定运行。
当风速较小时，控制系统则会通过电机驱动变桨距机构，使 叶片角度逆桨，以增大风能吸收，提高发电机组的发电效率 。
电动变桨距系统的特点
01
02
电动变桨距系统的意义
电动变桨距系统是风力发电机组的核心组成部分，能够根据风速变化自动调节桨叶 的角度，从而保持发电机组的稳定运行。
电动变桨距系统的应用能够提高风能利用率，增加发电量，提高风力发电的经济性 。
电动变桨距系统的智能化控制能够降低人工干预成本，提高风力发电的可靠性。
02
电动变桨距系统工作原理
电动变桨距系统的控制算法
PID控制算法
PID（比例-积分-微分）是一种常用的控制算法，它根据设定值与实际值的偏差进行调节，通过比例、积分和微 分三个环节的组合，实现对系统的精确控制。在电动变桨距系统中，PID控制算法通常用于调节电动机的扭矩输 出。
风力发电机组电动变桨距系统的研究-风力发电风电风电设备风
风力发电机组电动变桨距系统的研究0、引言由于风能是一种清洁而平安的能源,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清楚显,其开发利用的潜力巨大。
大型的兆瓦级风力发电机近几年在国内外得到了不断的开展。
变速恒频技术于20世纪90年代开始兴起。
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成认,将成为未来的主流机型[1]。
但变速恒频风力机组仅通过电机自身调节要到达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[2]。
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[3]。
最近，电动变桨距系统越来越多的应用到风力发电机组当中。
根据最新的资料显示，全球风电机组几个大的供应商均采用了电动变桨距结构作为变桨距系统的组成。
例如：GE WindPower公司的3.6MW风机机组，Enercon公司的E-112型风机机组，Suzlon公司的2MW风机机组，REpower公司的5MW风机机组，Nordex公司的N90/2500KW风机机组，Siemens公司的3.6MW风机机组等都是应用了电动变桨距结构。
我国浙江大学等单位也对大型风力发电机组独立桨叶控制系统作了研究。
本篇文章主要分析风力发电机组电动变桨距系统的结构和特点，并且分两个局部研究了风力发电机组电动变桨距系统，其中重点分析了电动变桨距的伺服驱动局部，设计出三相永磁同步电动机伺服驱动系统作为电动变桨距系统的驱动控制局部。
1．电动变桨距系统概述变桨距机构就是在额定风速附近(以上),依据风速的变化随时调节桨距角,控制吸收的机械能,一方面保证获取最大的能量(与额定功率对应),同时减少风力对风力机的冲击。
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风力发电机组变桨距系统研究
在国内外研究基础上分析了电动变桨距系统的结构，从机械和伺服驱动两部分分别研究了风力发电机组的电动变桨距系统，没计了以三相永磁同步电机为伺
服电机的电动变桨距系统。
标签：电动变桨距：伺服控制；三相永磁同步电机
1 电动变桨距系统概述
变桨距机构就是在额定风速附近(以上),依据风速的变化随时调节桨距角,控制吸收的机械能,一方面保证获取最大的能量(与额定功率对应),同时减少风力对风力机的冲击。
在并网过程中,变桨距控制还可实现快速无冲击并网。
变桨距控制系统与变速恒频技术相配合,最终提高了整个风力发电系统的发电效率和电能
质量。
电动变桨距系统就是可以允许三个桨叶独立实现变桨，它提供给风力发电机
组功率输出和足够的刹车制动能力。
这样可以避免过载对风机的破坏。
图1和图2分别是电动变桨距系统的布局图和电动变桨距系统的概念设计图。
三套蓄电池和轴控制盒以及伺服电机和减速机放置于轮毂处，每支桨叶一套，一个总电气开关盒放置在轮毂和机舱连接处，整个系统的通讯总线和电缆靠滑环
与机舱的主控制器连接。
图3为电动变桨距系统的构成框图，主控制器与轮毂内的轴控制盒通过现场总线通讯，达到控制三个独立的变桨距装置的目的。
主控制器根据风速，发电机功率和转速等，把命令值发送到电动变桨距控制系统，并且电动变桨距系统把实
际值和运行状况反馈到主控制器。
电动变桨距系统必须满足能够快速响应主控制的命令，有独立工作的变桨距系统，高性能的同步机制，安全可靠等的要求。
下面就分别从机械和伺服驱动两
个部分介绍一下电动变桨距系统。
2 机械部分
不同于液压驱动变桨距系统，电动变桨距系统采用三个桨叶分别带有独立的电驱动变桨距系统，机械部分包括回转支承，减速机和传动等。
减速机固定在轮毂上，回转支承的内环安装在叶片上，叶片轴承的外环固定在轮毂上。
当电驱动变桨距系统上电后，电动机带动减速机的输出轴小齿轮旋转，而且小齿轮与回转支承的内环啮合，从而带动回转支承的内环与叶片一起旋转，实现了改变桨距
角的目的。
图4就是机械传动示意图。
图4 机械传动示意图
制动装置的特点是空气动力学制动刹车单独由变桨距控制，桨叶获得充分的刹车作用。
即使一个桨叶刹车制动失败, 其它二个叶片也可以安全结束刹车的过程，提高了整个系统的安全性。
制动系统还装备了备用电源，提供给故障或者维
修时候可以快速准确地收回桨叶。
3 伺服驱动部分
矢量控制技术解决了交流电动机在伺服驱动中的动态控制问题，使交流伺服驱动系统的性能可与直流系统相媲美，在某些情况下，甚至超过了直流系统的性能。
特别在20KW以下的功率范围内，精度有特殊要求的情况下，交流越来越要取代直流。
在这种情况下，感应电动机，无刷直流电动机和三相永磁同步电动
机各有特色。
3.1 三种伺服电动机的比较
我们都知道，交流伺服驱动系统由以下三个部分组成：伺服电动机，驱动装置，控制系统。
下面就从成本，功率密度，转矩/惯量，速度范围，转矩/电流，
损耗，制动，转子位置传感器这几个方面进行比较。
以上就是对三种伺服电动机的比较，基于风力发电机组电动变桨距系统的特点和安全要求，综合三种伺服电动机的特点考虑，拟采用三相永磁同步电动机作
为电动变桨距系统的伺服电动机。
3.2 电动变桨距伺服系统
虽然三相永磁同步电动机在一些方面不尽如人意，但是它的电机结构简单，维护方便，只有定子线圈发热，容易实现高速，较容易实现快速制动。
特别对于
风机而言，周围环境恶劣复杂，这样特别适用于三相永磁同步电动机。
三相永磁同步电动机交流伺服系统大致有四部分组成：三相永磁同步电动
机，速度和位置传感器，变频器，控制器。
三相永磁同步电动机主要由转子和定子组成，在转子上装有特殊材料形状的永磁体，用以产生恒定磁场，没有励磁绕组。
定子上有三相电枢绕组，接可控的
变频电源。
对于三相永磁同步电动机来说，实际上，检测电动机的转子旋转速度，磁极
位置和系统的定位控制三个功能要采用绝对式光电编码器。
逆变器输出频率可调的交流电，输入到电枢绕组中。
PWM回路以一定的频率产生出触发功率器件的控制信号，使功率逆变器的输出频率和电压保持协调关系，并使流入电枢绕组中的交流电流保持严格正弦性。
另外，电动变桨距的三个伺服驱动器必须在其内部实现精确的同步功能，要求之间的通讯必然要达到系统
的整体精度要求。
在控制回路中一共有三个控制环：位置环，速度环，转矩环。
一般情况下，位置环采用比例控制规律，速度环采用比例积分控制规律，转矩环采用空间矢量控制。
当然，位置控制主要是达到精确的位置控制，速度环要实现快速的跟踪，电流环实现快速的动态响应。
在电动变桨距伺服控制中，主控制器给出位置命令值，与位置反馈进行比较，位置调节器的输出就是速度调节器的输入，进行比例积分，速度调节器输出转矩命令值，与反馈值比较后，差值送到转矩调节器中，输出就是转矩电流给定值，并且把电流指令矢量控制在与磁极所产生的磁通相正
交的空间位置上，达到转矩控制。
在图5中，定子电流检测值iA，iB，iC，经过ABC轴系到dq旋转轴系得适量变换后，得到检测值iq和id。
是永磁体基波励磁磁场链过定子绕组的磁链，对于三相永磁同步电动机是恒
定值，通过面装式PWSM的电磁转矩公式可以得到转矩反馈值。
Pn是极对数。
当电动机速度超过基值时，要进行弱磁控制，需要加入id，所以id*要根据弱磁运行的具体情况而确定。
由iq*和id*和转子位置，通过dq旋转轴到ABC轴系的变换，得到三相定子电流命令值。
由任意转速ω旋转两相坐标系d、q到相静止坐标系ABC的变换阵。
4 结论
本文对电动变桨距的结构和特点进行了介绍，着重对伺服驱动控制部分进行了设计和分析，可以作为工程设计的初步参考，在具体的伺服控制部分的研究工作需要进一步深入。
参考文献
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