变桨距的优点
风电机组变桨距系统
风电机组变桨距系统第一篇：风电机组变桨距系统作者：中国科学院电工研究所李建林张雷鄂春良来源：赛尔电力自动化总第78期摘要：在风力发电系统中，变桨距控制技术关系到风力发电机组的安全可靠运行，影响风力机的使用寿命，通过控制桨距角使输出功率平稳、减小转矩振荡、减小机舱振荡，不但优化了输出功率，而且有效的降低的噪音，稳定发电机的输出功率，改善桨叶和整机的受力状况。
变桨距风力发电机比定桨距风力发电机具有更好的风能捕捉特性，现代的大型风力发电机大多采用变桨距控制。
本文针对国外某知名风电公司液压变桨距风力机，采用可编程控制器(PLC)作为风力发电机的变桨距控制器。
这种变桨控制器具有控制方式灵活，编程简单，抗干扰能力强等特点。
本文介绍了液压变桨距系统的工作原理，设计了变桨控制器的软件系统。
最后在国外某知名风电公司风力发电机组上做了实验，验证了将该变桨距控制器可以在变桨距风力机上安全、稳定运行的。
关键词：变桨距；风力发电机；可编程控制器1引言随着风电技术的不断成熟与发展，变桨距风力发电机的优越性显得更加突出：既能提高风力机运行的可靠性，又能保证高的风能利用系数和不断优化的输出功率曲线。
采用变桨距机构的风力机可使叶轮重量减轻，使整机的受力状况大为改善，使风电机组有可能在不同风速下始终保持最佳转换效率，使输出功率最大，从而提高系统性能。
随着风电机组功率等级的增加，采用变桨距技术已是大势所趋。
目前变桨执行机构主要有两种：液压变桨距和电动变桨距，按其控制方式可分为统一变桨和独立变桨两种。
在统一变桨基础上发展起来的独立变桨距技术，每支叶片根据自己的控制规律独立地变化桨距角，可以有效解决桨叶和塔架等部件的载荷不均匀问题，具有结构紧凑简单、易于施加各种控制、可靠性高等优势，越来越受到国际风电市场的欢迎。
兆瓦级变速恒频变桨距风电机组是目前国际上技术比较先进的风力机型，从今后的发展趋势看，必然取代定桨距风力机而成为风力发电机组的主力机型。
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。
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。
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。
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。
风电风力机技术监督-问答题
风电风力机技术监督——问答题问题：哪一个力使风轮转动产生驱动力矩？升力使风轮转动产生驱动力矩。
问题：说出风力发电机组的4个重要参数。
轮毂高度、风轮直径或扫掠面积、额定功率、额定风速。
问题：某一风力发电机组，其风轮转速为30r/min，发电机转速为1500r/min，试求其中间齿轮箱的传动比为多少？此风力发电机组中间齿轮的传动比为50。
问题：风轮的实度是如何定义的？风轮实度是指叶片在风轮旋转平面上投影面积的综合和与风轮扫掠面积的比值，实度大小取决于叶尖速比。
问题：已知某风力发电风轮直径D为60m，试求该风轮的扫掠面积（计算结果保留到整数）？风轮扫掠面积为2826m2。
问题：某风电场测得年平均风速不大于4m/s的风速频率为20%，而不小于25m/s风速的频率为5%，求年平均风速在4～25m/s区间内的有效风时率是多少？该风场4～25m/s区间有效风时率为75%。
问题：某风力发电机组，其年有效风时数为7000h，风力发电机实际的工作系数为0.92，该机平均输出功率是额定功率750KW的30%，求该机型的年发电量？该机组年容量系数是0.27。
问题：某台风力发电机组，在6m/s风速时输出功率是60kW，当风速为12m/s时，问此时该风力发电机的输出功率是多少？此时该台风力发电机的输出功率是480kW。
问题：已知某风力发电机组的v6m/s1=风轮直径为40m，其风能利用系数K是0.45，求在风速为10m/s时，该风力发电机组的风轮输出功率是多少（空气密度取ρ=1.2kg/m2）？该风力发电机组的风轮输出功率P为P=753600×0.45=339.12（kW）该风力发电机组的风轮输出功率是339.12kW。
问题：某台风力发电机全年维修用时72h，故障停机228h，试求该机组的年可利用率（时数均按自然时数计）。
该台机组的年可利用率为96.60%。
问题：什么叫风力发电机组的保护系统？确保风力发电机组运行在设计范围内的系统。
变桨距风力发电机组控制系统方案
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 3.控制系统的执行机构 4.变桨距风力发电机组的模型 5. 对风力发电技术的展望
控制系统的执行机构 本系统采用的是电动变桨距机构，电动变桨距机 构可采用伺服电机对每个桨叶进行单独调节。伺 服电机通过主动齿轮与桨叶轮毂内齿圈相啮合， 直接对桨叶的节距角进行控制。位移传感器采集 桨叶节距角的变化从而构成闭环控制。在系统出 现故障或控制电源断电时，电机由蓄电池等储能 装置供电将桨叶调为顺桨位置。
变桨距风力发电机组控制系统的 研究
付冬梅
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 3.控制系统的执行机构 4. 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特点
1.机组的特点
1
改善机组的受力， 优化功率输出 （与发电机转差 率调节配合） .
2
比定桨距风力机 额定风速低、效 率高；且不存在 高于额定风速的 功率下降问题 .
变桨距控制系统
3.变桨距控制
额定功率 风速
+
-
功率 控制器A
+ -
+ -
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
+
-
功率 控制器B
转子电流 执行器
发电功率
b、功率控制器A并网后执行变桨到最大攻角，低于额定功率（额定风速）时控制 器输出饱和，攻角最大；高于额定风速后进入恒功率控制；引入风速前馈通道， 超过额定风速后，当风速变化时起到快速补偿作用。 c、功率控制器B低于额定风速调节转差率“实现”最佳叶尖速比调节，即风速增 加转差率增大；高于额定风速时配合功率控制器 A维持功率恒定。原理是风速出 现波动时，由于变桨调节的滞后使驱动功率发生波动，调节转差率（转子电流） 使机组转速变化而维持功率恒定，利用风轮储存和释放能量维持输入与输出功率 的平衡。
《风力发电变桨距自抗扰控制技术研究及其参数整定》
《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和重视。
其中，变桨距技术是实现风力发电机组稳定、高效运行的关键技术之一。
本文将针对风力发电变桨距自抗扰控制技术进行研究，并探讨其参数整定方法，为风力发电技术的进一步发展提供理论支持。
二、风力发电变桨距技术概述风力发电变桨距技术是通过调整风力发电机组桨叶的安装角度，改变风能转化为机械能的比例，从而实现机组输出功率的稳定和高效运行。
自抗扰控制技术则是一种能够抵抗外界干扰，提高系统稳定性的控制策略。
因此，将自抗扰控制技术应用于风力发电变桨距系统中，对于提高机组的运行性能和可靠性具有重要意义。
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扩张状态观测器（ESO）和状态误差反馈（SEF）等方法，对系统中的扰动进行实时观测和补偿，从而实现对系统的精确控制。
在风力发电变桨距系统中，自抗扰控制技术可以通过实时观测风速、风向等外界因素对机组的影响，调整桨叶的安装角度，使机组输出功率稳定在设定值附近。
四、参数整定方法研究参数整定是自抗扰控制技术中的重要环节，它决定了系统控制器的性能和稳定性。
针对风力发电变桨距自抗扰控制系统，本文提出了一种基于遗传算法的参数整定方法。
该方法通过遗传算法的优化过程，对自抗扰控制器的参数进行寻优，从而得到最优的控制器参数组合。
这种方法可以有效地提高系统的稳定性和响应速度，同时降低系统的超调量。
五、实验验证与分析为了验证本文提出的自抗扰控制技术及其参数整定方法的可行性和有效性，我们进行了大量的实验验证和分析。
实验结果表明，采用自抗扰控制技术的风力发电机组在变桨距系统中表现出良好的稳定性和响应速度。
同时，采用基于遗传算法的参数整定方法能够有效地优化控制器的参数组合，进一步提高系统的性能。
与传统的PID控制方法相比，自抗扰控制技术及其参数整定方法在风力发电变桨距系统中具有明显的优势。
变桨距
一种变桨距控制装置，包括电源、电机、位置检测器、桨距控制器及变桨距执行机构，其特征在于电源由整流器、储能装置和逆变器组成，其中储能装置并联于整流器和逆变器之间；逆变器的输入端与正反转控制器相联接；桨距控制器的输入端与位置检测器相联接，输出端分别与逆变器和正反转控制器相联接。
由于储能装置为电池或电容，尤其采用电容储能时，直流逆变，不仅可避免漏油，无污染、免润滑，并且重量比电池轻了50％，寿命可达一百万次。
变桨距也就是调节桨距角。
在风力机中，通过对桨距角的主动控制可以克服定桨距/被动失速调节的许多缺点。
下图1（不同叶片的桨距角对输出功率的影响）表示了输出功率对桨距角变化的敏感性。
桨距角最重要的应用是功率调节，桨距角的控制还有其他优点。
当风轮开始旋转时，采用较大的正桨距角可以产生一个较大的启动力矩。
停机的时候，，经常使用90°的桨距角，因为在风力机刹车制动时，这样做使得风轮的空转速度最小。
在90°正桨距角时，叶片称为“顺浆”。
在额定风速以下时，风力发电机组应该尽可能地捕捉较多的风能，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之上时小，因此也没有必要通过变桨距来调节载荷。
然而，恒速风力发电机组的最佳桨距角随着风速的变化而变化，因此对于一些风力发电机组，在额定风速以下时，桨距角随风速仪或功率输出信号的变化而缓慢地改变几度。
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吸收功率及叶轮产生载荷，使其不超过设计的限定值。
然而，为了达到良好的调节效果，变桨距控制应该对变化的情况作出迅速的响应。
这种主动的控制器需要仔细地设计，因为它会与风力发电机组的动态特性产生相互影响。
当达到额定功率时，随着桨距角的增加攻角会减小。
攻角的减小将使升力和力矩减小。
气流仍然附着在叶片上。
图1和图2同样针对相同的风力机，只表示了低于额定功率时的零桨距角的功率曲线。
高于额定功率时，桨距角所对应的功率曲线与额定功率曲线相交，在交点处给出了所必需的桨距角，用以维持风速下的额定功率。
变浆距风力发电机组的控制系统
变浆距风力发电机组的控制系统【摘要】风能作为一种可再生能源受到全球越来越多的关注，本文就变桨距风力发电机组的控制系统进行了分析，发现采用新型控制系统后，保持了发电机功率的稳定输出，减少了风机不稳定功率对电网的影响。
【关键词】额定功率；变距控制；速度控制；功率控制21世纪，风力发电机组的可靠性已经不是问题。
与定桨距风力发电机组相比，变桨距风力发电机组具有在额定功率点以上输出功率平稳的特点。
所以变桨距机组适合于额定风速以上风速较多的地区，这样发电量的提高比较明显。
1变桨距风力发电机组的控制系统新型变桨距控制系统框图如图1所示。
在发电机并入电网前，发电机转速由速度控制器A根据发电机转速反馈信号直接控制；发电机并入电网后，速度控制器B与功率控制器起作用。
功率控制器的任务主要是根据发电机转速给出相应的功率曲线，调整发电机转差率，并确定速度控制器B的速度给定。
2变距控制变距控制系统是一个随动系统，其控制过程如图2所示。
变桨距控制器是一个非线性比例控制器，它可以补偿比例阀的死带和极限。
变距系统的执行机构是液压系统，节距控制器的输出信号经D/A转换后变成电压信号控制比例阀，驱动液压缸活塞，推动变桨距机构，使桨叶节距角变化。
活塞的位移反馈信号由位移传感器测量，经转换后输入比较器。
3速度控制变桨距风力发电机组的速度控制包括两个部分，即：速度控制A和B。
3.1速度控制A（发电机脱网状态）转速控制系统A在风力发电机组进入待机状态或从待机状态重新起动时投入工作，在这些过程中通过对节距角的控制，转速以一定的变化率上升。
控制器也用于在同步转速时的控制。
当发电机转速在同步转速±10r/min内持续1s发电机将切入电网。
发电机转速通过主轴上的感应传感器测量，每个周期信号被送到微处理器作进一步的处理，以产生新的控制信号。
3.2速度控制B（发电机并网状态）发电机并入电网后，速度控制系统B起作用。
速度控制系统B受发电机转速和风速的双重控制。
变桨距风力机叶片的气动优化设计
变桨距风力机叶片的气动优化设计随着全球能源需求的不断增加，风能作为最为清洁和可再生的能源之一，被广泛应用于发电领域。
而风力机的叶片是风能转换的核心部件，其气动设计的优化对风力机的性能和经济性至关重要。
变桨距风力机是一种采用变桨距技术的风力发电机组，其叶片调角可以根据气流的变化进行自适应调整，从而提高了风能的转换效率。
在变桨距风力机的设计中，关键在于优化叶片的气动性能，以达到更高的发电效率和更低的噪音水平。
叶片的气动优化设计首先需要进行气动力学分析，以获得叶片在风中的流场特性。
在气动力学分析中，常用的方法包括风洞试验、数值模拟等。
风洞试验是一种直接测量物理模型叶片在风中流动情况的方法，其优点在于可以获得较准确的实验数据。
不过，由于风洞试验受到实验场地、设备和环境等因素的影响，需要进行较复杂的校正和修正。
数值模拟是一种基于计算流体力学（CFD）理论的计算方法，可以快速、准确地预测叶片的流场特性。
但是，数值模拟需要对计算模型进行验证和优化，且计算时间较长，因此需要充分考虑计算资源和技术手段的限制。
在获得叶片流场特性的基础上，需要针对叶片的结构和材料等方面进行优化设计。
叶片的结构设计包括叶片的弯曲半径、扭转角度、翼型和截面形状等，其目的是减小叶片风阻、降低噪音和提高转换效率。
叶片的材料选择和制造工艺决定了叶片的性能和寿命，其优化设计需要考虑材料的强度、刚度、耐腐蚀性等因素，并采用先进的制造工艺和工具以提高制造精度和质量。
在叶片的结构和材料优化的基础上，可以进行进一步的气动优化设计。
气动优化设计的重点在于改善叶片的气动特性，比如减小阻力、提高升力、缓解湍流等。
常用的气动优化设计方法包括控制面曲率理论、遗传算法等。
控制面曲率理论是一种基于流线理论的经验公式，可以用于优化叶片的几何形状和翼型参数，以达到更佳的流线和升力/阻力比。
遗传算法则是一种智能优化方法，通过模拟生物进化的过程寻找最优解，可以用于寻找较复杂问题的最优解。
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。
风力发电的变桨距控制方法研究分解
变桨距风电机组
变桨距执行机构
现场总线
3.1变桨距调节的工作原理
风力机桨叶根部与轮毂之间通过轴承连接，也就是说其连 接是不固定可以自由旋转的，当风速发生变化时，风力机的 桨叶可以绕其轴线转动来调节叶片的桨距角，通过桨距角的 变化来影响风电机组的转速，从而达到控制风力发电机组输 出功率的目的。
变桨过程：根据机舱顶部的气象站和风速仪所测 量数据，控制系统发出指令给变桨电机，变桨电机 为变桨系统提供扭矩，变桨系统把扭矩增加大约100 倍后，通过另外一端的变桨小齿轮（小齿轮上面带 着一个齿形带，齿形带与叶片上面的变桨轴承相 连），把力传递到变桨轴承上面，使变桨轴承旋转， 改变叶片的迎风角度。
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。
三 风力发电的变桨距控制系统
变桨距系统
变桨距机构
变桨距控制系统
驱动装置
执行装置
机舱内分控制系统
计算机控制系统
较高的风 能利用系 数 高风速段 的额定功 率
提高风力 机组起动 性能与制 动性能
变桨距控 制的优点
提高风机 的整体柔 性度
减小整机 和桨叶的 受力状况
二 风力发电的控制系统介绍
1. 2. 3.
按控制环节来分： 启动控制 并 / 脱网控制 制动控制 很重要的一个环节是机组运行过程中，对发 出电能质量的控制
变桨距驱动装置
按每个叶片是独立调节还是同步调节可以分
为两种 ：共同驱动变桨距系统 ，独立驱动变 桨距系统
叶片独立变桨
限位开关 变桨控制柜
变桨距风力机组
调节阶段 当发电机输出功率达到额定后，调节系统即投入运行， 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
4.2 变桨距控制系统
二、变桨距执行系统
转速给定
速度 A 控制器A
B
节距 控制器
调比节定配桨合距F）a 风F力机额定风u 速低、效率高；且F不a 存在F 高w u i v
于额w 定风速的功率下降问题
u
β
空功气率密反度馈变控化制影使响额定w βi功v 率不受海拔、湿度、温Fu 度等
避启免动突时甩控负制荷Fu气动转矩u易于并网；停机气Fa 动转矩F 回零u
Fa F
4.1 变桨距风力机组的特点
由于控制器包含着常规的PID控制器和节距角的非线性化环节， 因此当功率不变时，转矩对节距角的比是随节距角的增加而增加的。
4.2 变桨距控制系统
三、变桨距控制(并网后)
速度非线性变化
节距非线性变化
速度出 节距
节距给定
额定速度 +-
滤波器
速度入
风速
PID 控制器
节距给定
节距及速度 PID控制器
转速 传感器
在额定风速以下时，叶片攻角处于0°附
近，此时叶片角度受控制环节精度的影响，
变化范围很小，可等同于定桨距风机。
风向
发电状态 节距角0°
停止状态 节距角90°
4.2 变桨距控制系统
一、变桨距系统
在额定风速以下时，叶片攻角处于0°附 近，此时叶片角度受控制环节精度的影响，
风向
变化范围很小，可等同于定桨距风机。
液压系统由液压比例伺服阀、液压回路、液压缸活塞等组成。
风电机组变桨距系统
作者：中国科学院电工研究所李建林张雷鄂春良来源：赛尔电力自动化总第78期摘要：在风力发电系统中，变桨距控制技术关系到风力发电机组的安全可靠运行，影响风力机的使用寿命，通过控制桨距角使输出功率平稳、减小转矩振荡、减小机舱振荡，不但优化了输出功率，而且有效的降低的噪音，稳定发电机的输出功率，改善桨叶和整机的受力状况。
变桨距风力发电机比定桨距风力发电机具有更好的风能捕捉特性，现代的大型风力发电机大多采用变桨距控制。
本文针对国外某知名风电公司液压变桨距风力机，采用可编程控制器(PLC)作为风力发电机的变桨距控制器。
这种变桨控制器具有控制方式灵活，编程简单，抗干扰能力强等特点。
本文介绍了液压变桨距系统的工作原理，设计了变桨控制器的软件系统。
最后在国外某知名风电公司风力发电机组上做了实验，验证了将该变桨距控制器可以在变桨距风力机上安全、稳定运行的。
关键词：变桨距；风力发电机；可编程控制器1引言随着风电技术的不断成熟与发展，变桨距风力发电机的优越性显得更加突出：既能提高风力机运行的可靠性，又能保证高的风能利用系数和不断优化的输出功率曲线。
采用变桨距机构的风力机可使叶轮重量减轻，使整机的受力状况大为改善，使风电机组有可能在不同风速下始终保持最佳转换效率，使输出功率最大，从而提高系统性能。
随着风电机组功率等级的增加，采用变桨距技术已是大势所趋。
目前变桨执行机构主要有两种：液压变桨距和电动变桨距，按其控制方式可分为统一变桨和独立变桨两种。
在统一变桨基础上发展起来的独立变桨距技术，每支叶片根据自己的控制规律独立地变化桨距角，可以有效解决桨叶和塔架等部件的载荷不均匀问题，具有结构紧凑简单、易于施加各种控制、可靠性高等优势，越来越受到国际风电市场的欢迎。
兆瓦级变速恒频变桨距风电机组是目前国际上技术比较先进的风力机型，从今后的发展趋势看，必然取代定桨距风力机而成为风力发电机组的主力机型。
其中变桨距技术在变速恒频风力机研究中占有重要地位，是变速恒频技术实现的前提条件。
变桨距控制
变桨控制的分类：分为主动变桨控制和被动变桨控制。
主动变桨是指桨叶被设计成可沿自身轴线旋转，通过控制系统的指令完成变桨，多用于大型风力发电机组。
被动变桨是指桨叶可在外部载荷的作用下自动发生扭转，且达到风力机控制所需的桨距角，一般只用于独立运行的机组。
以下均为主动变桨控制的相关内容。
变桨控制的基本原理：风力机运行中，通过使叶片沿自身轴旋转、改变桨距角，可使气流对叶片的攻角发生变化，从而改变风轮所受气动力矩和功率输出。
同等风速下，桨距角越大，风能利用系数越低。
变桨系统在不同风速下的控制策略和所起作用：1）风速小于启动风速：处于停机状态，桨距角为90°。
2）启动风速到额定风速：桨距角保持在0°，在启动阶段使机组获得最大的启动力矩，在中低风速下获得最大的功率系数。
3）额定风速到切出风速：根据功率或发电机转速和风速，对桨距角进行闭环控制，限制功率输出。
进行功率控制。
4）大于切出风速：桨距角迅速切换到90°，提供很大的气动阻力，使风轮快速减速，完成停机。
变桨执行机构分类：可分为液压变桨系统和电动变桨系统。
液压变桨系统使用曲柄连杆机构同步驱动或者由3个液压缸分别推动桨叶转动，调节桨距角。
优点是对于大惯性负载其频率响应快、扭矩大，可实现无级调速，便于集中控制和集成化。
缺点是其传动结构相对复杂，漏油、卡涩时有发生，且液压传动部件在夏季和冬季的控制精度差别较大。
电动变桨机构利用伺服电机带动减速机调节桨距角，具有快速性、同步性、准确性等优点。
结构简单、紧凑，机械故障较少。
其缺点是电气布线困难，动态响应特性较差。
另外频繁调节桨距时会产生过量的热负荷，易使电机损坏。
变桨距风力发电机的特点：1）额定功率点以上输出功率平稳。
2）额定点具有较高的风能利用系数。
3）高风速段仍能保持额定功率。
4）气动性能和制动性能更加优异。
变桨距控制系统：传统变桨距控制方式根据功率反馈信号进行功率控制，控制信号给定值为额定功率，但其响应速度受到限制，控制效果不理想。
矿产
矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。
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矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。