风力发电的变桨距控制方法研究分解

调整桨距角处于可获取最大推力 的位置，有较低的切入风速
两种风速情况
风速大于额定风速时
叶片向小迎风角变化，从而使获取 的风能减少，这样就保证了叶轮输 出功率不超过发电机的额定功率
4.1变桨距功率控制模型
桨距角 检测 给定桨距角 变桨距 控制器 给定功率值 功率检测 变桨距 机构 风轮 发电机 并网开关
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。
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 轴 承
变桨驱动装置
紧急备用
编码器
电池柜
变桨距执行机构


变桨距执行机构是指直接控制叶片转动部分 的机械装置 常见的变桨距执行机构有 ：平行轴齿轮驱 动，垂直轴伞型齿轮驱动，机械摇杆驱动
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
风力发电的变桨距控制方法研究
目录
一
概论 二 风力发电的控制系统介绍 三 风力发电机的变桨距控制系统 四 直驱型风电机组变桨距功率控制法 五 功率控制法的改进
一 概论
大型MW级风电机组在世界主要国家已经投入产业 化生产 同世界发达国家的水平相比，我国的风机生产水平 有很大差距 ，在变桨距技术方面有诸多体现 风机的叶片直径在不断的增大，严重影响到风电机 组传动机构等部件的机械应力和疲劳寿命，变桨控 制技术得到世界共识并快速发展
2.2并 / 脱网控制
当风力发电机转速达到同步转速时，执行并
网操作。为了减小对电网的冲击，通常采用 晶闸管软切入并网。软切入时，限制发电机 并网电流并监视三相电流的平衡度，如果不 平衡度超出限制则需停机。除此之外，软切 入装置还可以使风力发电机在低风速下起动。 当风速低于切入风速时，应控制已并网的发 电机脱离电网，并在风速低于 4 m /s 时进行 机械制动。
开始
Y
有停机故障信号
∆P=P-P0
Y ∆P=0
-10<∆P<10?
N 按比例增大桨距角， 最大速度不超过4.6⁰ /s Y ∆P>0?
N 按比例减小桨距角，桨 距角变化速度不超过 1⁰/s,并且桨距角不小于 3⁰ Y ∆P<0? N
由PLC的输出单元输出一个 数字量信号，使紧急顺桨电 磁阀打开，迅速顺桨
风机控制系统的重要性
电网 监视 风况
机组运行参数
风速 风向
风机控制系统
控 制
磁 链
转 速
转 矩
输 出 功 率
端 口 电 压 分控制箱
执行机构
主控制器
设定值（额定值） 反馈值 发出指令
现场总线
2.1启动控制
当风速检测系统在一段持续时间内测得风速
平均值达到切入风速，并且系统自检无故障 时，控制系统发出释放制动器命令，机组由 待风状态进入低风速起动。
平行轴齿轮驱动和垂直轴伞型齿轮驱动 （也有机械摇杆驱动）
四 风电机组变桨距功率控制法


什么是功率控制法：传统的恒功率控制模式用于风速 较大的场合。为保证风电系统的安全运行，需要限制 其转速和发电机的输出功率，由于发电机和变频装置 的电气限制，仅仅靠电磁转矩的控制已无法保证系统 的安全，此时需要控制风机的桨距角以降低风机的风 能捕获量，从而限制风机的转速和输出功率。 （小风速段使用最大风能捕捉的方法，最大风能捕获 控制又有若干典型的控制方法，如：最佳叶尖速比法， 最优转矩法，功率信号反馈法，爬山搜索法。这些方 法的控制目标为：风速变化时，通过控制发电机的电 磁转矩使得系统在新的稳态下捕获最大风能。）

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
结束
五 功率控制法的改进与应用
由于控制本身的属性，功率控制法在响应速
度，准确度以及稳定性方面都可以加以改进。 风电机组发出的电能最终都要供给负载，风 力机的运行参数，调整状况和反馈情况也要 受到负载的影响，所以功率控制可以和载荷 变量联合控制，使得控制更加快准稳。
谢谢！
当风力发电机组起 动及风速低于额定风速 时，桨距角处于可获取 最大推力的位置，有较 低的切入风速。当风速 超过额定风速时，叶片 向小迎风角变化，从而 使获取的风能减少，这 样就保证了叶轮输出功 率不超过发电机的额定 功率，风轮速度降低使 发电机组的输出功率可 以稳定在额定功率上。
风速小于额定风速时
接电网
变桨距调节控制器的组成
高于额定转速
设定转速 转速检测 风力发电机
变桨距驱动
比 较 器
低于额定转速
期望源自文库转速,扭矩
变桨距控制器控 制目标：最大功 率输出
叶片位置检测
转速桨位需求 扭矩桨位需求
4.2系统的软件设计
在变桨距控制系统中，高风速段的变
桨距调节功率是非常重要的部分，若 退桨速度过慢则会出现过功率和过电 流现象，甚至会烧毁发电机；若桨距 调节速度过快，不但会出现过调节现 象，使输出功率较大，而且会缩短变 桨距液压缸，变桨距电动机和变桨距 轴承的使用寿命，进而影响发电机的 输出功率，使发电量降低。