帶增益調(diào)度的風力發(fā)電變槳距控制研究

    現(xiàn)代風力發(fā)電興起于20世紀70年代，經(jīng)過多年的發(fā)展，從最初的定槳距到現(xiàn)在的變槳距，從恒速恒頻到如今的變速恒頻，風力發(fā)電技術(shù)已較為成熟，基本實現(xiàn)了風力發(fā)電機組從能夠向電網(wǎng)供電到理想地向電網(wǎng)供電的最終目標。

       近年來變槳距機組逐漸成為風力發(fā)電的主流機型，變槳距是指安裝在輪轂上的葉片可以借助控制技術(shù)改變其槳距角的大小，從而改變?nèi)~片氣動特性，使槳葉和整機的受力狀況大為改善，并使風力機在高風速時可以輸出更多功率且使輸出功率更加平穩(wěn)。槳距角的控制量可以是風速、機組輸出功率或發(fā)電機轉(zhuǎn)速，由于精確測量風速十分困難，本文選擇一種由機組的輸出功率來控制槳距角的控制策略，通過仿真驗證了這種控制策略的可行性，然后引入一種帶增益調(diào)度控制的控制策略，仿真證明這種控制策略可達到更好的控制效果。

l 變槳距控制原理
    變速變槳距風力發(fā)電機組的控制主要通過兩個階段來實現(xiàn)：在額定風速以下時，保持最優(yōu)槳距角不變，采用最大功率跟蹤法(MPPT)，通過變流器調(diào)節(jié)發(fā)電機電磁轉(zhuǎn)矩使風輪轉(zhuǎn)速跟隨風速變化，使風能利用系數(shù)保持最大，風機一直運行在最大功率點；在額定風速以上時，通過變槳距系統(tǒng)改變槳距角來限制風輪獲取能量，使風力發(fā)電機組保持在額定功率發(fā)電。而對于定槳距風力發(fā)電機組，當風速高于額定風速時，由于其槳距角不能改變，只能通過風機的失速特性來降低風能的吸收，因此在風速高于額定風速時不能維持額定功率輸出，輸出功率反而會下降。
    下面的公式是風速為V1時風輪捕獲的風能P，其中P為空氣密度，S為風輪掃掠面面積，CP為風能利用系數(shù)，它是葉尖速比λ和槳距角β的函數(shù)。

    由以上幾個式子可以得到變槳距風力機的(CP一β)特性曲線，見圖1。