帶增益調度的風力發電變槳距控制研究

    現代風力發電興起于20世紀70年代，經過多年的發展，從最初的定槳距到現在的變槳距，從恒速恒頻到如今的變速恒頻，風力發電技術已較為成熟，基本實現了風力發電機組從能夠向電網供電到理想地向電網供電的最終目標。

       近年來變槳距機組逐漸成為風力發電的主流機型，變槳距是指安裝在輪轂上的葉片可以借助控制技術改變其槳距角的大小，從而改變葉片氣動特性，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。槳距角的控制量可以是風速、機組輸出功率或發電機轉速，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
    變速變槳距風力發電機組的控制主要通過兩個階段來實現：在額定風速以下時，保持最優槳距角不變，采用最大功率跟蹤法(MPPT)，通過變流器調節發電機電磁轉矩使風輪轉速跟隨風速變化，使風能利用系數保持最大，風機一直運行在最大功率點；在額定風速以上時，通過變槳距系統改變槳距角來限制風輪獲取能量，使風力發電機組保持在額定功率發電。而對于定槳距風力發電機組，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，它是葉尖速比λ和槳距角β的函數。

    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。