大型風(fēng)電機(jī)組變槳距控制技術(shù)的研究

　　1 引言
　　變速恒頻風(fēng)電機(jī)組風(fēng)輪轉(zhuǎn)速隨著風(fēng)速的變化而變化，可更有效地利用風(fēng)能，并通過(guò)變速恒頻技術(shù)得到恒定頻率的電能。變速恒頻機(jī)組的顯著優(yōu)點(diǎn)獲得了市場(chǎng)青睞，已成為市場(chǎng)的主流機(jī)型。但變速恒頻風(fēng)電機(jī)組僅通過(guò)電機(jī)自身調(diào)節(jié)要達(dá)到減小風(fēng)速波動(dòng)沖擊的目的是很困難的，因?yàn)樽匀唤缰械娘L(fēng)速瞬息萬(wàn)變，特別是在額定風(fēng)速以上工況，風(fēng)電機(jī)組可能受到很大的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)沖擊。
　　變槳距就是使葉片繞其安裝軸旋轉(zhuǎn)，改變?nèi)~片的槳距角，從而改變風(fēng)電機(jī)組的氣動(dòng)特性，使槳葉和整機(jī)的受力狀況大為改善。變槳距風(fēng)電機(jī)組與傳統(tǒng)的定槳距風(fēng)電機(jī)組相比，具有起動(dòng)與制動(dòng)性能好，風(fēng)能利用系數(shù)高，在額定功率點(diǎn)以上輸出功率平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)。所以目前的大型風(fēng)電機(jī)組多采用變槳距形式。
　　本文主要對(duì)大型風(fēng)電機(jī)組的變槳距系統(tǒng)進(jìn)行了分析，探討了變槳距系統(tǒng)的氣動(dòng)特性，給出了風(fēng)電機(jī)組變槳距工作過(guò)程的理論基礎(chǔ)；簡(jiǎn)要介紹了變槳距風(fēng)電機(jī)組的工作過(guò)程；對(duì)液壓變槳和電動(dòng)變槳兩種變槳方式的特點(diǎn)進(jìn)行了比較，并對(duì)電動(dòng)變槳的控制方式進(jìn)行了分析研究。
　　2 變槳距的氣動(dòng)特性及工作過(guò)程
　　風(fēng)電機(jī)組的特性通常由一簇功率系數(shù)Cp 的無(wú)因次性能曲線來(lái)表示，風(fēng)能利用系數(shù)是風(fēng)電機(jī)組葉尖速比λ 和節(jié)距角β 的函數(shù)，即Cp=f(λ, β)。風(fēng)能利用系數(shù)Cp 可近似表示為（1）由式（1）可得到變槳距風(fēng)電機(jī)組的（Cp -β) 特性曲線如圖1 所示：
　　從圖1 中可以得到下面的結(jié)論：

圖1 變槳距風(fēng)電機(jī)組的（Cp-β）特性曲線

　　（1） 對(duì)于某固定槳距角β，存在唯一的風(fēng)能利用系數(shù)最大值Cpmax，對(duì)應(yīng)一個(gè)最佳葉尖速比λopt ；
　　（2） 對(duì)于任意的葉尖速比λ，槳葉節(jié)距角β=00 下的風(fēng)能利用系數(shù)Cp 相對(duì)最大，槳葉節(jié)距角增大，風(fēng)能利用系數(shù)Cp 明顯減小。
　　以上兩點(diǎn)即為變速恒頻變槳距控制的理論依據(jù)：在風(fēng)速低于額定風(fēng)速時(shí)，槳葉節(jié)距角β=00，風(fēng)速變化時(shí)，通過(guò)變速恒頻裝置改變發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，使風(fēng)能利用系數(shù)恒定在Cpmax，捕獲最大風(fēng)能；在風(fēng)速高于額定風(fēng)速時(shí)，調(diào)節(jié)槳葉節(jié)距角從而減少發(fā)電機(jī)輸出功率，使輸出功率穩(wěn)定在額定功率。