獨(dú)立變槳控制及其對(duì)風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)、性能與運(yùn)行的影響

　　隨著風(fēng)能在發(fā)電領(lǐng)域的重要性不斷增加，對(duì)供電可靠性和可預(yù)測(cè)性的要求更加嚴(yán)格。對(duì)于風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)營商而言，滿足電網(wǎng)規(guī)范在頻率和電壓方面的要求也變得日益重要。致力于風(fēng)電業(yè)務(wù)的大型能源企業(yè)很有可能把滿足這些要求作為發(fā)展重點(diǎn)。[2]
　　為了降低風(fēng)電機(jī)組的總體發(fā)電成本（單位兆瓦成本），風(fēng)電機(jī)組的尺寸在不斷增加。尤其是對(duì)于海上風(fēng)力發(fā)電，基礎(chǔ)成本在整體投資成本中占很大比重。事實(shí)證明，少量大型風(fēng)電機(jī)組比大量小型風(fēng)電機(jī)組更具成本效益。[3]
　　但是，更大的風(fēng)電機(jī)組葉片更長、塔架更高，這為風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)商帶來了技術(shù)挑戰(zhàn)。葉片越長，不均勻風(fēng)場(chǎng)的影響越大。例如，貼近地表的風(fēng)速低，遠(yuǎn)離地表的風(fēng)速高，這就形成了不均勻風(fēng)場(chǎng)。這種風(fēng)速的漸變會(huì)對(duì)葉片產(chǎn)生不對(duì)稱負(fù)荷。
　　大型風(fēng)電機(jī)組的可行性和技術(shù)挑戰(zhàn)近來已成為很多研究和論文的主題，尤其是歐洲委員會(huì)發(fā)起的UpWind 項(xiàng)目。商用風(fēng)電機(jī)組的輸出功率通常在1 ～ 7MW 之間，而UpWind 項(xiàng)目對(duì)20MW 風(fēng)電機(jī)組的可行性進(jìn)行了評(píng)估。[4] [5]
　　二、獨(dú)立變槳控制
　　設(shè)計(jì)商如何設(shè)計(jì)壽命更長的風(fēng)電機(jī)組？隨著經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的發(fā)展，降低風(fēng)電機(jī)組總體發(fā)電成本的壓力、降低運(yùn)行維護(hù)成本的需要、對(duì)電力生產(chǎn)的可靠性和可預(yù)測(cè)性的重視，使得形成一項(xiàng)技術(shù)解決方案成為當(dāng)務(wù)之急。
　　降低負(fù)荷是這項(xiàng)解決方案的關(guān)鍵因素。此外，風(fēng)電機(jī)組大型化發(fā)展的趨勢(shì)也凸顯了降低負(fù)荷的重要性。
　　獨(dú)立變槳控制（IPC）在負(fù)荷平衡方面發(fā)揮著重要作用。那么IPC 是什么? IPC 是指能夠調(diào)節(jié)風(fēng)電機(jī)組速度從而控制輸出功率的變槳控制系統(tǒng)。IPC 也能夠作為剎車使用，通過轉(zhuǎn)動(dòng)葉片來使槳葉停止運(yùn)作。此外， 變槳控制， 特別是IPC 系統(tǒng)，還能夠降低風(fēng)電機(jī)組構(gòu)件上的疲勞負(fù)荷。
　　最近開發(fā)的變速風(fēng)電機(jī)組能夠適應(yīng)不同的風(fēng)力條件。而新的發(fā)電機(jī)概念和變槳控制系統(tǒng)則是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的基礎(chǔ)。
　　變槳控制意味著葉片可以在0°到90°之間轉(zhuǎn)動(dòng)。在風(fēng)速低于額定速度（通常為12m/s）時(shí)，風(fēng)輪葉片會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)到完全朝向風(fēng)向，即槳距為0°。當(dāng)風(fēng)速增大時(shí)，可以控制葉片槳距，將風(fēng)電機(jī)組的輸出功率調(diào)整到其額定值。當(dāng)風(fēng)速達(dá)到預(yù)定極限時(shí)（通常為28m/s），風(fēng)電機(jī)組將葉片轉(zhuǎn)動(dòng)到90°，停止發(fā)電。
　　統(tǒng)一變槳控制會(huì)將所有葉片的槳距同時(shí)調(diào)整到相同角度。相反，IPC 可以動(dòng)態(tài)而獨(dú)立地調(diào)整每個(gè)葉片的槳距。這種槳距調(diào)整可以根據(jù)不同葉片的負(fù)荷實(shí)時(shí)進(jìn)行。
　　IPC 模式的主要優(yōu)勢(shì)是能夠降低葉片、輪轂、主體框架和塔架的疲勞負(fù)荷。為了平衡這些負(fù)荷，尤其是不均勻風(fēng)場(chǎng)引起的不對(duì)稱負(fù)荷，必須獨(dú)立調(diào)整每個(gè)葉片的槳距。
　　降低疲勞負(fù)荷有兩項(xiàng)重要優(yōu)勢(shì)：實(shí)現(xiàn)更輕量化的設(shè)計(jì)并延長風(fēng)電機(jī)組使用壽命。