1、1 機組的特點機組的特點2 基本運行過程基本運行過程3 液壓系統液壓系統變槳距風力發電機變槳距風力發電機組組4 變槳距控制系統變槳距控制系統5 功率控制功率控制4.1 變槳距風力機組的特點變槳距風力機組的特點一、機組特點一、機組特點i 風向風向uwu uwivF FF Fa aF Fu uu uwivF FF Fa aF Fu uu uwivF FF Fa aF Fu uu uwivF FF Fa aF Fu u高于額定風速高于額定風速調整節距調整節距保持功率恒定保持功率恒定控制轉速控制轉速起動時控制驅動轉矩起動時控制驅動轉矩改善機組的受力，優化功率輸出（與發電機轉差率改善機組的受力，優化功率

2、輸出（與發電機轉差率調節配合）調節配合）特特點點比定槳距風力機額定風速低、效率高；且不存在高比定槳距風力機額定風速低、效率高；且不存在高于額定風速的功率下降問題于額定風速的功率下降問題功率反饋控制使額定功率不受海拔、濕度、溫度等功率反饋控制使額定功率不受海拔、濕度、溫度等空氣密度變化影響空氣密度變化影響啟動時控制氣動轉矩易于并網；停機氣動轉矩回零啟動時控制氣動轉矩易于并網；停機氣動轉矩回零避免突甩負荷避免突甩負荷改變攻角改變攻角4.1 變槳距風力機組的特點變槳距風力機組的特點 起動狀態起動狀態轉速反饋控制，速度控制器按一定的速度上升轉速反饋控制，速度控制器按一定的速度上升斜率給定速度參考值，變

3、槳系統根據該參考值調節槳距角斜率給定速度參考值，變槳系統根據該參考值調節槳距角欠功率狀態欠功率狀態發電機在額定功率以下的低功率狀態運行發電機在額定功率以下的低功率狀態運行 （變速機組可通過追求最佳葉尖速比提高風機效率）（變速機組可通過追求最佳葉尖速比提高風機效率）額定功率狀態額定功率狀態功率控制，為了解決變槳對風速響應慢問功率控制，為了解決變槳對風速響應慢問題，可通過調節電機轉差率調速，用風輪蓄能特性吸收風波題，可通過調節電機轉差率調速，用風輪蓄能特性吸收風波動造成的功率波動，維持功率恒定動造成的功率波動，維持功率恒定轉速轉速控制器控制器變槳變槳執行器執行器變距變距機構機構風輪風輪系統系統發電

4、機發電機傳動傳動系統系統轉速轉速槳距角槳距角風速風速轉速給定轉速給定功功率率控控制制器器變變槳槳執執行行器器變變距距機機構構風風輪輪系系統統發發電電機機傳傳動動系系統統槳槳距距角角發發電電功功率率風風速速功功率率給給定定二、運行狀態二、運行狀態功率輸出完全取決功率輸出完全取決于葉片的氣動性能于葉片的氣動性能 由于變槳距系統的響應速度受到限制，對快速變化的風速，通由于變槳距系統的響應速度受到限制，對快速變化的風速，通過改變節距來控制輸出功率的效果并不理想。過改變節距來控制輸出功率的效果并不理想。 因此，為了優化功率曲線，最新設計的變槳距風力發電機組在因此，為了優化功率曲線，最新設計的變槳距風力發

5、電機組在進行功率控制的過程中，其進行功率控制的過程中，其功率反饋信號不再作為直接控制葉片節功率反饋信號不再作為直接控制葉片節距的變量距的變量。 速速度度控控制制器器A功功率率控控制制器器節節距距控控制制器器變變距距機機構構風風輪輪系系統統發發電電機機增增速速器器電電流流給給定定發發電電機機轉轉速速電電網網轉轉速速給給定定功功率率給給定定A速速度度控控制制器器B風風速速B速速度度給給定定節節距距AB4.2 變槳距控制系統變槳距控制系統一、變槳距系統一、變槳距系統全葉片變距全葉片變距 變槳距變槳距系統系統葉尖局部變距葉尖局部變距 離心式離心式變距變距 葉尖變距通常只變葉尖部分葉尖變距通常只變葉尖部

6、分(約約0.25R0.30R)的節的節距角，其余部分翼展是定槳距的距角，其余部分翼展是定槳距的 伺服機構驅動式變距伺服機構驅動式變距 離心式就是利用葉片本身或附加重錘離心式就是利用葉片本身或附加重錘的質量在旋轉時產生的離心力作為動的質量在旋轉時產生的離心力作為動力，使葉片偏轉變距力，使葉片偏轉變距 大型風電機組的變距，通常要借助電大型風電機組的變距，通常要借助電動或液壓的伺服系統使葉片旋轉變距動或液壓的伺服系統使葉片旋轉變距 4.2 變槳距控制系統變槳距控制系統一、變槳距系統一、變槳距系統 變槳距控制的優點是機組起動性能好，輸變槳距控制的優點是機組起動性能好，輸出功率穩定，停機安全等；其缺點是

7、增加了變出功率穩定，停機安全等；其缺點是增加了變槳距裝置控制復雜。槳距裝置控制復雜。 齒齒輪輪箱箱變變換換器器風風輪輪大大發發電電機機小小發發電電機機電電網網風風能能功功率率傳傳感感器器+ +變變槳槳控控制制器器控控制制器器功功率率控控制制器器U UI IP *P Prefv+ +r re ef f* *- -4.2 變槳距控制系統變槳距控制系統一、變槳距系統一、變槳距系統風風向向發發電電狀狀態態節節距距角角0停停止止狀狀態態節節距距角角90v在額定風速以下時，葉片攻角處于在額定風速以下時，葉片攻角處于0附附近，此時葉片角度受控制環節精度的影響，近，此時葉片角度受控制環節精度的影響，變化范圍很

8、小，可等同于定槳距風機。變化范圍很小，可等同于定槳距風機。 4.2 變槳距控制系統變槳距控制系統一、變槳距系統一、變槳距系統風向風向發電狀態發電狀態節距角節距角0停止狀態停止狀態節距角節距角90v在額定風速以下時，葉片攻角處于在額定風速以下時，葉片攻角處于0附附近，此時葉片角度受控制環節精度的影響，近，此時葉片角度受控制環節精度的影響，變化范圍很小，可等同于定槳距風機。變化范圍很小，可等同于定槳距風機。 v在額定風速以上時，變槳距機構發揮在額定風速以上時，變槳距機構發揮作用，調整葉片的節距角，進而改變葉作用，調整葉片的節距角，進而改變葉片攻角，保證發電機的輸出功率在允許片攻角，保證發電機的輸出

9、功率在允許范圍內。范圍內。 v風機正常工作時，主要采用功率控制。風機正常工作時，主要采用功率控制。 4.2 變槳距控制系統變槳距控制系統一、變槳距系統一、變槳距系統變槳距調節方法可以分為三個階段變槳距調節方法可以分為三個階段 開機階段開機階段 保持階段保持階段 調節階段調節階段 當風電機達到運行條件時，計算機命令調節節距角。當風電機達到運行條件時，計算機命令調節節距角。第一步將節距角調到第一步將節距角調到45 ，當轉速達到一定時，再，當轉速達到一定時，再調節到調節到0，直到風電機達到額定轉速并網發電，直到風電機達到額定轉速并網發電 當輸出功率小于額定功率時，節距角保持在當輸出功率小于額定功率時

10、，節距角保持在0位位置不變置不變 當發電機輸出功率達到額定后，調節系統即投入運行，當發電機輸出功率達到額定后，調節系統即投入運行，當輸出功率變化時，及時調節距角的大小，在風速高于當輸出功率變化時，及時調節距角的大小，在風速高于額定風速時，使發電機的輸出功率基本保持不變額定風速時，使發電機的輸出功率基本保持不變 速速度度控控制制器器A功功率率控控制制器器節節距距控控制制器器變變距距機機構構風風輪輪系系統統發發電電機機增增速速器器電電流流給給定定發發電電機機轉轉速速電電網網轉轉速速給給定定功功率率給給定定A速速度度控控制制器器B風風速速B速速度度給給定定節節距距AB4.2 變槳距控制系統變槳距控制

11、系統二、變槳距執行系統二、變槳距執行系統v在發電機并入電網時前，發電機轉速由速度控制器在發電機并入電網時前，發電機轉速由速度控制器A根據根據發電機轉速反饋信號與給定信號直接控制發電機轉速反饋信號與給定信號直接控制 v發電機并入電網后，速度控制發電機并入電網后，速度控制B與功率控制器起作用與功率控制器起作用 主要是根據發電機轉速主要是根據發電機轉速給出相應的功率曲線，給出相應的功率曲線，調整發電機轉差率，并調整發電機轉差率，并確定速度控制器確定速度控制器B的速的速度給定度給定 4.2 變槳距控制系統變槳距控制系統二、變槳距執行系統二、變槳距執行系統D/A轉轉換換器器A/D轉轉換換器器位位移移傳傳

12、感感器器變變槳槳距距機機構構液液壓壓系系統統活活塞塞位位移移槳槳距距角角變變槳槳給給定定校校正正環環節節+ +- -v變槳距執行系統是一個變槳距執行系統是一個隨動系統隨動系統，即槳距角位置跟隨變槳指，即槳距角位置跟隨變槳指令變化。令變化。v校正環節是一個非線性控制器，具有死區補償和變槳限制功校正環節是一個非線性控制器，具有死區補償和變槳限制功能。死區用來補償液壓及變距機構的不靈敏區，變槳限制防止能。死區用來補償液壓及變距機構的不靈敏區，變槳限制防止超調。超調。v液壓系統由液壓比例伺服閥、液壓回路、液壓缸活塞等組成。液壓系統由液壓比例伺服閥、液壓回路、液壓缸活塞等組成。v位置傳感器給出實際變槳角

13、度。位置傳感器給出實際變槳角度。4.2 變槳距控制系統變槳距控制系統三、變槳距控制三、變槳距控制(并網前并網前)轉轉速速控控制制器器變變槳槳執執行行器器變變距距機機構構風風輪輪系系統統發發電電機機傳傳動動系系統統槳槳距距角角風風速速轉轉速速給給定定A轉轉速速 轉速控制器轉速控制器A控制從起動到并網的轉速控制，達到同步轉速控制從起動到并網的轉速控制，達到同步轉速10r/min內內1s并網。進入起動狀態，槳距角快速轉到并網。進入起動狀態，槳距角快速轉到45，轉速，轉速從從0增加到增加到500r/min時，槳距角時，槳距角減小到減小到5，達到快速啟動目的；非，達到快速啟動目的；非線性環節使增益隨節距

14、角增加而減小，補償轉矩變化。線性環節使增益隨節距角增加而減小，補償轉矩變化。 速度控制器速度控制器A在風力發電機組進入待機狀態或從待在風力發電機組進入待機狀態或從待機狀態重新起動時投入工作，在此過程中通過對節距角機狀態重新起動時投入工作，在此過程中通過對節距角的控制，轉速以一定的變化率上升。速度控制器的控制，轉速以一定的變化率上升。速度控制器A實際實際為轉速控制器為轉速控制器。 速速度度變變化化率率額額定定轉轉速速PID轉轉速速傳傳感感器器+-+轉轉速速節節距距指指令令轉轉矩矩補補償償455節節距距非非線線性性化化 由于控制器包含著常規的由于控制器包含著常規的PID控制器和節距角的非線性化環節

15、，控制器和節距角的非線性化環節，因此因此當當功率不變功率不變時，轉矩對節距角的比是隨節距角的增加而增加的時，轉矩對節距角的比是隨節距角的增加而增加的。 風力發電機組從待風力發電機組從待機狀態進入運行狀機狀態進入運行狀態時能夠態時能夠快速起動快速起動 4.2 變槳距控制系統變槳距控制系統三、變槳距控制三、變槳距控制(并網后并網后) 速度控制器速度控制器B B受發電機轉速和風速的雙重控制。在達到額定受發電機轉速和風速的雙重控制。在達到額定值前，速度給定值隨功率給定值按比例增加。值前，速度給定值隨功率給定值按比例增加。 濾濾波波器器速速度度入入風風速速PID控控制制器器節節距距給給定定額額定定速速度

16、度速速度度非非線線性性變變化化+ +- -速速度度出出節節距距及及速速度度PID控控制制器器節節距距非非線線性性變變化化節節距距給給定定風風速速葉葉尖尖速速比比優優化化節節距距轉轉速速傳傳感感器器轉轉速速 節距控制將根據風速調整到最佳狀態，以優化葉尖速比。節距控制將根據風速調整到最佳狀態，以優化葉尖速比。 與與速度控制器速度控制器A A的結構相比，的結構相比，速度控制器速度控制器B B增加了速度非線性增加了速度非線性化環節，以便控制節距角加速趨近于化環節，以便控制節距角加速趨近于0 0。 4.2 變槳距控制系統變槳距控制系統三、變槳距控制三、變槳距控制(并網后的功率控制并網后的功率控制)功功率

17、率控控制制器器A槳槳距距角角同同步步轉轉速速SP濾濾波波器器+-+-+-功功率率控控制制器器B B變變槳槳執執行行器器變變距距機機構構風風輪輪系系統統發發電電機機傳傳動動系系統統轉轉速速發發電電功功率率風風速速額額定定功功率率功功率率給給定定轉轉子子電電流流執執行行器器風風速速信信號號+-+-v功率控制器功率控制器A并網后執行變槳到最大攻角，低于額定功率并網后執行變槳到最大攻角，低于額定功率（額定風速）時控制器輸出飽和，攻角最大；高于額定風速（額定風速）時控制器輸出飽和，攻角最大；高于額定風速后進入恒功率控制；引入風速前饋通道，超過額定風速后，后進入恒功率控制；引入風速前饋通道，超過額定風速后

18、，當風速變化時起到快速補償作用。當風速變化時起到快速補償作用。v功率控制器功率控制器B低于額定風速調節轉差率低于額定風速調節轉差率“實現實現”最佳葉尖速最佳葉尖速比調節，即風速增加轉差率增大；高于額定風速時配合功率控比調節，即風速增加轉差率增大；高于額定風速時配合功率控制器制器A維持功率恒定。原理是風速出現波動時，由于變槳調節維持功率恒定。原理是風速出現波動時，由于變槳調節的滯后使驅動功率發生波動，調節轉差率（轉子電流）使機組的滯后使驅動功率發生波動，調節轉差率（轉子電流）使機組轉速變化而維持功率恒定，利用風輪儲存和釋放能量維持輸入轉速變化而維持功率恒定，利用風輪儲存和釋放能量維持輸入與輸出功

19、率的平衡。與輸出功率的平衡。 變槳距風力發電機組的液壓系統與定槳距風力發電機組的液壓變槳距風力發電機組的液壓系統與定槳距風力發電機組的液壓系統很相似，也由兩個壓力保持回路組成。一路由蓄能器通過電液系統很相似，也由兩個壓力保持回路組成。一路由蓄能器通過電液比例閥供給葉片變距油缸，另一路由蓄能器供給高速軸上的機械剎比例閥供給葉片變距油缸，另一路由蓄能器供給高速軸上的機械剎車機構。車機構。 4.3 變槳距風力發電機組液壓系統變槳距風力發電機組液壓系統Vestas-V39型型風力發電機風力發電機組液壓系統組液壓系統 一、液壓系統結構圖一、液壓系統結構圖 蓄能器蓄能器 單向閥單向閥 溢流閥溢流閥 可調節

20、流閥可調節流閥 節流閥節流閥 電磁閥電磁閥 電磁閥電磁閥 壓力測試口壓力測試口 4.3 變槳距風力發電機組液壓系統變槳距風力發電機組液壓系統V39型風力發電機組液型風力發電機組液壓系統壓系統 液壓泵站液壓泵站 一、液壓系統結構圖一、液壓系統結構圖 液壓泵站的液壓泵站的動力源是齒動力源是齒輪泵，為變輪泵，為變距回路和制距回路和制動器回路所動器回路所共有。共有。 壓力傳感器控制油泵啟停，設定范圍：壓力傳感器控制油泵啟停，設定范圍：130bar145bar。高壓濾清器裝有旁通閥和污染指示器，單向閥防止高壓油回流。高壓濾清器裝有旁通閥和污染指示器，單向閥防止高壓油回流。溢流閥防止油壓過高，設定值溢流閥

21、防止油壓過高，設定值145bar。系統維修時，可調節流閥閥用來釋放來自蓄能器的壓力油。系統維修時，可調節流閥閥用來釋放來自蓄能器的壓力油。油位開關用來防止油溢出或泵在無油情況下運轉。油位開關用來防止油溢出或泵在無油情況下運轉。油箱內設有油箱內設有PT100溫度檢測與報警。溫度檢測與報警。 控制器根據功率或轉速信號給出一個控制器根據功率或轉速信號給出一個(-10+10) (-10+10) V V的控制電壓，的控制電壓，通過比例閥控制器轉換成一定范圍的電流信號，控制比例閥輸出流通過比例閥控制器轉換成一定范圍的電流信號，控制比例閥輸出流量的方向和大小。量的方向和大小。 變槳距風力發電機組的變槳距控制

22、系統的節距控制是通過變槳距風力發電機組的變槳距控制系統的節距控制是通過比例比例閥閥來實現的。來實現的。 4.3 變槳距風力發電機組液壓系統變槳距風力發電機組液壓系統一、液壓系統結構圖一、液壓系統結構圖 D DS SC C控控制制模模塊塊比比例例閥閥控控制制器器比比例例閥閥-10V+10V控控制制電電流流位位移移反反饋饋信信號號帶帶電電子子裝裝置置的的比比例例閥閥-10/s+10/sA壓壓力力油油B壓壓力力油油-5+88位位移移傳傳感感器器內部有內部有LVDT-閥心閥心位置反饋傳感器位置反饋傳感器4.3 變槳距風力發電機組液壓系統變槳距風力發電機組液壓系統一、液壓系統結構圖一、液壓系統結構圖 V

23、39型風力發電機組液型風力發電機組液壓系統壓系統 葉片變葉片變距系統距系統 1. 液壓系液壓系統在運轉統在運轉/暫停時的暫停時的工作情況工作情況 4.3 變槳距風力發電機組液壓系統變槳距風力發電機組液壓系統一、液壓系統結構圖一、液壓系統結構圖 V39型風力發電機組液型風力發電機組液壓系統壓系統 葉片變葉片變距系統距系統 1. 液壓系液壓系統在運轉統在運轉/暫停時的暫停時的工作情況工作情況 4.3 變槳距風力發電機組液壓系統變槳距風力發電機組液壓系統一、液壓系統結構圖一、液壓系統結構圖 V39型風力發電機組液型風力發電機組液壓系統壓系統 葉片變葉片變距系統距系統 1. 液壓系液壓系統在運轉統在運轉/暫停時的暫停時的工作情況工作情況 2.液壓系統液壓系統在停機在停機/緊急緊急停機時的工停機時的工