4.1 变桨距控制技术

变桨距就是当叶片绕安装轴旋转时，改变叶片的桨距角，从而改变风力机的气动特性。当风速变化时，变桨系统改变风机桨叶的角度，从而控制发电功率等。当需要停机时，变桨系统使桨叶停止在90°收桨位置，从而保证风机停止时的安全。变桨系统结构如图4-1所示。

图4-1 变桨系统结构图

变速变桨距风力发电机组的控制主要通过两个阶段来实现：在额定风速以下时，保持最优桨距角不变，采用最大功率跟踪法（Maximum Power Point Tracking，MPPT），通过变流器调节发电机电磁转矩使风轮转速跟随风速变化，使风能利用系数保持最大，风机一直运行在最大功率点；在额定风速以上时，通过变桨距系统改变桨距角来限制风轮获取能量，使风力发电机组保持在额定功率发电。而对于定桨距风力发电机组，在风速高于额定的风速范围内，由于其桨距角不能改变，只能通过风机的失速特性来降低风能的吸收，因此不能维持额定功率输出，输出功率反而会下降。变桨控制柜如图4-2所示。

图4-2 变桨控制柜实物图

变桨距风电机组的运行过程可以划分为以下四个阶段：

（1）风速小于切入风速v_cut-in。

（2）风速在切入风速v_cut-in和额定风速v_rated之间。

（3）风速在额定风速v_rated和切出风速v_cut-out之间。

（4）风速大于切出风速v_cut-out。

在风速小于切入风速时，机组不产生电能，桨距角保持在90°；在风速高于切入风速后，桨距角转到0°，机组开始并网发电，并通过控制变流器调节发电机电磁转矩使风轮转速跟随风速变化，使风能利用系数保持最大，捕获最大风能；在风速超过额定值后，变桨机构开始动作，增大桨距角，减小风能利用系数，减少风轮的风能捕获，使发电机的输出功率稳定在额定值；在风速大于切出风速时，风力机组抱闸停机，桨距角变到90°以保护机组不被大风损坏。各阶段参数变化情况如图4-3所示。

图4-3 风力发电机组运行过程中各阶段参数变化情况

目前投入使用的风电机组变桨距系统的执行机构主要有两种方案：①电动变桨距，桨叶由电机驱动；②液压变桨距，桨叶由液压缸驱动。这两种驱动方式的比较见表4-1。

表4-1 电液伺服方法与电气伺服方法的比较