变浆距风力发电机组的控制系统
【摘 要】风能作为一种可再生能源受到全球越来越多的关注，本文就变桨
距风力发电机组的控制系统进行了分析，发现采用新型控制系统后，保持了发电
机功率的稳定输出，减少了风机不稳定功率对电网的影响。
【关键词】额定功率；变距控制；速度控制；功率控制
21世纪，风力发电机组的可靠性已经不是问题。与定桨距风力发电机组相
比，变桨距风力发电机组具有在额定功率点以上输出功率平稳的特点。所以变桨
距机组适合于额定风速以上风速较多的地区，这样发电量的提高比较明显。
1 变桨距风力发电机组的控制系统
新型变桨距控制系统框图如图1所示。
在发电机并入电网前，发电机转速由速度控制器A根据发电机转速反馈信
号直接控制；发电机并入电网后，速度控制器B与功率控制器起作用。功率控
制器的任务主要是根据发电机转速给出相应的功率曲线，调整发电机转差率，并
确定速度控制器B的速度给定。
2 变距控制
变距控制系统是一个随动系统，其控制过程如图2所示。
变桨距控制器是一个非线性比例控制器，它可以补偿比例阀的死带和极限。
变距系统的执行机构是液压系统，节距控制器的输出信号经D/A转换后变成电
压信号控制比例阀，驱动液压缸活塞，推动变桨距机构，使桨叶节距角变化。活
塞的位移反馈信号由位移传感器测量，经转换后输入比较器。
3 速度控制
变桨距风力发电机组的速度控制包括两个部分，即：速度控制A和B。
3.1 速度控制A（发电机脱网状态）
转速控制系统A在风力发电机组进入待机状态或从待机状态重新起动时投
入工作，在这些过程中通过对节距角的控制，转速以一定的变化率上升。控制器
也用于在同步转速时的控制。当发电机转速在同步转速±10r/min内持续1s发电
机将切入电网。发电机转速通过主轴上的感应传感器测量，每个周期信号被送到
微处理器作进一步的处理，以产生新的控制信号。
3.2 速度控制B（发电机并网状态）
发电机并入电网后，速度控制系统B起作用。速度控制系统B受发电机转
速和风速的双重控制。在达到额定值前，速度给定值随功率给定值按比例增加。
额定的速度给定值是1560r/min，相应的发电机转差率是4%。如果风速和功率输
出一直低于额定值，发电机转差率将降低到2%，节距控制将根据风速调整到最
佳状态，以优化叶尖速比。
如果风速高于额定值，发电机转速通过改变节距来跟踪相应的速度给定值。
功率输出将稳定地保持在额定值上。在风速信号输入端没有低通滤波器，节距控
制对瞬变风速并不响应。
与速度控制器A的结构相比，速度控制器B增加了速度非线性化环节。这
一特性增加了小转差率时的增益，以便控制节距角加速趋于0。
4 功率控制
为了有效地控制高速变化的风速引起的功率波动，新型的变桨距风力发电机
组采用了RCC技术。通过对发电机转子电流的控制来迅速改变发电机转差率，
从而改变风轮转速，吸收由于瞬变风速引起的功率波动。
功率控制系统如图5所示。
该控制系统由功率伺服环（内环）和通过测量转速产生功率参考曲线（外环）
两部分构成，称为双闭环控制。
外环，是转速控制环，使输出交流电频率控制在50Hz。
内环，也就是功率控制环，实际上是一个发电机转子电流控制环。转子电流
控制器由快速数字式PI控制器和一个等效变阻器构成。它根据给定的电流值，
通过改变转子电路的电阻来改变发电机的转差率。在额定功率时，发电机的转差
率能够从1%到10%变化（1515～1650r/min），相应的转子平均电阻从0到100%
变化。当功率变化时，PI控制器迅速调整转子电阻，使转子电流跟踪给定值。
如果从主控制器传出的电流给定值是恒定的，它将保持转子电流恒定的，从而使
功率输出保持不变。与此同时，发电机转差率却在作相应的调整以平衡输入功率
的变化。如图6所示。
转子电流控制器的动作时间在毫秒级以下，变桨距机构的动作以秒计，因此
在短暂的风速变化时，仅仅依靠转子电流控制器的控制作用就可保持发电机功率
的稳定输出，减少对电网的不良影响；同时也可降低变桨距机构的动作频率，延
长变桨距机构的使用寿命。
5 结论
对风力发电机组的控制系统进行了分解和分析，对变浆控制、速度控制和功
率控制分别进行了简单研究，发现采用新型控制系统后，保持了发电机功率的稳
定输出，减少了风机不稳定功率对电网的影响，（下转第262页）（上接第236
页）降低变桨距机构的动作频率，延长了变桨距机构的使用寿命。
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