风力发电机组电动变桨距系统的研究

　　0、引言

　　由于风能是一种清洁而安全的能源，在自然界中可以不断生成并有规律得到补充，所以风能资源的特点十分明显，其开发利用的潜力巨大。大型的兆瓦级风力发电机近几年在国内外得到了不断的发展。

　　变速恒频技术于20世纪90年代开始兴起。变速恒频风力发电机组风轮转速随着风速的变化而变化，可以更有效地利用风能，并且通过变速恒频技术可得到恒定频率的电能。变速恒频机组的显著优点已得到风力机生产厂和研究机构的普遍承认，将成为未来的主流机型［1］。但变速恒频风力机组仅通过电机自身调节要达到减小风速波动冲击的目的是很困难的，因为自然界中风速瞬息万变，特别是在额定风速以上工况，风力机有可能受到很大的静态或动态冲击［2］。变桨距是指大型风力发电机安装在轮毂上的叶片借助控制技术和动力系统改变桨距角的大小从而改变叶片气动特性，使桨叶和整机的受力状况大为改善［3］。最近，电动变桨距系统越来越多的应用到风力发电机组当中。

　　根据最新的资料显示，全球风电机组几个大的供应商均采用了电动变桨距结构作为变桨距系统的组成。例如GE WindPower公司的3.6MW风机机组，Enercon公司的E-112型风机机组，Suzlon公司的2MW风机机组，REpower公司的5MW风机机组，Nordex公司的N90/2500KW风机机组，Siemens公司的3.6MW风机机组等都是应用了电动变桨距结构。我国浙江大学等单位也对大型风力发电机组独立桨叶控制系统作了研究。

　　本篇文章主要分析风力发电机组电动变桨距系统的结构和特点，并且分两个部分研究了风力发电机组电动变桨距系统，其中重点分析了电动变桨距的伺服驱动部分，设计出三相永磁同步电动机伺服驱动系统作为电动变桨距系统的驱动控制部分。

　　1．电动变桨距系统概述

　　变桨距机构就是在额定风速附近（以上），依据风速的变化随时调节桨距角，控制吸收的机械能，一方面保证获取最大的能量（与额定功率对应），同时减少风力对风力机的冲击。在并网过程中，变桨距控制还可实现快速无冲击并网。变桨距控制系统与变速恒频技术相配合，最终提高了整个风力发电系统的发电效率和电能质量。

　　电动变桨距系统就是可以允许三个桨叶独立实现变桨，它提供给风力发电机组功率输出和足够的刹车制动能力。这样可以避免过载对风机的破坏。

　　图1和图2分别是电动变桨距系统的布局图和电动变桨距系统的概念设计图。三套蓄电池和轴控制盒以及伺服电机和减速机放置于轮毂处，每支桨叶一套，一个总电气开关盒放置在轮毂和机舱连接处，整个系统的通讯总线和电缆靠滑环与机舱的主控制器连接。