世界各國在改善能源結構、提高能源效率的同時都在大力發展可再生能源，其中發展最迅速的就是風力發電。風力發電控制系統的基本要求為：保證可靠運行、獲取最大能量、提供良好的電力質量。為了達到這一控制目標，風力發電系統的控制技術經歷了定槳距控制、變槳距控制及變速控制。
隨著風力發電機單機容量的大型化，變槳距控制風力發電技術因其高效性和實用性正受到越來越多的重視。變槳距控制是根據風速的變化來調整葉片的槳距角，從而控制風力發電機組的輸出功率，以達到風力機在低風速階段盡可能多的吸收風能，以及風力發電機在高風速階段保持功率平穩輸出的目的。
變速恒頻風力發電系統運行控制的總體方案是：風速低于額定風速時，風力機按優化槳距角定槳距運行，系統根據風速的變化控制發電機轉速，調節風力機葉尖速比，從而實現最佳功率曲線的追蹤和最大風能的捕獲；當風速超過額定風速時，利用變槳控制系統增大β，降低Cp，控制風輪捕獲功率，保持風力機輸出功率穩定在額定功率附近。
目前，國內外風電機組變槳距控制主要有兩種方式，即統一變槳距控制(CPC， Collective Pitch Control)和獨立變槳距控制(IPC，Individual Piteh Control)。前者是指機組的所有槳葉都由一個執行機構控制，進行相同的槳距角變化；后者是在前者的基礎上發展起來的新型變槳距控制理論和方法，獨立變槳距控制是指風機的每個槳葉都由獨立的變槳距執行機構控制。不過，他們各自特點非常明顯：前者具有控制簡單，成本相對較低等優點，但是一旦變槳執行機構出現故障，只能停機維修;后者成本較前者高，且在控制上較復雜，但是可以很好的應付自然界中風力在風輪平面上分布不均的問題，提高風能的利用率，減小槳葉的拍打震動，降低風力對機組的沖擊，同時也可以避免一個執行機構出現故障就必須停機的問題。因此，獨立變槳比統一變槳更具有優勢。
伺服系統是實現變槳控制的核心成分，目前變槳距的執行機構大致分為電液伺服變槳距系統和電氣伺服變槳距系統兩類：
1. 電液伺服變槳距系統
液壓變槳系統根據給定的槳距角，利用一套曲柄連桿機構同步驅動或者由3個液壓缸分別推動槳葉轉動，調節槳距角，優點是對于大慣性負載具有頻率響應快、扭矩大，實現無級調速，便于集中控制和集成化等優點，目前在中國商業機組中占有重要的地位，國外Vestas、Gamesa和EHN等公司的風機也采用液壓變槳技術。缺點是其傳動結構相對復雜，漏油、卡澀時有發生，且液壓傳動部件在夏季和冬季的控制精度差別較大。
液壓變槳距系統是一個典型的位置控制系統，即系統通過控制電液比例輸出閥的壓力實現對液壓缸活塞桿位移的控制，所以其控制性能取決于比例閥、液壓缸等元部件的特性及槳距控制器的設計。具體工作時，槳距控制器根據槳距角給定與實際槳距角的差值計算出電液比例閥的控制電壓(－10~+10 V)，通過電液比例閥控制器轉換成一定范圍的電流信號，該電流信號控制比例閥輸出流量的大小和方向。實際槳距角通過位移傳感器測量液壓缸活塞的位移信號，利用A/D得到。液壓缸按電液比例閥輸出的方向和流量推動變槳機構，調節槳距角。
2. 電氣伺服變槳距系統
電動變槳距控制系統采用位置環、速度環、電流環三閉環控制，其中位置環用于實現位置的精確控制，速度環和電流環分別用于實現快速的跟蹤和動態響應。具體工作時，電動變槳機構利用伺服電機帶動減速機的輸出軸小齒輪旋轉，而小齒輪與回轉支承的內環相嚙合，從而帶動回轉支承的內環與槳葉一起旋轉，調節槳距角，具有快速性、同步性、準確性等特點。由于結構簡單、緊湊，可充分利用有限空間實現分散布置，同時不存在漏油、卡澀等機械故障，并能實現對槳葉的獨立控制等優點。其缺點是電氣布線困難，動態響應特性較差。另外電機本身如果連續頻繁地調節槳葉，將產生過量的熱負荷使電機損壞。
在一臺風機的造價構成中，葉片、齒箱輪、塔架的成本最高，分別占比總構價的23%、15%、15%。
圖表 30：風機各構件成本占比
|
名稱
|
成本占比（%）
|
|
葉片
|
23
|
|
輪毅
|
6
|
|
變漿距部分
|
|
|
制動系統
|
6
|
|
主軸
|
3
|
|
齒輪箱
|
15
|
|
發電機
|
10
|
|
控制系統
|
1
|
|
測風系統
|
1
|
|
風向儀
|
|
|
機槍
|
1
|
|
電機軸
|
1
|
|
偏航驅動
|
1
|
|
偏航馬達
|
|
|
塔架
|
15
|
目前，博世力士樂、施耐德公司的伺服產品在風電行業里應用較多。
2011年風電行業伺服系統的市場規模為3.9億元。
共0條 [查看全部] 網友評論