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直驱式风力发电机组变桨系统控制模型 姜兴华 金风科技股份有限公司，新疆乌鲁木齐经济技术开发区上海北路23 号，830026 摘 要：对直驱式风力发电机组变桨进行特性分析，进一步的讨论变桨控制模型。 关键词：直驱式发电机，变桨， 调节控制 0 引言 直驱式风力发电机组在我国是一种新型的产品，但在国外已经发展了很长时间。目前 我国在直驱式风机中系统的研究相对传统机型较少，但开发直驱式风力发电机组也是我国日 后风机制造的趋势之一。这里我们对直驱风力发电机组的变桨系统控制的模型进行探讨。 1 直驱式风力发电机组简介 直驱永磁风力发电机取消了沉重的增速齿轮箱，发电机轴直接连接到叶轮轴上，转子 的转速随风速而改变，其交流电的频率也随之变化，经过置于地面的大功率电力电子变换器， 将频率不定的交流电整流成直流电，再逆变成与电网同频率的交流电输出。国际先进的无齿 轮箱直驱风力发电机，多沿用低速多极永磁发电机，并使用一台全功率变频器将频率变化的 风电送入电网。 直接驱动式风力发电机组由于没有齿轮箱，零部件数量相对传统风电机组要少得多。其 主要部件包括：叶轮叶片、轮毂、变桨系统、发电机转子、发电机定子、偏航系统、测风系 统、底板、塔架等（如图1.1 所示）。 7 1 5 3 8 6 2 4 9 1. 叶片 2. 轮毂 3. 变桨系统 4. 发电机转子 5. 发电机定子 6. 偏航系统 7. 测风系统 8. 底板 9. 塔架 图1.1 直驱型风力发电机组结构 1.1 直驱型风力发电机总体设计方案 直驱型风力发电机组采用水平轴、三叶片、上风向、变桨距调节、直接驱动、永磁同步 发电机并网的总体设计方案，相对于传统的异步发电机组其优点如下[1]： （1）由于传动系统部件的减少，提高了风力发电机组的可靠性和可利用率； （2）永磁发电技术及变速恒频技术的采用提高了风电机组的效率； （3）机械传动部件的减少降低了风力发电机组的噪音； （4）可靠性的提高降低了风力发电机组的运行维护成本； （5）机械传动部件的减少降低了机械损失，提高了整机效率； （6）利用变速恒频技术，可以进行无功补偿； （7）由于减少了部件数量，使整机的生产周期大大缩短。 2 直驱风力发电机组变桨特性叙述 直驱型风力发电机组为变桨距调节型风机，叶片在运行期间，它会在风速变化的时候绕 其径向轴转动。因此，在整个风速范围内可能具有几乎最佳的桨距角和较低的切入风速。在 高风速下，改变桨距角以减少功角，从而减小了在叶片上的气动力。这样就保证了叶轮输出 功率不超过发电机的额定功率。 对于变桨距调节后对的功率特性的影响等等问题，这里我们将对机组叶片上的气动性能 进行分析，从而进一步的了解变桨后，对风力发电机组的性能影响 2.1 不同变桨角度下的特性 根据叶素理论，当一个叶素在流畅中运动时，叶素的上表面是负压力（吸力）；下表面 是正压力。由于压力分布在叶素上而产生的载荷，可以用两个力（升力 L 垂直于风向 V ； 阻力D 平行于风向并与升力垂直）和一个力矩（俯仰力矩M ）来表示。[2] 对于变桨距风力机来说，调节变桨也同时意味着调节功角的大小。变桨距风力机的实际 工作中，往往也通过轴承机构转动叶片来减小功角 α，以此来减小 CL ，减小升力，扭矩和 功率。 这里我们分析变桨距风机在