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1、風力發(fā)電機組變槳距系統(tǒng)研究 摘要：在國內外研究基礎上分析了電動變槳距系統(tǒng)的結構，從機械和伺服驅動兩部分分別研究了風力發(fā)電機組的電動變槳距系統(tǒng)，沒計了以三相永磁同步電機為伺服電機的電動變槳距系統(tǒng)。 關鍵詞：電動變槳距：伺服控制；三相永磁同步電機 1電動變槳距系統(tǒng)概述 變槳距機構就是在額定風速附近(以上),依據風速的變化隨時調節(jié)槳距角,控制吸收的機械能,一方面保證獲取最大的能量(與額定功率對應),同時減少風力對風力機的沖擊。在并網過程中,變槳距控制還可實現(xiàn)快速無沖擊并網。變槳距控制系統(tǒng)與變速恒頻
2、技術相配合,最終提高了整個風力發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率和電能質量。 電動變槳距系統(tǒng)就是可以允許三個槳葉獨立實現(xiàn)變槳，它提供給風力發(fā)電機組功率輸出和足夠的剎車制動能力。這樣可以避免過載對風機的破壞。 圖1和圖2分別是電動變槳距系統(tǒng)的布局圖和電動變槳距系統(tǒng)的概念設計圖。三套蓄電池和軸控制盒以及伺服電機和減速機放置于輪轂處，每支槳葉一套，一個總電氣開關盒放置在輪轂和機艙連接處，整個系統(tǒng)的通訊總線和電纜靠滑環(huán)與機艙的主控制器連接。 圖3為電動變槳距系統(tǒng)的構成框圖，主控制器與輪轂內的軸控制盒通過現(xiàn)場總線通訊，達到
3、控制三個獨立的變槳距裝置的目的。主控制器根據風速，發(fā)電機功率和轉速等，把命令值發(fā)送到電動變槳距控制系統(tǒng)，并且電動變槳距系統(tǒng)把實際值和運行狀況反饋到主控制器。 電動變槳距系統(tǒng)必須滿足能夠快速響應主控制的命令，有獨立工作的變槳距系統(tǒng)，高性能的同步機制，安全可靠等的要求。下面就分別從機械和伺服驅動兩個部分介紹一下電動變槳距系統(tǒng)。 2機械部分 不同于液壓驅動變槳距系統(tǒng)，電動變槳距系統(tǒng)采用三個槳葉分別帶有獨立的電驅動變槳距系統(tǒng)，機械部分包括回轉支承，減速機和傳動等。減速機固定在輪轂上，回轉支承的內環(huán)安裝在葉
4、片上，葉片軸承的外環(huán)固定在輪轂上。當電驅動變槳距系統(tǒng)上電后，電動機帶動減速機的輸出軸小齒輪旋轉，而且小齒輪與回轉支承的內環(huán)嚙合，從而帶動回轉支承的內環(huán)與葉片一起旋轉，實現(xiàn)了改變槳距角的目的。圖4就是機械傳動示意圖。 制動裝置的特點是空氣動力學制動剎車單獨由變槳距控制，槳葉獲得充分的剎車作用。即使一個槳葉剎車制動失敗,其它二個葉片也可以安全結束剎車的過程，提高了整個系統(tǒng)的安全性。制動系統(tǒng)還裝備了備用電源，提供給故障或者維修時候可以快速準確地收回槳葉。 3伺服驅動部分 矢量控制技術解決了交流電
5、動機在伺服驅動中的動態(tài)控制問題，使交流伺服驅動系統(tǒng)的性能可與直流系統(tǒng)相媲美，在某些情況下，甚至超過了直流系統(tǒng)的性能。特別在20K回路以一定的頻率產生出觸發(fā)功率器件的控制信號，使功率逆變器的輸出頻率和電壓保持協(xié)調關系，并使流入電樞繞組中的交流電流保持嚴格正弦性。另外，電動變槳距的三個伺服驅動器必須在其內部實現(xiàn)精確的同步功能，要求之間的通訊必然要達到系統(tǒng)的整體精度要求。 在控制回路中一共有三個控制環(huán)：位置環(huán)，速度環(huán)，轉矩環(huán)。一般情況下，位置環(huán)采用比例控制規(guī)律，速度環(huán)采用比例積分控制規(guī)律，轉矩環(huán)采用空間矢量控制。
6、 當然，位置控制主要是達到精確的位置控制，速度環(huán)要實現(xiàn)快速的跟蹤，電流環(huán)實現(xiàn)快速的動態(tài)響應。在電動變槳距伺服控制中，主控制器給出位置命令值，與位置反饋進行比較，位置調節(jié)器的輸出就是速度調節(jié)器的輸入，進行比例積分，速度調節(jié)器輸出轉矩命令值，與反饋值比較后，差值送到轉矩調節(jié)器中，輸出就是轉矩電流給定值，并且把電流指令矢量控制在與磁極所產生的磁通相正交的空間位置上，達到轉矩控制。 在圖5中，定子電流檢測值iA，iB，iC，經過ABC軸系到dq旋轉軸系得適量變換后，得到檢測值iq和id。 是永磁體基波勵磁磁場鏈
7、過定子繞組的磁鏈，對于三相永磁同步電動機是恒定值，通過面裝式P的電磁轉矩公式可以得到轉矩反饋值。Pn是極對數。 當電動機速度超過基值時，要進行弱磁控制，需要加入id，所以id*要根據弱磁運行的具體情況而確定。 由iq*和id*和轉子位置，通過dq旋轉軸到ABC軸系的變換，得到三相定子電流命令值。由任意轉速ω旋轉兩相坐標系d、q到相靜止坐標系ABC的變換陣。 4結論 本文對電動變槳距的結構和特點進行了介紹，著重對伺服驅動控制部分進行了設計和分析，可以作為工程設計的初步參考，在具體的伺服控制部
8、分的研究工作需要進一步深入。 參考
