因僅利用了零度槳距角風(fēng)輪的被動(dòng)變速,RSC 方法會(huì)在風(fēng)速升高或電網(wǎng)功率指令降低時(shí)退化為只依賴(lài)變槳調(diào)節(jié)的恒轉(zhuǎn)速控制。為此,文獻(xiàn)［9］提出了集成變速-變槳APC（下文簡(jiǎn)稱(chēng)IAPC）,通過(guò)利用任意槳距角風(fēng)輪被動(dòng)變速應(yīng)對(duì)風(fēng)速波動(dòng),有效減少了變槳?jiǎng)幼?。?lèi)似地,文獻(xiàn)［14］提出的分段槳距控制也具有利用任意槳距角風(fēng)輪被動(dòng)變速的效果?？偨Y(jié)現(xiàn)有被動(dòng)變速APC 方法,槳距角調(diào)節(jié)均發(fā)生在風(fēng)輪轉(zhuǎn)速達(dá)到轉(zhuǎn)速邊界時(shí),均為限轉(zhuǎn)速控制。這使得槳距角設(shè)定與風(fēng)速、風(fēng)電機(jī)組動(dòng)態(tài)和反饋控制器有關(guān)

略，即通過(guò)增加槳距角以減少風(fēng)能利用率，完成減載[4];三是超速控制與槳距角控制相結(jié)合的減載運(yùn)行策略[5]。其中主流減載策略為優(yōu)先超速后續(xù)變槳的控制方式，即先在額定轉(zhuǎn)速以下使轉(zhuǎn)子超速達(dá)到減載的目的，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后繼續(xù)通過(guò)增大槳距角的方式降低輸出功率。該方法充分利用了超速減載控制快速性的特點(diǎn)，輔以變槳減載，實(shí)現(xiàn)全風(fēng)速段的減載。以上主動(dòng)減載控制策略對(duì)于西部較為平穩(wěn)的風(fēng)速可以較好地完成對(duì)風(fēng)電機(jī)組的減載。但面對(duì)東部地區(qū)湍流強(qiáng)度較大的風(fēng)速，由于超速控制風(fēng)速段的

，電動(dòng)變槳系統(tǒng)槳距角控制精度高，氣候適應(yīng)性好，受溫度影響小，維護(hù)方便，國(guó)內(nèi)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組大多采用了電動(dòng)變槳距方式。1 電動(dòng)變槳系統(tǒng)簡(jiǎn)介電動(dòng)變槳在驅(qū)動(dòng)方式上主要有減速器驅(qū)動(dòng)與變槳軸承相連接的齒形帶進(jìn)行變槳和減速器小齒驅(qū)動(dòng)變槳軸承內(nèi)齒圈進(jìn)行變槳兩種方式，電動(dòng)變槳系統(tǒng)一般包括變槳控制器，伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器，變槳伺服電機(jī)，變槳減速器，后備電源，傳感器等，其中傳感器主要包括接近開(kāi)關(guān)，限位開(kāi)關(guān)，旋轉(zhuǎn)編碼器，變槳系統(tǒng)工作時(shí)，變槳控制器根據(jù)風(fēng)電機(jī)組主控所給的位置或速度指令控

風(fēng)速過(guò)大時(shí)，其槳距角保持不變，只能依靠葉片進(jìn)入失速狀態(tài)，以此使升力不隨風(fēng)速的增大而增大，達(dá)到限制發(fā)電機(jī)輸出功率的目的，但這對(duì)葉片的制造工藝有著很高的要求，還會(huì)出現(xiàn)超負(fù)荷現(xiàn)象，讓風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的疲勞損壞加速。而變槳距控制技術(shù)可以使槳距角隨著風(fēng)速的變化而改變，能夠使風(fēng)機(jī)在恒功率狀態(tài)下運(yùn)行，如今已被世界各國(guó)廣泛應(yīng)用。吳俊鵬等采用傳統(tǒng)PID控制器，提前設(shè)定好PID控制器的kp，ki，kd參數(shù)，以此來(lái)控制槳距角的大小，但在運(yùn)行過(guò)程中，PID控制器的參數(shù)是固定不變的。目

轉(zhuǎn)子速度控制、槳距角控制以及單臺(tái)和多臺(tái)之間的協(xié)調(diào)控制能力。文獻(xiàn)[4]提出了基于慣性控制比例控制方法進(jìn)行頻率調(diào)節(jié)，結(jié)合變槳距角控制來(lái)整定出風(fēng)電機(jī)組靜態(tài)調(diào)差系數(shù)的頻率控制策略，并采用虛擬慣性控制策略實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)頻率的調(diào)整。1 一次調(diào)頻下垂特性風(fēng)電在整個(gè)電力系統(tǒng)中的占比不斷上升，因此各地政策標(biāo)準(zhǔn)要求風(fēng)力發(fā)電具備參與一次調(diào)頻能力。在電網(wǎng)頻率變化超過(guò)一定范圍時(shí)，風(fēng)電機(jī)組需按照預(yù)設(shè)的下垂特性曲線自動(dòng)增加或降低風(fēng)電機(jī)組出力來(lái)參與系統(tǒng)一次調(diào)頻，風(fēng)電機(jī)組一次調(diào)頻下垂特性曲線如圖

僅可以通過(guò)改變槳距角提高風(fēng)能利用率，還可以實(shí)現(xiàn)大風(fēng)條件下控制輸出功率、降低風(fēng)輪運(yùn)行載荷。此外，啟動(dòng)過(guò)程中采用較大正槳距角可以產(chǎn)生大的啟動(dòng)力矩，有助于改善低風(fēng)速下的啟動(dòng)性能[3-4]。Afshar等[5]以翼弦分布、扭角和殼體厚度為變量，功率系數(shù)和起動(dòng)時(shí)間的組合為目標(biāo)函數(shù)，采用遺傳算法結(jié)合葉素動(dòng)量理論求解葉片幾何形狀，結(jié)果表明通過(guò)合理設(shè)置葉片弦長(zhǎng)、扭角等參數(shù)可以縮短風(fēng)力機(jī)起動(dòng)時(shí)間，同時(shí)保證功率系數(shù)小幅下降。唐新姿等[6]采用多目標(biāo)遺傳算法進(jìn)行全局優(yōu)化，以提高

位于0°是最優(yōu)槳距角位置；此時(shí)，風(fēng)能利用系數(shù)達(dá)到最大，輸出功率最大[2]。然而，受葉片安裝誤差、機(jī)組外界運(yùn)行環(huán)境變化等因素影響，機(jī)組運(yùn)行時(shí)會(huì)發(fā)生最優(yōu)槳距角與理論槳距角不一致的情況，從而造成風(fēng)能利用率的下降；所以，需要對(duì)最優(yōu)槳距角的位置（可正可負(fù)）進(jìn)行研究[3]。辨識(shí)最優(yōu)槳距角，對(duì)提升風(fēng)電機(jī)組發(fā)電量具有一定的價(jià)值和意義。為快速找到風(fēng)電機(jī)組最優(yōu)槳距角，文獻(xiàn)[4]提出了一種自尋優(yōu)算法。由于用該方法構(gòu)造的槳距角評(píng)價(jià)函數(shù)不具有穩(wěn)定性，所以當(dāng)風(fēng)速波動(dòng)劇烈時(shí)，得到的結(jié)果

片根部載荷變換槳距角反饋線性化變槳距控制原理1.1 控制思想葉輪在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中,會(huì)受到各種力的影響,受力非常復(fù)雜,所受到的各種載荷通過(guò)葉根作用到了輪轂,一般情況下,風(fēng)機(jī)受到的載荷有兩種,分別是動(dòng)態(tài)載荷和靜態(tài)載荷。 靜態(tài)特性的載荷變化比較緩慢或者不變化,對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的影響較小,可以忽略不計(jì),在風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)和制造的過(guò)程中,可以通過(guò)對(duì)風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化等方式來(lái)消除靜態(tài)載荷。 運(yùn)行中的風(fēng)力發(fā)電機(jī),葉片受到自然風(fēng)、風(fēng)切變、突變的風(fēng)等會(huì)產(chǎn)生動(dòng)態(tài)載荷,動(dòng)態(tài)特性的載荷隨時(shí)間變化,

過(guò)超速減載和變槳距角減載的方式留出備用功率。 文獻(xiàn)[16-17]根據(jù)風(fēng)速差異制定了超速和變槳距角減載策略,低風(fēng)速下的風(fēng)機(jī)僅采用超速法,中風(fēng)速下的風(fēng)機(jī)采用超速和變槳距角結(jié)合的方法,高風(fēng)速下的風(fēng)機(jī)則采用變槳距角法,然而在減載中各臺(tái)風(fēng)機(jī)承擔(dān)相同的減載率,未考慮到不同風(fēng)速下風(fēng)機(jī)減載能力的差異性。 文獻(xiàn)[18]指出風(fēng)速越低,風(fēng)機(jī)通過(guò)超速的方式提供的減載率越大。 文獻(xiàn)[19]則根據(jù)風(fēng)速的差異,優(yōu)先選擇低風(fēng)速下的風(fēng)機(jī)進(jìn)行超速減載操作,但超速減載的風(fēng)機(jī)均運(yùn)行于最大轉(zhuǎn)速處,

通過(guò)調(diào)整槳葉的槳距角，改變氣流對(duì)葉片的攻角，從而改變風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)能捕獲率，使其輸出功率保持穩(wěn)定。由于風(fēng)速變化隨機(jī)性較大，PID 控制往往不能保證系統(tǒng)的魯棒性。為了改善風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行性能，文獻(xiàn)［4］提出了一種預(yù)報(bào)-校正變槳控制策略，該控制策略在高風(fēng)速時(shí)可以降低變槳?jiǎng)幼黝l率，改善風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行性能；文獻(xiàn)［5］提出了一種新型的異步變槳控制策略，有效地減少了風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)；文獻(xiàn)［6］提出將模糊控制與Smith 預(yù)估補(bǔ)償控制相結(jié)合構(gòu)成模糊Smith預(yù)估控制方法，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)

時(shí)，若葉片三個(gè)槳距角相同，三個(gè)葉片具有相同的氣動(dòng)特性，則有Fx1=Fx2=Fx3和a1=a2=a3。由式(1)可求得偏航轉(zhuǎn)矩Mz=0。但是，若三個(gè)葉片槳距角出現(xiàn)偏差，即三個(gè)槳距角不同時(shí)，各葉片的氣動(dòng)特性就有所不同，圖3為不同槳距角對(duì)應(yīng)的推力系數(shù)曲線。當(dāng)槳距角增大時(shí)，葉片的推力系數(shù)明顯減小，這種風(fēng)輪氣動(dòng)不平衡現(xiàn)象在三只葉片之間產(chǎn)生推力差，隨著風(fēng)輪的不斷轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)造成偏航轉(zhuǎn)矩的劇烈波動(dòng)，對(duì)偏航機(jī)構(gòu)產(chǎn)生沖擊載荷。當(dāng)這一推力差產(chǎn)生的附加偏航轉(zhuǎn)矩動(dòng)載荷超過(guò)偏航制動(dòng)器的摩

子超速控制和變槳距角控制[2]。對(duì)于最大功率運(yùn)行狀態(tài)的風(fēng)機(jī)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的增大或減小都能降低風(fēng)機(jī)出力，但減速運(yùn)行的風(fēng)機(jī)不利于系統(tǒng)穩(wěn)定，所以一般采用轉(zhuǎn)子超速控制實(shí)現(xiàn)減載[3]。文獻(xiàn)[4]分析了轉(zhuǎn)子超速控制的減載能力，指出其適用范圍受風(fēng)機(jī)最大轉(zhuǎn)速限制；文獻(xiàn)[5]采用變槳距角控制，通過(guò)增大槳距角實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的減載運(yùn)行；文獻(xiàn)[6]將轉(zhuǎn)子超速控制和變槳距角控制結(jié)合使用，對(duì)于不同的風(fēng)速采用不同的控制方法，充分利用轉(zhuǎn)子超速和變槳距角控制的優(yōu)勢(shì)。針對(duì)DFIG 減小系統(tǒng)慣量的問(wèn)題，

要求，若各葉片槳距角在變槳過(guò)程中不一致，將由于氣動(dòng)載荷不平衡造成風(fēng)力機(jī)振動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)還可能危及機(jī)組運(yùn)行安全，因此，需要額外安裝角位計(jì)或其它位置傳感器，將槳葉位置傳輸給變槳控制器，以保證各葉片在變槳過(guò)程中槳距角保持一致，避免氣動(dòng)不平衡造成的危害。本文所設(shè)計(jì)的新型變槳調(diào)節(jié)方式由一推桿及同步叉帶動(dòng)齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在輪轂內(nèi)導(dǎo)向臺(tái)作用下實(shí)現(xiàn)各葉片同步變槳，不需要額外的槳距角位置傳感器，變槳過(guò)程中自動(dòng)實(shí)現(xiàn)同步變槳，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠。輪轂內(nèi)部調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)安裝示意圖如圖2所示。圖2

數(shù)據(jù)來(lái)確定葉片槳距角安裝偏差和質(zhì)量不平衡的檢測(cè)辦法，但該方法在實(shí)際操作中較為麻煩。劉強(qiáng)[7]針對(duì)風(fēng)電機(jī)組變槳系統(tǒng)的各類(lèi)故障，提出了一種基于支持向量機(jī)的故障診斷方法。An等[8]提出利用無(wú)線傳感器的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)對(duì)風(fēng)輪不平衡進(jìn)行識(shí)別，但該方法成本較大，不利于提升機(jī)組的整體經(jīng)濟(jì)性。Kusnick等[9]采用FAST軟件對(duì)一臺(tái)5 MW海上風(fēng)力機(jī)質(zhì)量不平衡和槳距角安裝偏差引起的氣動(dòng)不平衡進(jìn)行建模和仿真分析。Bae等[10]也發(fā)現(xiàn)由于風(fēng)輪的氣動(dòng)不平衡故障，導(dǎo)致塔架和

風(fēng)速以下將葉片槳距角設(shè)置為常量，未充分利用葉片在不同葉尖速比下的風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率。本文在上述研究的基礎(chǔ)上提出了一種基于風(fēng)速估計(jì)的風(fēng)電機(jī)組最優(yōu)功率控制策略，將風(fēng)力發(fā)電機(jī)組當(dāng)作風(fēng)速儀，以解決風(fēng)速測(cè)量的問(wèn)題，同時(shí)在額定風(fēng)速以下通過(guò)最優(yōu)槳距控制器計(jì)算出最優(yōu)槳距角，以使風(fēng)機(jī)始終保持最大的功率輸出，提高風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電量。最后基于Bladed Hardware Test模塊搭建了硬件在環(huán)半實(shí)物仿真平臺(tái)，對(duì)所提出的控制策略進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。1 變速變槳風(fēng)力機(jī)組的控制策略根據(jù)空氣

情況下，不同的槳距角βi對(duì)應(yīng)著不同的輸出功率，且隨著槳距角的增大風(fēng)機(jī)出力減小，因此風(fēng)機(jī)可以通過(guò)調(diào)整槳距角βi從而留有功率備用參與系統(tǒng)的調(diào)頻控制。圖3為不同槳距角時(shí)轉(zhuǎn)速恒為βopt時(shí)風(fēng)輪機(jī)特性曲線簇。圖3 不同槳距角所對(duì)應(yīng)的風(fēng)輪機(jī)特性曲線簇當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為ωopt時(shí)，P1為β1=0時(shí)最大功率追蹤模式下的最大機(jī)械功率，隨著β1至β3等間隔遞增，在同一最優(yōu)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下ωopt情況下風(fēng)輪機(jī)的機(jī)械功率Pm隨著轉(zhuǎn)速β發(fā)生相應(yīng)的變化。當(dāng)運(yùn)行于MPPT模式下，變槳距風(fēng)輪機(jī)存在唯

機(jī)組液壓變槳的槳距角度測(cè)量通常由測(cè)量液壓缸行程的線性位移傳感器變換獲得。考慮液壓缸行程與槳距角的非線性關(guān)系，結(jié)合大型風(fēng)電機(jī)組實(shí)際應(yīng)用的液壓變槳結(jié)構(gòu)，脫離已有工程軟件（如ADAMS）的約束，基于數(shù)值求解，通過(guò)建立非線性超越方程組，使用牛頓-辛普森方法，從理論上分析了槳距角測(cè)量偏差存在的范圍，提出線性擬合的偏差較大，不應(yīng)采用線性擬合，并給出了控制缸行程與槳距角度的多項(xiàng)式擬合函數(shù)。計(jì)算結(jié)果確定了液壓缸行程與槳距角度的精確對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線，為后續(xù)液壓變槳系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)和

功率輸出取決于槳距角、風(fēng)速等變量，其空氣動(dòng)力學(xué)模型[15]為(1)式(1)中：ρ為空氣密度；A為葉片的掃風(fēng)面積；λ為葉尖速比，計(jì)算公式為λ=Rrωt/v.(2)式(2)中：Rr為葉片半徑.Cp由λ，β決定，即(3)(4)風(fēng)力渦輪機(jī)輸出的機(jī)械轉(zhuǎn)矩Tt為T(mén)t=Pt/ωt.(5)儲(chǔ)存在轉(zhuǎn)子上的動(dòng)能Ek[11]為(6)式(6)中：J為旋轉(zhuǎn)軸系的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量.當(dāng)風(fēng)電機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，一般利用全功率變流器和變槳距系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤(MPPT).最大功率跟蹤曲線[14]表達(dá)

的自抗擾控制使槳距角變化更加精確，穩(wěn)定輸出功率[10]。DHAR M K 等提出PI控制器，當(dāng)實(shí)際風(fēng)速大于額定風(fēng)速時(shí)不需過(guò)渡即可實(shí)現(xiàn)最大功率穩(wěn)定輸出[11]。FDAILI M等提出PI、滑動(dòng)模態(tài)、反步法和模糊邏輯控制策略的最大功率點(diǎn)跟蹤控制方案[12]。GAO Richie等以葉片槳距角為輸入?yún)?shù)，提出魯棒滑模控制方法將轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速控制在額定值附近[13]。王沛元通過(guò)遺傳算法優(yōu)化PID參數(shù)的獨(dú)立變槳控制策略，減少風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)振動(dòng)使功率輸出更加平穩(wěn)[14]。閆學(xué)

能取決于風(fēng)速與槳距角，因此根據(jù)風(fēng)速調(diào)節(jié)槳距角，使風(fēng)力機(jī)始終能捕獲最大風(fēng)能，實(shí)現(xiàn)最大功率輸出. 根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性，可以分為最大功率追蹤區(qū)、恒轉(zhuǎn)速區(qū)、恒功率區(qū).當(dāng)風(fēng)速大于切入風(fēng)速、小于額定風(fēng)速時(shí)，為最大功率追蹤區(qū). 為了使風(fēng)力機(jī)捕獲最大風(fēng)能，固定槳距角θ=0°并保持不變，調(diào)節(jié)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速使風(fēng)力機(jī)工作在最佳葉尖速比，系統(tǒng)進(jìn)行最大功率追蹤，捕獲最大風(fēng)能，輸出即時(shí)風(fēng)速對(duì)應(yīng)的最大功率.當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后，發(fā)電機(jī)進(jìn)入恒轉(zhuǎn)速運(yùn)行，進(jìn)入恒轉(zhuǎn)速區(qū). 隨著風(fēng)速增加，

[7]通過(guò)調(diào)整槳距角改變風(fēng)能利用系數(shù)，改變了雙饋感應(yīng)風(fēng)電機(jī)組（Doubly Fed Induction Generator，DFIG）的 功 率輸出，從而進(jìn)行電力系統(tǒng)調(diào)頻。文獻(xiàn)[8]通過(guò)調(diào)整槳距角的方法使DFIG參與到傳統(tǒng)電網(wǎng)中，但調(diào)頻任務(wù)仍為傳統(tǒng)火電機(jī)組主導(dǎo)。文獻(xiàn)[9]提出了一種在高風(fēng)速段采用轉(zhuǎn)速和槳距角配合的二次調(diào)頻控制策略。微電網(wǎng)中風(fēng)電的輸出根據(jù)負(fù)荷的需求進(jìn)行調(diào)整、控制，不存在最大化利用問(wèn)題。文獻(xiàn)[10]提出了在風(fēng)、光、柴、微電網(wǎng)中將虛擬慣性與槳距角

超速減載控制與槳距角控制。轉(zhuǎn)子動(dòng)能控制指的是在風(fēng)電機(jī)組的有功控制系統(tǒng)引入相關(guān)的頻率控制環(huán)節(jié),從而實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)動(dòng)能與電磁功率的相互轉(zhuǎn)化[5]。文獻(xiàn)[6]提出風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)子側(cè)變流器可以附加一個(gè)短時(shí)過(guò)載功率,增加有功參考輸出,參與系統(tǒng)調(diào)頻;文獻(xiàn)[7]提出利用虛擬慣性控制使風(fēng)電機(jī)組釋放轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)動(dòng)能響應(yīng)系統(tǒng)頻率變化,但因?yàn)檗D(zhuǎn)速恢復(fù)環(huán)節(jié)會(huì)從電網(wǎng)吸收有功功率,導(dǎo)致頻率的二次跌落;文獻(xiàn)[8]根據(jù)不同的風(fēng)速工況整定下垂控制參數(shù),模擬傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)的靜態(tài)功-頻特性曲線,參與電網(wǎng)一次

可以針對(duì)葉片槳的距角進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整也可以達(dá)到調(diào)節(jié)的目的。在風(fēng)電機(jī)組的額定的風(fēng)速下，有效的對(duì)槳距的角度控制在零度較小的標(biāo)準(zhǔn)范圍中，進(jìn)而其達(dá)到一臺(tái)定槳距的風(fēng)力機(jī)，而發(fā)電機(jī)所輸出的相應(yīng)功率則依據(jù)葉片自身的氣動(dòng)性伴隨風(fēng)速的變化；如果實(shí)際的功率高于額定的標(biāo)準(zhǔn)功率時(shí)，變槳距會(huì)對(duì)葉片的槳距角進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，進(jìn)而確保發(fā)電機(jī)所輸出的功率被局限于額定標(biāo)準(zhǔn)范圍的附近，由此最終達(dá)到以恒定功率的運(yùn)行狀態(tài)。1 變槳距角控制1.1 變槳距角控制的工作原理變槳距控制的主要功能之一是在高風(fēng)

弊端, 風(fēng)力機(jī)槳距角常常被假定控制在其最優(yōu)值來(lái)使風(fēng)力機(jī)的功率系數(shù)最大, 實(shí)際情況而言, 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片在設(shè)計(jì)、 制造、 現(xiàn)場(chǎng)安裝和實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中, 可能出現(xiàn)以下情況： 即葉片設(shè)計(jì)過(guò)程中, 理論最優(yōu)槳距角和生產(chǎn)圖紙有誤差； 葉片制造過(guò)程中, 制造誤差或者葉片零刻度盤(pán)位置貼錯(cuò)； 葉片現(xiàn)場(chǎng)安裝過(guò)程中, 葉片零位未與輪轂零位對(duì)齊； 葉片經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后,氣動(dòng)性能發(fā)生改變, 最優(yōu)槳距角不再是模型設(shè)計(jì)時(shí)的最優(yōu)槳距角； 此外, 運(yùn)行人員操作過(guò)程中產(chǎn)生的錯(cuò)誤等。 上述

又因?yàn)榇笮惋L(fēng)機(jī)槳距角的調(diào)整具有短時(shí)的滯后性，會(huì)導(dǎo)致槳葉角度調(diào)整不及時(shí)，產(chǎn)生過(guò)調(diào)整、頻繁調(diào)整等現(xiàn)象，影響了發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和輸出功率的穩(wěn)定性。因此，準(zhǔn)確、及時(shí)地控制風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)對(duì)于穩(wěn)定發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速和輸出功率、平滑槳距角、延長(zhǎng)機(jī)械壽命、提高風(fēng)電系統(tǒng)的可靠性等具有重要意義。不同風(fēng)速段采取的控制方法應(yīng)是不同的，一種好的控制策略可以減小各種因素導(dǎo)致的功率波動(dòng)，在能夠快速追蹤最大風(fēng)能的同時(shí)保證功率的平滑輸出。風(fēng)力發(fā)電控制技術(shù)可大致分為三類(lèi)：傳統(tǒng)控制方法、智能控制方法和先進(jìn)控

來(lái)越期望對(duì)葉片槳距角進(jìn)行精確調(diào)整，有效控制風(fēng)電機(jī)組的輸出功率[1]。傳統(tǒng)PID控制器雖然在有精確模型的線性控制中取得了較好的效果，但對(duì)具有嚴(yán)重非線性的風(fēng)電系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)PID控制效果并不符合人們的期望值[2-3]。因此，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)變槳控制策略深入研究，將一些模糊邏輯控制器、預(yù)測(cè)控制器、魯棒控制器、自抗擾控制器(active disturbance rejection controller，ADRC)應(yīng)用到風(fēng)電變槳控制中，且取得較好的控制效果。文獻(xiàn)[4]提

而且可通過(guò)控制槳距角實(shí)現(xiàn)變速運(yùn)行，輸出最優(yōu)功率，還可通過(guò)網(wǎng)側(cè)變流器控制功率或支持電網(wǎng)電壓，使得無(wú)功功率可控[5-6].但是，較復(fù)雜的控制系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中受到了一定的限制.為了對(duì)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁進(jìn)行控制，有學(xué)者不惜以跟蹤功率為代價(jià)，控制全額變頻器[7]，但是功率跟蹤設(shè)備非常昂貴且捕捉困難，容易產(chǎn)生延時(shí)，因此會(huì)導(dǎo)致控制決策錯(cuò)誤.此外，雖然帶全額變頻器的感應(yīng)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的變速運(yùn)行已經(jīng)得到認(rèn)可，但是系統(tǒng)由于全額變頻器的隔離作用，在電網(wǎng)遭受大擾動(dòng)并迅速恢復(fù)時(shí)仍然可以維持并網(wǎng)

之間的夾角φ與槳距角θ表示,即：α=φ-θ。圖1 葉片截面翼型圖Fig.1 Blade Section Airfoil Diagram根據(jù)在翼型上升力阻力的定義,得到單位長(zhǎng)度上的升力L和阻力D為：式中：ρ為空氣密度,kg/m3;c為葉片弦長(zhǎng),m;Cl為升力系數(shù);Cd為阻力系數(shù)。由公式(1)(2)可知,翼型的升力和阻力除與來(lái)流風(fēng)速以及空氣密度有關(guān)外,還與Cl和Cd有關(guān),且不同的翼型具有不同升阻力系數(shù),典型的Cl和Cd曲線如圖2所示。由圖2可知,當(dāng)攻角大于aM

據(jù)風(fēng)速變換進(jìn)行槳距角調(diào)節(jié)，編寫(xiě)變槳控制程序以實(shí)現(xiàn)控制要求。1 變槳控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在復(fù)雜的自然風(fēng)場(chǎng)環(huán)境中，如需保證輸出功率的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性，則可應(yīng)用變槳控制系統(tǒng)。常通過(guò)控制風(fēng)電機(jī)組風(fēng)能利用率以達(dá)到變槳距控制效果，在低于額定風(fēng)速下，需盡量多的捕捉風(fēng)能，不需要調(diào)節(jié)風(fēng)輪槳距角，工作狀態(tài)與定槳發(fā)電機(jī)組相同；高于額定風(fēng)速的條件下，需要調(diào)節(jié)槳距角保證機(jī)組的載荷和輸出不超出設(shè)計(jì)的設(shè)定值[3-5]。1.1 變槳系統(tǒng)工作原理本文采取電動(dòng)統(tǒng)一變槳控制，槳葉根部與輪轂通過(guò)變槳軸承相

文獻(xiàn)［8］采用槳距角減載控制使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組預(yù)留備用功率，同時(shí)結(jié)合附加慣性控制，能夠同時(shí)降低系統(tǒng)頻率的初始變化率和穩(wěn)態(tài)偏差，但是通過(guò)仿真求得槳距角和減載水平的函數(shù)關(guān)系存在著精度限制。文獻(xiàn)［9］采用超速減載控制預(yù)留備用功率，同時(shí)和附加慣性控制相結(jié)合，能夠有效地支撐系統(tǒng)的慣性調(diào)頻，減小頻率的穩(wěn)態(tài)偏差，但是當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速的時(shí)候，該策略便不能實(shí)現(xiàn)有效減載。文獻(xiàn)［10］將附加慣性控制、超速減載控制、變槳減載控制相結(jié)合，充分發(fā)揮不同控制策略的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了全風(fēng)速范圍內(nèi)

-轉(zhuǎn)速、風(fēng)速-槳距角、轉(zhuǎn)速-功率、轉(zhuǎn)速-槳距角5種狀態(tài)曲線進(jìn)行理論介紹，然后結(jié)合實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)其進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：由于風(fēng)速的隨機(jī)性和風(fēng)電機(jī)組的慣性，前3種曲線不能很好地區(qū)分機(jī)組的正常運(yùn)行狀態(tài)和故障狀態(tài)，而轉(zhuǎn)速-功率、轉(zhuǎn)速-槳距角能夠?qū)C(jī)組的異常情況進(jìn)行準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)；以轉(zhuǎn)速-功率、轉(zhuǎn)速-槳距角狀態(tài)曲線為基礎(chǔ)，分析了機(jī)組不同運(yùn)行工況在狀態(tài)曲線上的分布，對(duì)各個(gè)不同工況分別建立相應(yīng)的評(píng)價(jià)體系，通過(guò)故障實(shí)例分析，表明本文方法能提前感知異常情況，有效提高系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)

一種裝置。所謂槳距角（Pitch Angle）也稱(chēng)節(jié)距角，顧名思義，就是槳葉距離上的夾角，即槳葉長(zhǎng)度的75%處所對(duì)應(yīng)的槳葉弦長(zhǎng)與旋轉(zhuǎn)平面之間的夾角，如圖1中的β角所示。螺旋槳槳距角的大小直接影響著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及飛行器推進(jìn)力的大小。尤其對(duì)于可變距螺旋槳，在試驗(yàn)階段要多次測(cè)量螺旋槳槳距角的大小，用于研究發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化及相應(yīng)的工作性能，所以，研發(fā)一套快速、準(zhǔn)確測(cè)量螺旋槳槳距角的儀器對(duì)于滿足工作需要、提高工作效率極為重要。圖1 螺旋槳槳矩角示意圖 圖2 萬(wàn)能角度尺

過(guò)改變風(fēng)輪槳葉槳距角，進(jìn)而相應(yīng)改變風(fēng)能利用系數(shù)，使機(jī)組輸出功率保持穩(wěn)定。但是，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組具有較大的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和較嚴(yán)重的非線性，且自然風(fēng)速變化范圍大，使得對(duì)變槳距系統(tǒng)控制困難。由于風(fēng)能的隨機(jī)性和突發(fā)性，因此風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳距的控制會(huì)受到一定的影響，為此通過(guò)對(duì)變槳距控制器的研究來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出功率的穩(wěn)定控制。文獻(xiàn)[1]介紹了采用PID控制器控制變槳距來(lái)消除系統(tǒng)誤差提高輸出功率的穩(wěn)定性。文獻(xiàn)[2]設(shè)計(jì)了模糊變槳距控制器使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組具有更好的動(dòng)態(tài)性能從而降低輸出功率

分析動(dòng)態(tài)失速對(duì)槳距角調(diào)節(jié)的影響規(guī)律；以風(fēng)輪的最大切向力為目標(biāo)，得到垂直軸風(fēng)力機(jī)在上風(fēng)區(qū)和下風(fēng)區(qū)的最佳理論攻角分別為14.8°和?14.8°。為使風(fēng)輪在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中維持在最佳攻角附近，基于雙致動(dòng)盤(pán)多流管理論進(jìn)行Matlab編程計(jì)算，建立風(fēng)輪工作狀態(tài)下的受力模型，獲得垂直軸風(fēng)力機(jī)在各個(gè)方位的槳距角。通過(guò)對(duì)0°和180°方位角下的槳距角進(jìn)行修正，給出垂直軸風(fēng)力機(jī)1周變槳距規(guī)律。最后，利用雙致動(dòng)盤(pán)多流管理論對(duì)提出的變槳控制規(guī)律進(jìn)行理論驗(yàn)證。研究結(jié)果表明：利用該變槳距

變槳風(fēng)電機(jī)組的槳距角控制分為統(tǒng)一變槳和獨(dú)立變槳。統(tǒng)一變槳控制，即控制系統(tǒng)對(duì)三套變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行同一槳距角指令，也是目前機(jī)組使用最多的控制方式。而隨著變速變槳風(fēng)力發(fā)電機(jī)組容量的增加，風(fēng)輪直徑越來(lái)越大，風(fēng)湍流、風(fēng)切變、塔影效應(yīng)、偏航偏差等因素使得整個(gè)風(fēng)輪面受力的不均衡度隨之增強(qiáng)，附加載荷也越來(lái)越大，嚴(yán)重威脅風(fēng)電機(jī)組的安全運(yùn)行。獨(dú)立變槳控制技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，通過(guò)優(yōu)化的控制，給每支葉片疊加一個(gè)獨(dú)立的槳距角信號(hào)，來(lái)降低這些附加的不平衡載荷，以提高系統(tǒng)運(yùn)行可靠性和穩(wěn)定性并

垂直軸風(fēng)力機(jī)的槳距角來(lái)提升風(fēng)能利用系數(shù),并制造出采用該機(jī)構(gòu)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)樣機(jī)[5-6];趙振宙等采用擾流技術(shù),通過(guò)適當(dāng)增大局部擾流角的方式來(lái)提高風(fēng)力機(jī)的整體性能[7];Sagharichi等通過(guò)數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)給定條件下當(dāng)槳距角β=-3°時(shí)可有效地提高風(fēng)力機(jī)的風(fēng)能利用率系數(shù),并制作了變槳距垂直軸風(fēng)力機(jī)樣機(jī)[8]。上述研究提出的方法對(duì)垂直軸風(fēng)力機(jī)風(fēng)能利用率的提高均能起到一定效果,但大多都是側(cè)重于提出解決方案,而對(duì)變槳規(guī)律的獲取缺少理論解釋,對(duì)變槳方法的優(yōu)化分析缺少

率，即通過(guò)改變槳距角的大小來(lái)改變風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的風(fēng)能利用系數(shù)，使機(jī)組的輸出功率穩(wěn)定在額定值附近[1]。針對(duì)傳統(tǒng)PID控制技術(shù)難以在大慣性、強(qiáng)耦合的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中取得較好控制效果，國(guó)內(nèi)、外學(xué)者提出將智能控制技術(shù)應(yīng)用到變槳控制中[2-3]。其中，滑?？刂芠4]、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制[5]、自適應(yīng)控制[6]、模糊控制[7-11]等智能控制算法逐漸被應(yīng)用到變槳控制中，且取得了較好地控制效果。文獻(xiàn)[4]中提出了一種改進(jìn)的滑模變槳控制策略，采用基于支持向量機(jī)的趨近律減弱了滑?？?/div>

上海電機(jī)學(xué)院學(xué)報(bào) 2018年1期2018-03-16

,利用改變?nèi)~片槳距角的方式來(lái)控制裝置的啟動(dòng)、輸出功率限定和極限工況保護(hù)等功能。發(fā)電裝置為獨(dú)立供電裝置，為一套日產(chǎn)水500 t的海水淡化裝置提供補(bǔ)充性電力能源。電力系統(tǒng)包括控制器、電池組和逆變器等3部分?？刂破鲗l(fā)電機(jī)輸出的交流電轉(zhuǎn)換為直流電，并進(jìn)行斬波升壓處理；充電電路對(duì)蓄電池組充電。蓄電池組為蓄能器件，并為逆變器提供直流電。逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，供海水淡化裝置使用。1.2 控制系統(tǒng)構(gòu)成樣機(jī)的控制系統(tǒng)分2個(gè)部分：變槳測(cè)控系統(tǒng)和主測(cè)控系統(tǒng)。其中，變槳測(cè)

析了水輪機(jī)葉片槳距角對(duì)潮流能水輪機(jī)獲能的影響規(guī)律，研究了水輪機(jī)變槳距技術(shù)原理及控制策略。在20 kW潮流能水輪機(jī)中運(yùn)用了電動(dòng)變槳距技術(shù)，根據(jù)潮流流速的不同，使用最大功率點(diǎn)追蹤控制算法控制槳距角，并對(duì)機(jī)組運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)試。機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)表明，與非變槳水輪機(jī)相比，變槳式潮流能水輪機(jī)可有效提高其獲能效率。潮流能水輪機(jī)；變槳距；獲能效率；最大功率點(diǎn)追蹤算法；尖速比Abstract: China is rich in tidal energy resources,

明帥／雙饋風(fēng)機(jī)槳距角控制調(diào)頻特性研究／ 青島大學(xué) 董鵬程 陳明帥／目前，風(fēng)力發(fā)電迅猛發(fā)展，由于雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)有功、無(wú)功解耦調(diào)節(jié)，往往在高功率因數(shù)下運(yùn)行，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障或擾動(dòng)頻率跌落時(shí)不能向電網(wǎng)輸送有功幫助電網(wǎng)頻率恢復(fù)。本文根據(jù)風(fēng)機(jī)運(yùn)行特性，提出設(shè)定槳距角初始值實(shí)現(xiàn)備用有功的方式實(shí)現(xiàn)調(diào)頻特性，仿真結(jié)果驗(yàn)證了所提方案的有效性。雙饋風(fēng)機(jī)；槳距角；調(diào)頻0 引言根據(jù)我國(guó)能源部門(mén)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)總裝機(jī)容量快速增長(zhǎng)，已接近1.5億kW。同時(shí)，由于一次能源緊缺與環(huán)境污染

調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)葉片的槳距角、進(jìn)而優(yōu)化風(fēng)機(jī)的輸出功率為目的。在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的起動(dòng)階段，風(fēng)速?gòu)牧闵仙角腥腼L(fēng)速，當(dāng)風(fēng)速大于或等于切入風(fēng)速時(shí)發(fā)電機(jī)發(fā)電，并通過(guò)變槳系統(tǒng)改變槳距角來(lái)調(diào)節(jié)機(jī)組的轉(zhuǎn)速，使其保持恒定。在最大風(fēng)能追蹤過(guò)程中，槳距角保持不變；當(dāng)風(fēng)電機(jī)組達(dá)到最高轉(zhuǎn)速時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)葉片的槳距角來(lái)保證其在最大轉(zhuǎn)速上實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)速發(fā)電；當(dāng)發(fā)電機(jī)功率達(dá)到最大值時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)槳距角實(shí)現(xiàn)恒功率控制；當(dāng)風(fēng)電機(jī)組在運(yùn)行時(shí)遇到故障就需要進(jìn)行變槳。由此可見(jiàn)，電動(dòng)變槳系統(tǒng)應(yīng)具備較強(qiáng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)

控制得到的參考槳距角進(jìn)行在線補(bǔ)償修正。當(dāng)風(fēng)速高于額定風(fēng)速并發(fā)生突降時(shí)，前饋補(bǔ)償控制器能夠迅速減小槳距角的設(shè)定值，增加風(fēng)輪吸收的風(fēng)能。反之，控制器能夠迅速加大槳距角設(shè)定值，增大槳距角，減小風(fēng)能吸收，從而保證風(fēng)輪轉(zhuǎn)速能夠快速穩(wěn)定在額定值附近，降低發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，維持功率恒定。最后在MATLAB環(huán)境下進(jìn)行仿真研究，驗(yàn)證了此次控制策略的可行性和有效性。1　風(fēng)力機(jī)變槳控制理論1.1風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)特性分析對(duì)于風(fēng)電系統(tǒng)的機(jī)械部分，由空氣動(dòng)力學(xué)[3]可知，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組從風(fēng)能捕

10870)?槳距角對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出功率影響實(shí)驗(yàn)裝置的研究設(shè)計(jì)趙麗軍，檀煒民，鮑金雨，張立寶，藺凱(沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué),沈陽(yáng)110870)利用風(fēng)力發(fā)電原理，制作簡(jiǎn)易定槳距風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗(yàn)裝置。測(cè)量風(fēng)力發(fā)電裝置輸出功率及風(fēng)能利用系數(shù)，利用測(cè)量結(jié)果探究同風(fēng)速下風(fēng)力發(fā)電機(jī)有關(guān)運(yùn)行參數(shù)隨槳距角改變的變化規(guī)律。風(fēng)力發(fā)電機(jī)；槳距角；葉尖速比；風(fēng)能利用系數(shù)煤、石油、天然氣等能源在地球上已探明的蘊(yùn)藏量是有限的，人類(lèi)目前利用這些能源的消耗速度估算，石油和天然氣不過(guò)幾十年，煤不過(guò)一百年

通常做法是根據(jù)槳距角［4-5］或者風(fēng)速［6］來(lái)設(shè)計(jì)增益調(diào)節(jié)的變槳控制參數(shù)，槳距角或風(fēng)速越大，則增益越小，這樣雖然避免了槳距角的調(diào)節(jié)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，但在陣風(fēng)工況下，風(fēng)速急劇上升時(shí)，槳距角動(dòng)作比較緩慢，風(fēng)輪慣性較大，風(fēng)輪容易發(fā)生超速。已有文獻(xiàn)對(duì)抑制風(fēng)輪超速進(jìn)行了研究，文獻(xiàn)［7］簡(jiǎn)化了傳動(dòng)鏈模型及尾流模型，基于靜態(tài)的功率-風(fēng)速關(guān)系，預(yù)估出風(fēng)輪有效風(fēng)速作為控制器的前饋信號(hào)，進(jìn)行提前變槳?jiǎng)幼?，但沒(méi)有考慮偏航誤差、風(fēng)輪與塔架的動(dòng)態(tài)特性；文獻(xiàn)［8］基于測(cè)量槳葉根部揮舞與擺振方

控制風(fēng)機(jī)葉片的槳距角。Supergen 5MW風(fēng)機(jī)線性模型用于測(cè)試控制性能，將增加了前饋控制環(huán)節(jié)的槳距角控制器與單獨(dú)使用反饋控制器進(jìn)行了比較。仿真結(jié)果顯示，在激光雷達(dá)信號(hào)的幫助下，與單獨(dú)使用反饋控制器相比，增加了前饋控制的槳距角控制器能夠抑制風(fēng)速變化引起的擾動(dòng)并減少風(fēng)機(jī)葉片和塔架的載荷。風(fēng)機(jī)；激光雷達(dá)；擾動(dòng)抑制；前饋控制0 引言先進(jìn)的控制策略能夠改良風(fēng)機(jī)性能并降低風(fēng)力發(fā)電的生產(chǎn)成本。高性能和可靠的控制器能夠提高能量轉(zhuǎn)化效率和整個(gè)系統(tǒng)的性能，并降低運(yùn)行和維護(hù)

同的入口風(fēng)速和槳距角的情況下，對(duì)其尾流流場(chǎng)的速度和壓力分布進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)風(fēng)場(chǎng)的速度、壓力分布及尾流、入口風(fēng)速和槳距角變化對(duì)整個(gè)流場(chǎng)的影響與實(shí)際情況一致。該方法能預(yù)測(cè)風(fēng)機(jī)運(yùn)行性能和尾流湍流情況，并達(dá)到仿真風(fēng)力發(fā)電機(jī)組氣動(dòng)流場(chǎng)的目的，用數(shù)值模擬的方法部分取代模型機(jī)的實(shí)驗(yàn)，既可縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間、節(jié)約實(shí)驗(yàn)成本、縮短研發(fā)周期，又能為機(jī)組運(yùn)行提供可靠的建議。風(fēng)電場(chǎng)；風(fēng)力發(fā)電機(jī)組；尾流；數(shù)值模擬；模型機(jī)0 引 言風(fēng)電場(chǎng)三維流場(chǎng)的精確模擬相對(duì)比較復(fù)雜，主要包括風(fēng)機(jī)葉片設(shè)計(jì)、

與葉尖速比λ和槳距角β成非線性函數(shù)關(guān)系：(2)根據(jù)式(2)可以獲得風(fēng)能利用系數(shù)的曲線，如圖1所示。圖1 風(fēng)能利用系數(shù)曲線從圖1可知：a. 對(duì)于某固定的槳距角β，存在唯一的最大風(fēng)能利用系數(shù)Cpmax(β,λ)，且有最佳葉尖速比λopt；b. 隨著槳距角β的增大，風(fēng)能利用系數(shù)Cp(β,λ)減小。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的參數(shù)值由風(fēng)速、電機(jī)轉(zhuǎn)速及發(fā)電機(jī)輸出功率等因素實(shí)現(xiàn)獨(dú)立控制，但由于風(fēng)速的不確定性，一般通過(guò)電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)反饋控制槳距角的變化[7]，從而實(shí)現(xiàn)變槳距控制。2 傳

最初選定的名義槳距角可能不是最優(yōu)值，以及傳統(tǒng)變槳可能導(dǎo)致電機(jī)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)過(guò)大的問(wèn)題，提出自適應(yīng)變槳控制策略和線性二次型調(diào)節(jié)(linear quadratic regulator，LQR)轉(zhuǎn)矩控制策略。以5 MW變速變槳風(fēng)力發(fā)電機(jī)組為驗(yàn)證對(duì)象，使用Matlab/Simulink和FAST軟件進(jìn)行聯(lián)合仿真，仿真結(jié)果表明所提出的控制策略能很好地解決槳距角最優(yōu)值的確定以及在額定風(fēng)速以上電機(jī)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)過(guò)大的問(wèn)題。變速變槳；自適應(yīng)；線性二次型調(diào)節(jié)風(fēng)能作為一種綠色和可再生能源

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)槳距角不對(duì)稱(chēng)故障進(jìn)行分類(lèi)監(jiān)測(cè).但是，直接采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)不對(duì)稱(chēng)故障進(jìn)行分類(lèi)存在以下問(wèn)題：首先，由于數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)（SCADA系統(tǒng)）記錄47個(gè)常用的風(fēng)電機(jī)組參數(shù)，這些參數(shù)之間關(guān)系復(fù)雜.雖然數(shù)據(jù)越多，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析得到的信息會(huì)越充分、準(zhǔn)確性越高，但是由于數(shù)據(jù)維數(shù)過(guò)高、數(shù)據(jù)過(guò)于龐大，會(huì)出現(xiàn)“維數(shù)災(zāi)難”的問(wèn)題［6］，這勢(shì)必將影響分類(lèi)器的分類(lèi)性能；其次，雖然多個(gè)參數(shù)可能具有很好的分類(lèi)信息，但是若它們具有非常高的相關(guān)性，則將它們一起作為特征向

缸的位移曲線和槳距角的位移曲線如圖3、4所示。圖4 槳距角位移曲線由圖2(變槳機(jī)構(gòu)原理)知:控制油缸在0～5 s內(nèi)到達(dá)最大行程，此時(shí)槳距角由0°變?yōu)?5°;而后安全油缸啟動(dòng)，在5～10 s內(nèi)達(dá)到最大行程，此時(shí)槳距角由45°變?yōu)?0°。由圖4可知:控制油缸和安全油缸的聯(lián)合運(yùn)動(dòng)滿足該變槳機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求和使用要求。2 風(fēng)速的模擬風(fēng)速?zèng)Q定和影響風(fēng)輪的特性，變化的風(fēng)速直接影響風(fēng)機(jī)的前期設(shè)計(jì)和后期運(yùn)行，因此搭建正確的風(fēng)速模型至關(guān)重要。為了更好地研究變槳機(jī)構(gòu)的調(diào)控特性，

控制器控制輸出槳距角，該控制器易實(shí)現(xiàn)，但有可能出現(xiàn)大超調(diào)現(xiàn)象，風(fēng)電機(jī)組作為一種復(fù)雜的多變量非線性系統(tǒng)，如僅采用單一的控制很難得到滿意的控制效果[1]。所以采用更適合機(jī)組的控制器對(duì)減小機(jī)組載荷、避免機(jī)械共振、最大限度的捕獲風(fēng)能及為電網(wǎng)提供良好的電能質(zhì)量等方面起到了至關(guān)重要的作用。1 變槳距控制器設(shè)計(jì)及建模1.1 PID控制器本文介紹的控制算法都基于傳統(tǒng)的不完全微分PID控制算法，其特點(diǎn)是不但能抑制高頻干擾，還克服了普通數(shù)字PID控制器的缺點(diǎn)，將數(shù)字調(diào)節(jié)器輸出

6]時(shí)，風(fēng)力機(jī)槳距角和功率及載荷的規(guī)律。設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)與風(fēng)力機(jī)組I/O接口電路，搭建了半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，開(kāi)發(fā)了兩個(gè)變槳距控制實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：①變槳距時(shí)，風(fēng)力機(jī)功率、槳葉所受推力及槳葉軸扭矩和槳距角的關(guān)系實(shí)驗(yàn)；②無(wú)模型變槳距功率控制器設(shè)計(jì)及有效性和正確性的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。通過(guò)對(duì)開(kāi)發(fā)的兩個(gè)變槳距實(shí)驗(yàn)的結(jié)果分析，表明實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論完全吻合，這也驗(yàn)證了搭建的變槳距半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是合理和可行的，為風(fēng)力機(jī)進(jìn)一步開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)奠定了半實(shí)物平臺(tái)基礎(chǔ)。1 半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)平

運(yùn)行于某一恒定槳距角下的最大功率狀態(tài)點(diǎn)上，光伏發(fā)電系統(tǒng)以最大功率輸出，儲(chǔ)能系統(tǒng)不輸出功率，水電廠運(yùn)行于穩(wěn)定的狀態(tài)。主電網(wǎng)發(fā)生故障或檢修時(shí)，斷路器2斷開(kāi)，微網(wǎng)脫離電網(wǎng)而孤立運(yùn)行。圖1 簡(jiǎn)單微網(wǎng)系統(tǒng)的單線圖Fig. 1 Single architecture of microgrid2 孤立微網(wǎng)的頻率控制策略2.1 各微源的調(diào)頻控制2.1.1 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的調(diào)頻控制策略常規(guī)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子直接與電網(wǎng)相連，在系統(tǒng)頻率發(fā)生變化時(shí)，轉(zhuǎn)子的動(dòng)能可以得到釋放或吸收，如式(1

即通過(guò)同時(shí)調(diào)節(jié)槳距角和電磁轉(zhuǎn)矩來(lái)實(shí)現(xiàn)風(fēng)電系統(tǒng)的功率和轉(zhuǎn)速穩(wěn)定的多目標(biāo)控制策略，并且仿真驗(yàn)證了該控制策略的正確性和有效性。直驅(qū)永磁風(fēng)力機(jī);槳距角;電磁轉(zhuǎn)矩;反饋線性化;非線性控制器廣西科學(xué)基金資助項(xiàng)目(桂科0728027);南寧市市?？萍己献鲗?zhuān)項(xiàng)項(xiàng)目(200801029D);北海市市?？萍己献鲗?zhuān)項(xiàng)項(xiàng)目(北科合200801027)。1 引言作為可再生能源發(fā)電的一種技術(shù)形式，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)在世界范圍內(nèi)得到了大力的發(fā)展。尤其是變速恒頻風(fēng)力發(fā)電技術(shù)，越來(lái)越受到各國(guó)的重

，針對(duì)風(fēng)電機(jī)組槳距角控制技術(shù)的優(yōu)化研究有很多。文獻(xiàn)[3]通過(guò)深入分析風(fēng)電系統(tǒng)變槳距控制技術(shù)，針對(duì)風(fēng)速高與額定風(fēng)速時(shí)的控制性能，采用了基于傳統(tǒng)PI控制算法的增益調(diào)節(jié)策略，使變槳距控制系統(tǒng)得到很大改善；文獻(xiàn)[4]設(shè)計(jì)了變槳距模糊邏輯控制器，并且與帶轉(zhuǎn)矩觀測(cè)器的控制增益法和增益查表法做了對(duì)比分析；文獻(xiàn)[5]中針對(duì)槳葉節(jié)距角控制問(wèn)題，提出以風(fēng)輪轉(zhuǎn)速為反饋信號(hào)的PI 控制器，使風(fēng)電機(jī)組實(shí)現(xiàn)了變速恒頻運(yùn)行控制；文獻(xiàn)[6，7]對(duì)于如何改善異步機(jī)風(fēng)電場(chǎng)的暫態(tài)電壓穩(wěn)定性，提

行攻角所需要的槳距角，提出了一種基于動(dòng)量葉素理論改進(jìn)的葉片氣動(dòng)特性計(jì)算方法，該方法的優(yōu)勢(shì)為在迭代計(jì)算軸向誘導(dǎo)因子與切向誘導(dǎo)因子過(guò)程中減少了查詢(xún)翼型氣動(dòng)特性的次數(shù)。改進(jìn)的動(dòng)量葉素理論計(jì)算方法比經(jīng)典動(dòng)量葉素理論計(jì)算方法，能夠快速計(jì)算實(shí)現(xiàn)葉片運(yùn)行攻角所需要的槳距角。利用該方法對(duì)葉片氣動(dòng)特性進(jìn)行的計(jì)算結(jié)果與GH Bladed軟件的計(jì)算結(jié)果十分接近，且提高了計(jì)算速度。動(dòng)量葉素理論；葉片氣動(dòng)特性；改進(jìn)計(jì)算方法；提高計(jì)算速度；風(fēng)電機(jī)組0 引言風(fēng)輪是風(fēng)電機(jī)組將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為旋

的非線性風(fēng)力機(jī)槳距角控制器,采用帶靈敏度成型法的極點(diǎn)配置來(lái)設(shè)計(jì)魯棒數(shù)字R-S-T槳距角控制器,還有的將最優(yōu)控制方法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊控制等方法運(yùn)用到槳距角的控制中,都取得了一定的控制效果[4-10].文獻(xiàn)[7]采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)變速變槳距風(fēng)力機(jī)的槳距角控制器,在風(fēng)力機(jī)運(yùn)行過(guò)程中,運(yùn)用多層感知器和徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行觀測(cè).文獻(xiàn)[8]采用PID算法設(shè)計(jì)了定速主動(dòng)失速型風(fēng)力機(jī)槳距角控制器,試驗(yàn)表明,在風(fēng)力機(jī)運(yùn)行風(fēng)速的大部分范圍,都會(huì)產(chǎn)生剛性頻率振蕩阻尼,使得槳距角

葉片調(diào)節(jié)至預(yù)定槳距角[1,2],但液壓變槳機(jī)構(gòu)比較復(fù)雜,存在非線性、漏油及卡塞等現(xiàn)象,電動(dòng)變槳距系統(tǒng)可以克服這些缺點(diǎn),槳距角的變化通過(guò)對(duì)伺服電機(jī)的控制來(lái)實(shí)現(xiàn),其結(jié)構(gòu)緊湊、控制靈活、工作可靠[3,4]。隨著變速恒頻發(fā)電方式的提出,有學(xué)者提出以風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速作為輸入信號(hào)設(shè)計(jì)PID調(diào)節(jié)器,從而輸出槳距角命令[5];但是槳距角的變化對(duì)于隨機(jī)變化的風(fēng)速而言是非線性的,為了降低非線性的空氣動(dòng)力學(xué)特性對(duì)輸出功率的影響,設(shè)計(jì)了模糊PID變槳距控制器,從而使系統(tǒng)的穩(wěn)定性受參數(shù)變化

功率最佳，需對(duì)槳距角進(jìn)行預(yù)測(cè)，從而得到某特定風(fēng)速下的最佳槳距角。支持向量機(jī)（Support Vector Machines，SVM）是根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)理論中最小化原則提出來(lái)的，由有限數(shù)據(jù)得到的判別函數(shù)，對(duì)獨(dú)立的測(cè)試樣本能夠得到較小的誤差，包括支持向量分類(lèi)機(jī)（Support Vector Classification，SVC）和支持向量回歸機(jī)（Support Vector Regression，SVR）。此文用的就是SVR算法，其目的是構(gòu)造一個(gè)回歸估計(jì)函數(shù)，將非線