基于新型扭矩测量的桨距角自动控制方法

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1、基于新型扭矩测量的桨距角自动控制方法摘要在桨距角自动控制中，采用新型扭矩和功率测量方法，得到旋转轴的扭矩和轴功率。结合风电机组的输出功率，预定下一个时间点风电机组的轴功率，与风电机组此时的轴功率相比较，得出需要增大或者减小轴功率，据此向桨距角调节系统发出指令，对风电机组的桨距角进行自动控制，使风电机组的输出功率稳定，保持风电机组的扭矩平衡和功率平衡。关键词桨距角；轴功率；扭矩平衡；功率平衡中图分类号TM31文献标识码A文章编号1674-6708（2014）116-0187-020引言变桨系统主要有两种形式：液压变桨（如德国的Dewind、Repower和丹麦的VESTAS）和

2、电动变桨（如德国的Conrdex）。液压变桨系统是利用液体压力来驱动执行机构，电动变桨系统则以伺服电机来驱动齿轮，实现变桨距调节功能。5液压变桨的工作过程：液压变桨的工作过程：变桨控制器根据实时测得的风速，通过预先编好的算法给出对应的电信号，液压系统对该信号进行放大，驱动液压缸推动推杆、同步盘运动，同步盘通过短转轴、连杆和长转轴推动偏心盘转动，进而带动风机叶片旋转，完成桨距角的调节。电动变桨系统可以实现3个叶片独立变桨距。系统的主控制器通过现场总线与轮毂内的轴控制盒进行通信，对3个独立变桨装置进行独立控制。变桨控制器根据测得的风速、风机转速和发电机功率等，把电信号传输到电动变

3、桨系统；变桨系统把实测值和风机的实时运行状况反馈到变桨系统的主控制器。单个叶片的变桨装置一般包括控制器、伺服驱动器、伺服电机、减速机、变距轴承、传感器、角度限位开关、蓄电池、变压器等。其中伺服驱动器用于驱动伺服电机，实现变桨距角度的控制。本文提出一种基于新型扭矩测量的桨距角自动控制方法，通过测量旋转轴的轴扭矩和转速，得到风电机组的吸收功率，结合风电机组的输出功率，对桨距角控制系统进行控制，调节风机的桨距角，保持风机的扭矩平衡和功率平衡。1方法内容基于扭矩测量的桨距角自动控制方法，主要包含扭矩测量模块、转速测量模块、输出功率测量模块、信号转换模块、比较模块、信号输出模块、伺服驱

4、动模块和变桨机构等。其中伺服驱动器用于驱动伺服电机，实现变距角度的精确控制。设计的基于扭矩测量的几件自动控制方法如图1所示。5通过对风机叶轮低速轴的扭矩和转速测量，可以得到风机叶轮的吸收功率，风电机组的输出功率可以从风机断路器处直接测得。将风机的吸收功率和输出功率都进行A/D转换，将模拟量转换为数字量并进行比较，若吸收功率大于输出功率，则需要降低吸收功率，发出增大桨距角的指令；反之，则发出降低桨距角的指令。伺服驱动模块接到改变桨距角的指令后，驱动变桨机构调整风机叶片的桨距角，完成桨距角的自动控制。2具体步骤扭矩测量模块、转速测量模块和输出功率测量模块分别测出风机低速轴的扭矩，

5、低速轴的转速和风机输出功率的大小，通过低速轴的扭矩和转速可以得出风机的吸收功率（式中为风机吸收功率，可用轴功率代替，单位；为风机叶轮转速，单位；为风机低速轴扭矩，单位），通过信号转换装置将测得的信号转换为标准信号，在比较模块里，将风机的吸收功率和输出功率进行比较，若风机的吸收功率大于输出功率，则输出高电平，反之，则输出低电平。信号输出模块接收高低电平，收到高电平时，发出增大桨距角的信号；反之，则发出降低桨距角的信号。伺服驱动模块根据接收到的增加或降低桨距角的信号，驱动伺服电机，带动桨叶转动，增大或减小桨距角。2.1扭矩、转速测量模块2.2输出功率测量模块5在变桨自动控制中，可

6、以直接将风电机组的电功率作为输出功率，而风电机组的电功率是比较容易测得的。假设电功率为，单位为。2.3比较模块测得风电机组的轴功率和输出功率后，进行A/D变换，然后在比较模块里对两者进行比较，若轴功率大于电功率，则需要降低轴功率，发出增大桨距角的指令；反之，信号输出模块则发出减小桨距角的指令。2.4伺服驱动模块伺服驱动模块收到信号输出模块的指令后，驱动变桨机构进行桨距角的调节。若收到降低桨距角的指令，则驱动变桨机构向桨距角变小的方向进行。反之，则执行相反的步骤。3结论基于新型扭矩和功率测量的桨距角自动控制方法，避免了对风机有功功率的预测，而对风机有功功率的预测非常繁琐、复杂，

7、减少了桨距角自动控制中的误差源，使得桨距角的控制更加符合实际，因而更加精确。在风电机组和风电场的运行中有广泛的应用前景。参考文献[1]马琛俊.大型风电机组直驱式容积控制变桨距系统研究[D].黑龙江：哈尔滨工业大学，2010.[2]SCHINASNA.VOVOSNA，GIANNAKOPOULOSGB.Anautonomoussystemsuppliedonlybya5pitch-controlledvariable-speedwindturbine[J].IEEETransonEnergyConversi