电动变桨距控制系统设计与实现.pdf

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1、第45卷第7期电力电子技术2011年7月PowerElectronics电动变桨距控制系统设计与实现窦真兰，王晗，凌志斌，蔡旭(上海交通大学，风力发电研究中心和海洋工程国家重点实验室，上海200240)摘要：针对变桨距控制系统在风力发电机组中作为限制出力和制动速度的决定性系统．此处首先研究和分析了兆瓦级风力机特性、风电机组的变桨过程，以及变桨距控制系统的工作原理．计算了桨叶负荷力矩．然后详细设计了变桨控制系统的整体结构、伺服控制系统和备用电源系统．再利用有限状态机设计了变桨控制系统软件，最后搭建了变桨距控制系统平台。实验结果验证了电动

2、变桨距不仅能够实现精确的位置控制．还具有快速的动态响应。满足风电机组变桨控制系统的特殊要求。关键词：风力机；变桨距控制；电伺服；有限状态机中图分类号：TM315文献标识码：A文章编号：1000—100X(2011)07～0001—04DesignandRealizeofElectricPitchControlSystemDOuZhen—lan，WANGHan，LINGZhi．bin，CAIXU(WindPowerResearchCenter&StateKeyLo~oratoryofOceanEngineering，ShanghaiJi

3、aoUniversity，Shanghai200240，China)Abstract：Thevariablepitchcontrolsystem，asadecisionsystem，isveryimportanttolimittheoutputpowerandbrakethespeedinwindenergyconversionsystem．Thecharacteristicsofmegawatt-scalewindturbine，theprocessofvariablepitchandtheprincipleofvariablepi

4、tchcontrolsystemareresearched，theloadtorqueofbladeiscalculated．Thentheoverallstructureofvariablepitchcontrolsystem，electricselTocontrolsystemandbackuppowersystemaredesigned，andthesoftwareofpitchcontrolsystemisdesignedusingfinitestatemachine．Finallytheplatformofvari—able

5、pitchcontrolsystemisbuilt．Theexperimentalresultsshowthattheelectricvariablepitchcontrolsystempossess-estheabilityoffastdynamicresponseandcanachieveprecisepositioncontro1．Keywords：windturbine；variablepitchcontrol；electricservo；finitestatemachineFoundationProject：Supposed

6、byNationalNaturalScienceFoundationofChina(No．50907040)；ScienceFoundationofShanghai(No．08DZ1200504，08DZ2210502)1引言2兆瓦级风电机组变桨距控制分析变桨距借助控制技术和动力系统调节叶片迎2．1兆瓦级风力机特性及变桨过程分析风面与纵向旋转轴的夹角，即桨距角，从而改变桨根据风力机的空气动力学特性，风力机的输叶的升力和阻力，使桨叶受力情况得到改善。变桨出机械功率为：控制系统实现了风电机组在整个运行范围内运行Pm=(A，f1)pcrRZ

7、v／2(1)角度和输出功率的优化控制，大大提高了整个风式中：P为空气密度；R为风力机叶片半径；为风速；卢为电发电系统的发电效率和电能质量【卜桨叶的桨距角；A为叶尖速比；C为风力机的功率系数，与此处基于电动变桨距系统工作原理．先整体A和成非线性关系。理论上．风力机输出功率是风速的立方函数，设计变桨控制系统的结构，然后详细设计变桨控随着风速的增加，其输出功率是无限的。但实际变制系统和备用电源系统．利用有限状态机设计其速风力发电机组受到两个基本条件限制：①所有软件，最后建立了变桨距控制系统进行实验．实验电路及电力电子器件受功率限制：②所有旋

8、转部结果证明该系统满足电伺服变桨系统的特殊要件的机械强度受转速限制。所以风力机的转速和求，为在风场中的实际使用提供了参考依据。输出功率是有限度的，超过限度，风力发电机组的某些部分便不能正常工作。基金项目：国家自然科学基金