3.2　变桨距系统的控制

新型变桨距控制系统框图如图3-6所示。

图3-6　控制系统方块图

1—速度给定；2—最大功率给定；3—速度控制A；4—节距控制器；5—变距机构；6—风轮；7—增速器；8—发电机；9—电网；10—速度控制器B；11—功率控制器；12—速度给定；13—控制电压；14—风速；15—发电机转速；16—电流给定

在发电机并入电网前，发电机转速由速度控制器A根据发电机转速反馈信号与给定信号直接控制；发电机并入电网后，速度控制器B与功率控制器起作用。功率控制器的任务主要是根据发电机转速给出相应的功率曲线，调整发电机转差率，并确定速度控制器B的速度给定。

节距的给定参考值由控制器根据风力发电机组的运行状态给出。如图3-6所示，当风力发电机组并入电网前，由速度控制器A给出；当风力发电机组并入电网后由速度控制器B给出。

3.2.1　变距控制

变距控制系统实际上是一个随动系统，其控制过程如图3-7所示。

图3-7　变桨距控制系统

1—节距给定；2—节距控制器；3—D/A转换器；4—控制电压；5—液压系统；6—活塞杆位移；7—变桨距结构；8—节距；9—转换为节距信号；10—A/D转换器；11—位移传感器

变桨距控制器是一个非线性比例控制器，它可以补偿比例阀的死带和极限。变距系统的执行机构是液压系统，节距控制器的输出信号经D/A转换后变成电压信号控制比例阀（或电液伺服阀），驱动液压缸活塞，推动变桨距机构，使桨叶节距角变化。活塞的位移反馈信号由位移传感器测量，经转换后输入比较器。

3.2.2　速度控制系统A

转速控制系统A在风力发电机组进入待机状态，或从待机状态重新启动时投入工作，如图3-8所示，在这些过程中通过对节距角的控制，转速以一定的变化率上升。控制器也用于在同步转速（50Hz时1500r/min）时的控制。当发电机转速在同步转速±10r/min（*）内持续1s（*）发电机将切入电网。

图3-8　速度控制系统A

1—速度给定；2—滤波器；3—滤波器；4—计时器；5—PD控制器；6—节距；7—转速；8—PI控制器；9—感应传感器；10—节距非线性化；11—节距给定；12—节距给定；13—节距及速度PID控制量；14—转速

控制器包含着常规的PD和PI控制器，接着是节距角的非线性化环节，通过非线性化处理，增益随节距角的增加而减小，以此补偿由于转子空气动力学产生的非线性，因为当功率不变时，转矩对节距角的比是随节距角的增加而增加的。

当风力发电机组从待机状态进入运行状态时，变桨距系统先将桨叶节距角快速地转到45°，风轮在空转状态进入同步转速。当转速从0增加到500r/min（*）时，节距角给定值从45°线性地减小到5°。这一过程不仅使转子具有高启动力矩，而且在风速快速地增大时能够快速启动［带（*）的参数可根据现场情况进行调整］。

发电机转速通过主轴上的感应传感器测量，每个周期信号被送到微处理器做进一步处理，以产生新的控制信号。

3.2.3　速度控制系统B

发电机切入电网以后，速度控制系统B作用，如图3-9所示。速度控制系统B受发电机转速和风速的双重控制。在达到额定值前，速度给定值随功率给定值按比例增加。额定的速度给定值是1560r/min，相应的发电机转差率是4％（*）。如果风速和功率输出一直低于额定值，发电机转差率将降低到2％（*），节距控制将根据风速调整到最佳状态，以优化叶尖速比。

如果风速高于额定值，发电机转速通过改变节距来跟踪相应的速度给定值。功率输出将稳定地保持在额定值上。从图3-9中可以看到，在风速信号输入端设有低通滤波器，节距控制对瞬变风速并不响应。

图3-9　速度控制系统B

1—速度给定；2—滤波器；3—速度非线性化；4—速度出；5—速度入；6—计时器；7—PD控制器；8—风速；9—滤波器；10—PI控制器；11—叶尖速比优化；12—节距；13—风速；14—节距非线性化；15—节距给定；16—节距给定；17—节距及速度PID控制量；18—传感器；19—转速