風(fēng)力發(fā)電機(jī)組電動(dòng)變槳距系統(tǒng)的研究

　　0、引言

　　由于風(fēng)能是一種清潔而安全的能源，在自然界中可以不斷生成并有規(guī)律得到補(bǔ)充，所以風(fēng)能資源的特點(diǎn)十分明顯，其開發(fā)利用的潛力巨大。大型的兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)近幾年在國內(nèi)外得到了不斷的發(fā)展。

　　變速恒頻技術(shù)于20世紀(jì)90年代開始興起。變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)輪轉(zhuǎn)速隨著風(fēng)速的變化而變化，可以更有效地利用風(fēng)能，并且通過變速恒頻技術(shù)可得到恒定頻率的電能。變速恒頻機(jī)組的顯著優(yōu)點(diǎn)已得到風(fēng)力機(jī)生產(chǎn)廠和研究機(jī)構(gòu)的普遍承認(rèn)，將成為未來的主流機(jī)型［1］。但變速恒頻風(fēng)力機(jī)組僅通過電機(jī)自身調(diào)節(jié)要達(dá)到減小風(fēng)速波動(dòng)沖擊的目的是很困難的，因?yàn)樽匀唤缰酗L(fēng)速瞬息萬變，特別是在額定風(fēng)速以上工況，風(fēng)力機(jī)有可能受到很大的靜態(tài)或動(dòng)態(tài)沖擊［2］。變槳距是指大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)安裝在輪轂上的葉片借助控制技術(shù)和動(dòng)力系統(tǒng)改變槳距角的大小從而改變?nèi)~片氣動(dòng)特性，使槳葉和整機(jī)的受力狀況大為改善［3］。最近，電動(dòng)變槳距系統(tǒng)越來越多的應(yīng)用到風(fēng)力發(fā)電機(jī)組當(dāng)中。

　　根據(jù)最新的資料顯示，全球風(fēng)電機(jī)組幾個(gè)大的供應(yīng)商均采用了電動(dòng)變槳距結(jié)構(gòu)作為變槳距系統(tǒng)的組成。例如GE WindPower公司的3.6MW風(fēng)機(jī)機(jī)組，Enercon公司的E-112型風(fēng)機(jī)機(jī)組，Suzlon公司的2MW風(fēng)機(jī)機(jī)組，REpower公司的5MW風(fēng)機(jī)機(jī)組，Nordex公司的N90/2500KW風(fēng)機(jī)機(jī)組，Siemens公司的3.6MW風(fēng)機(jī)機(jī)組等都是應(yīng)用了電動(dòng)變槳距結(jié)構(gòu)。我國浙江大學(xué)等單位也對(duì)大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組獨(dú)立槳葉控制系統(tǒng)作了研究。

　　本篇文章主要分析風(fēng)力發(fā)電機(jī)組電動(dòng)變槳距系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，并且分兩個(gè)部分研究了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組電動(dòng)變槳距系統(tǒng)，其中重點(diǎn)分析了電動(dòng)變槳距的伺服驅(qū)動(dòng)部分，設(shè)計(jì)出三相永磁同步電動(dòng)機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)作為電動(dòng)變槳距系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)控制部分。

　　1．電動(dòng)變槳距系統(tǒng)概述

　　變槳距機(jī)構(gòu)就是在額定風(fēng)速附近（以上），依據(jù)風(fēng)速的變化隨時(shí)調(diào)節(jié)槳距角，控制吸收的機(jī)械能，一方面保證獲取最大的能量（與額定功率對(duì)應(yīng)），同時(shí)減少風(fēng)力對(duì)風(fēng)力機(jī)的沖擊。在并網(wǎng)過程中，變槳距控制還可實(shí)現(xiàn)快速無沖擊并網(wǎng)。變槳距控制系統(tǒng)與變速恒頻技術(shù)相配合，最終提高了整個(gè)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率和電能質(zhì)量。

　　電動(dòng)變槳距系統(tǒng)就是可以允許三個(gè)槳葉獨(dú)立實(shí)現(xiàn)變槳，它提供給風(fēng)力發(fā)電機(jī)組功率輸出和足夠的剎車制動(dòng)能力。這樣可以避免過載對(duì)風(fēng)機(jī)的破壞。

　　圖1和圖2分別是電動(dòng)變槳距系統(tǒng)的布局圖和電動(dòng)變槳距系統(tǒng)的概念設(shè)計(jì)圖。三套蓄電池和軸控制盒以及伺服電機(jī)和減速機(jī)放置于輪轂處，每支槳葉一套，一個(gè)總電氣開關(guān)盒放置在輪轂和機(jī)艙連接處，整個(gè)系統(tǒng)的通訊總線和電纜靠滑環(huán)與機(jī)艙的主控制器連接。