窦真兰， 程孟增， 蔡 旭，2， 凌志斌

(1.上海交通大学电子信息与电气工程学院，风力发电研究中心，电力传输与功率变换控制教育部重点实验室，上海 200240;2.上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院，海洋工程国家重点实验室，上海 200240)

0 引言

目前世界上投入使用的风电机组变桨距系统主要有两种方案:液压变桨距系统和电动变桨距系统。本文分析了大型风力机的变桨距缘由，针对这两种变桨距控制，从系统总体结构、执行机构的结构原理、变桨系统控制、控制器设计等方面进行研究，并分别利用SimHydraulics和Simulink仿真建模，不仅直观反映变桨距系统的动态特性，为大型风电机组的全工况仿真奠定基础，而且变桨系统的控制器设计，为实际风场中变桨控制提供理论支持，为大型风电机组的研制提供理论保证。

1 大型风机的变桨距控制

根据风力机的空气动力学特性［3］，风力机的输出机械功率为

式中:ρ——空气密度;

R——风力机叶片的半径;

v——风速;

β、λ——桨距角，叶尖速比;

Cp——风能利用系数，其理论极限为0.593。

风力机的功率特性可由一簇功率系数Cp性能曲线来表示，如图1所示，则Cp的变化规律与桨距角和叶尖速比的关系如下:

(1)若给定β，Cp存在唯一的最大值Cpmax。

(2)若给定 λ，当β=0°时，Cp相对最大;随着β增大，Cp则明显减小。

图1 变桨距风能利用系数曲线

理论上，风力机输出功率是风速的立方函数，随着风速的增加，其输出功率是无限的。但实际的变速风力发电机组受到两个基本条件限制:(1)所有电路及电力电子器件受功率限制;(2)所有旋转部件的机械强度受转速限制，所以风力机的转速和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［1-3］。……