基于半物理仿真的变速恒频独立变桨距技术研究

　　摘要依据对风力机空气动力学分析得到变桨距变速恒频控制规律，提出了无刷双馈电机电磁阻转矩调节和分段PID 权系数分配的控制算法分别实现变速分配和独立变桨距控制。传统控制中变桨距与变速恒频都以额定功率为界，由于风力机系统的大惯性、迟滞，两算法切换过程中会引起输出功率的波动，因此提出了以预测功率为界的综合控制算法，该算法在自行搭建的以BLADED 软件为模型，变桨距与控制器为实物的半物理仿真试验台上进行试验分析，结果表明发电机输出功率得到了较大稳定。

　　关键词变速恒频，独立变桨距，权系数，预测，半物理仿真

　　0 前言

　　风力机利用清洁的可再生风能已深受全世界的重视。随着机组单机容量和装机总量的增大，在电网中的比重也越来越大，为了得到高品质的风力电能，对机组控制的要求也相应提高。理论上风力机应尽可能将所有风能都转化为电能，但实际上要受到机组机械和电气强度限制，在风速高于额定值时，必须将发电机输出功率维持在额定功率左右（变桨距），而在风速低于额定值时，通过变速恒频技术尽可能地捕获最大风能。变速恒频、变桨距技术已成为当今风力机两大关键技术〔1〕。目前国外学者已经进行了研究，但往往只偏重于其中一方面。而风力机整个控制过程中，特别风速在额定值附近变化时，两种控制技术不断切换，如何相互协调，对于最大限度地捕获风能、稳定功率输出，减小异常突变有一定的研究意义。

　　我国风电水平相对比较落后，自行研制的风力机仅750kW，而且是定桨距控制。浙江大学流体传动及控制国家重点实验室在国家“863”计划资助下，开始变桨距控制技术的研究，同时与其它科研组进行技术合作，结合目前研究的变速恒频技术，依据空气动力学分析，得出变速恒频变桨距控制的理论基础，并在基于国际权威风力机设计软件Bladed 作为模型的半物理仿真试验。