大型风电机组变速变桨距协调控制技术研究

徐浩，夏安俊，胡书举，赵斌

（1.中国科学院 风能利用重点实验室，北京100190；2.中国科学院 电工研究所，北京100190；3.中国科学院 研究生院，北京100049）

1 引言

变速变桨距风力发电机组是风力发电技术发展的主流方向，能够确保风电机组在风速较小时通过调节发电机转速，可以使转速跟随风速，提高风能利用效率，实现最大风能捕获；在风速较大时，通过调节叶片桨距角限制风力机的能量输入，从而控制发电机输出功率平稳，提高风力机组启动性能与制动性能，减小桨叶受力不平衡，抑制塔架振动，降低机组结构载荷，提高机组的柔性度等。控制系统是机组的关键部件之一，控制系统的性能优劣对风机运行的效率和使用寿命有至关重要的影响［1－2］。

在额定风速以上，控制的首要目的是使发电机输出功率保持在额定值，减小输出功率的波动，同时还要保证电磁转矩、气动转矩、风力机转速和发电机转速不超过其极限值，另一个控制目标是减小静态和动态载荷。早期的变速恒频风电机组在额定风速以上采用单独变桨距控制，由于变桨距系统的响应速度受到限制，对快速变化的风速，通过改变桨距角来控制输出功率的效果并不理想。在风速快速增加时，容易由于关桨不及时引起机组超速。而在风速突然下降时，又往往因为转速的大幅下降引起功率的凹陷［3－5］。

发电机转矩控制响应速度很快，但是当其应用在控制功率和速度时，系统的稳定性得不到保障。……