文 献 综 述

1.1 课题背景

随着世界范围内工业化和城市化程度的不断提高，能源和环境问题已经成为当今人类生存和发展迫切需要解决的问题。由于以煤炭、石油和天然气为主的常规化石能源会对大气环境造成极大的污染，而且随着不可再生能源的大量消耗，能源危机和环境问题日益突出^[1]。因此，对可再生能源的开发利用，特别是对风能的利用，已受到世界各国的高度重视。风能具有储量巨大、分布广泛、清洁无污染和可再生的特点，符合人类可持续发展的要求。

风能是由太阳能转化而来，据估计，地球上所接收到的太阳能福射约有2%转换成风能，装机容量可达到10TW，每年可发出电力13PW#183;h^[2]。我国的风能储备量巨大，而风力发电机就是一种很好的风能开发方式。相对于其他能源，风力发电具有丰富的风能储备量、风机建造周期短、运行维护成本低、风场占地少及现场所需人员少等特点，这几年随着风电技术的不断成熟，兆瓦级风力发电机已经成为风电市场的主导。

现阶段人类利用风能的主要方式是将其转化为电能并利用大电网进行传输。而风力发电系统承担着完成风能到电能转换的任务，由于风能自身具有间歇性和不稳定性，而人们期望得到稳定的功率输出，因此风电机组的控制技术近年来受到了广泛的重视^[3]。

在风力机中，通过对桨距角的主动控制可以克服定桨距/被动失速调节的许多缺点，既能提高风力机运行的可靠性，又能保证高的风能利用系数和不断优化的输出功率曲线。采用变桨距机构的风力机可使叶轮重量减轻，使整机的受力状况大为改善，使风电机组有可能在不同风速下始终保持最佳转换效率，使输出功率最大，从而提高系统性能。变桨系统是风力发电机组当中重要组成部分：变桨的角度、变桨的速度、停机后变桨的复位以及变桨的响应时间等指标严重影响整机性能，很可能会使风机并网发生问题。因此，变奖控制技术是风电整机技术的重中之重，是评价风机性能的重要指标^[4]。所以，设计幵发高性能的变桨距系统和控制算法是风电行业制造商的必经之路和竞争法门。

1.2 国内外关于风力发电机组变桨距系统的研究现状

进入20世纪80年代后，风力发电技术开始进入实用化、商业化阶段。因风力发电机利用的是清洁无污染、可再生能源，在计算机和控制技术的不断进步的驱使下，风电事业在全球范围内得到了迅猛的发展^[5]。同时发电机组的单机容量不断增大，风机变桨距系统的安全性、高效性问题愈发突出，这就使得对风力发电机组变桨距系统的研究越来越重要。

在对风力发电机组的功率控制方式上，风力发电机发展出了定桨距控制和变桨距控制2种。传统的定桨距控制方式是将叶片固定在轮毂上，安装好后不可调节。当功率达到最大功率后，由于它的失速特性，在高于额定风速时输出功率将下降。同时，定桨距风机叶片重量大，使得轮毂和塔架受力大，机组的整机效率低下^[6]。而如今兆瓦级大型风力发电机组绝大多数釆用变速变桨矩功率调节的控制策略。采用变速变桨矩控制策略的机组，不但可以在大风时及时控制机组叶片变桨，主动切出发电状态来保证机组安全；而且可以在低风速条件下，通过主动变桨来改变叶片迎风角度，追求最大Cp值，起到低风速条件下增加风力发电机组发电量的作用。目前在整个风电行业，业内主流的风机整机厂商全部釆用的变桨矩控制策略，其驱动方式主要有三种，分别为液压变桨、电动变桨以及皮带驱动变桨^[7]。