變槳

變槳系統作為大型風電機組控制系統的核心部分之一，對機組安全、穩定、高效的運行具有十分重要的作用。穩定的變槳控制已成為當前大型風力發電機組控制技術研究的熱點和難點之一。

變槳控制技術簡單來說，就是通過調節槳葉的節距角，改變氣流對槳葉的攻角，進而控制風輪捕獲的氣動轉矩和氣動功率。

基本介紹

• 中文名：變槳
• 外文名：variable pitch
• 定義：一種風力發電機葉片調節裝置
• 分類：電動變槳系統、液壓變槳距系統
• 優點：功率平穩、效率高
• 位置：輪轂前部

簡介

變槳機構控制葉片相對於旋轉平面的位置角度。小型風機沒有變槳機構，在高速時必須依靠失速來調節轉速。變槳控制使風機在低風速時即可獲得電能，在風速大於額定風速時截獲到固定大小的風能。控制槳距角的方法不止一種；各種方法都需要對葉片角度進行控制的機制。控制算法持續監測風速和發電機出力，調節葉片的槳距角。當風速高於額定風速時，葉片槳距角大幅增加以改變攻角、誘導失速。

變槳機構在輪轂的前部，在輪轂和葉片的根部，齒輪將二者連線。外側電動機通過齒輪或者帶齒傳動帶對變槳進行操控。外側電動機及變槳系統的其他部分都在輪轂內，並隨之傳動。

隨著風力發電技術的迅速發展，風電機組正從恆速恆頻向變速恆頻、從定槳距向變槳距方向發展。變槳距風電機組以其能最大限度地捕獲風能、輸出功率平穩、機組受力小等優點，已成為當前風電機組的主流機型。

優點

變槳距控制，隨著風速的變化調節槳葉節距角，穩定發電機的輸出功率。

在併網過程中，變槳距控制還可實現快速無衝擊併網，而緊急關機時,變槳距機構調節槳葉節距角為90°，使槳葉逆槳，風輪轉速降低，減小對風力機負載衝擊，提高系統壽命。

變槳距控制系統與變速恆頻技術相配合，最終提高了整個風力發電系統的發電效率和電能質量。變槳距控制研究對變速恆頻風力機組的研製有著重要的意義。

機構分類

變槳距控制方式一般可以分為兩種，一種是電機執行機構，另一種是液壓執行機構。

電機執行機構

電機變槳距執行機構利用電動機對槳葉進行單獨控制，由於其機構緊湊，可靠，沒有象液壓變槳距機構那樣傳動結構相對複雜，存在非線性，泄漏、卡澀時有發生，所以也得到許多生產廠家的青睞。但其動態特性相對較差,有較大的慣性，特別是對於大功率風力機。而且電機本身如果連續頻繁地調節槳葉，將產生過量的熱負荷使電機損壞。

液壓執行機構

液壓執行機構通過液壓系統推動槳葉轉動，改變槳葉節距角。該機構以其回響頻率快、扭矩大、便於集中布置和集成化等優點在目前的變槳距機構中占有主要的地位，特別適合於大型風力機的場合。國外著名的風力機廠丹麥的Vestas、德國的Dewind、Repower等等都採用液壓變槳距方式，目前美國研製最大的容量的風力機也採用液壓執行機構。

結構組成及

液壓變槳距系統

液壓變槳距系統採用液壓缸作為原動機，通過一套曲柄滑動結構同步驅動三個槳葉變槳距。變槳距機構主要由推動桿、支撐桿、導套、防轉裝置、同步盤、短轉軸、連桿、長轉軸、偏心盤、槳葉、法蘭等部件組成。變槳控制系統根據當前風速算出槳葉的槳距角調節信號，液壓系統根據指令驅動液壓缸，液壓缸帶動推動桿、同步盤運動，同步盤通過短轉軸、連桿、長轉軸推動偏心盤轉動，偏心盤帶動槳葉進行變槳距。

液壓變槳距執行機構的槳葉通過機械連桿機構與液壓缸相連線，槳距角同液壓缸位移成正比。當槳距角減小時，液壓缸活塞桿向右移動，有桿腔進油；當槳距角增大時，活塞桿向左移動，無桿腔進油。液壓系統的槳距控制是通過電液比例閥實現的，電液比例閥的控制電壓與液壓缸的位移變化量成正比，利用油缸設定的位移感測器，利用PID調節進行液壓缸位置閉環控制。為提高順槳速度，變槳距執行系統不僅引入差動迴路，還利用蓄能器為系統保壓。當系統出現故障斷電緊急關機時，立即斷開電源，液壓泵緊急關閉，由蓄能器提供油壓使槳葉順槳。

電動變槳距系統

電動變槳距系統由變槳控制器、伺服驅動器和備用電源系統組成。其能夠實現 3個槳葉獨立變槳距，給風力發電機組提供功率輸出和足夠的剎車制動能力，從而避免過載對風機的破壞。

電動變槳距系統的每個槳葉配有獨立的執行機構，伺服電機連線減速箱，通過主動齒輪與槳葉輪齒內齒圈相連，帶動槳葉進行轉動，實現對槳距角的直接控制。

如果電動變槳距系統出現故障，控制電源斷電，伺服電機由備用電源系統供電，15 s 內將槳葉緊急調節為順槳位置。在備用電源電量耗盡時，繼電器節點斷開，原來由電磁力吸合的制動齒輪彈出，制動槳葉，保持槳葉處於順槳位置。在輪轂內齒圈邊上還裝有一個接近開關，起限位作用。在風力機正常工作時，繼電器上電，電磁鐵吸合制動齒輪，不起制動作用，使槳葉能夠正常轉動。