带增益调度的风力发电变桨距控制研究

图5为变桨执行机构模型，其中由控制器给出桨矩角参考值βref，并与实际β比较得出△β，通过变矩驱动机构改变桨距角。由于大容量的风机桨叶重达数吨，考虑到调节器疲劳，桨矩角的变化速率要有限制，且其角度也有限制，即其动态特性是在桨矩角和桨矩速率上都有饱和限制的非线性动态，当桨矩角和桨矩速率小于饱和限度时，桨矩动态呈线性。
变桨执行机构的数学模型可以描述如下：

3 变桨控制仿真
本文研究的重点是风力机在额定风速以上的变桨控制，所以仿真区域选定在风速高于额定值且风速变化较大的阶段，在此阶段，捕获的风能变化量引起的转速变化通过改变发电机转矩来平衡，且由于风轮的大惯性，可以认为风轮和发电机转速保持不变。仿真中用到的风力机组参数有：机组额定输出功率l 500kW，额定风速14m／s，风轮半径35m。图6是对两种控制测量进行仿真得到的仿真波形。
从图6中可以看出，用机组输出功率来控制桨距角可以满足变桨控制的需要。在额定风速以上，通过变桨距控制可以在风速增大时调大桨距角，减小风能利用系数，限制风机对风能的捕获，而在风速减小时通过调小桨距角来增大风能利用系数，使机组的输出功率一直保持在额定值。

4 结束语
从仿真结果中可以看出，两种控制策略都可以满足变桨控制的控制目标，但是带增益调度控制器的控制策略有更好的控制效果。在风速高于额定较多的较大风速阶段，两种控制策略的控制效果相差不大；但在风速更接近额定，所需桨距角较小的阶段，带增益调度的控制策略使桨距角变化更加灵敏，可以输出更大功率，并且输出功率更加平稳。