Matlab风力发电变桨距控制系统研究(3)

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2 变桨距风力发电机组的结构与工作原理

2.1 风力发电机组的基本结构形式与分类

从能量转换的角度看，风力发电系统由两大部分组成。其一是风力机，将风能转化为机械能；其二是异步发电机，将机械能转化为电能。为了提高风能转化为频率、电压恒定的交流电能的效率，本文在前人研究的基础上，进一步深入分析和研究风力机的空气动力学特性和变速恒频控制技术，从而得到风力发电系统能量转换的关系，为风力发电机组的仿真模型和控制策略研究奠定理论基础。

风力发电机组的类型主要从两个方面来分，一方面是按功率大小来分，另一方面是按结构形式来分[2]。论文网

（1）按照风轮旋转轴在空间的方向：可分为水平轴风力机和垂直轴风力机两大类。水平轴风力机的风轮叶片可以制成固定桨距的，也可以制成可调桨距的，后者可以通过调节叶片桨距来控制从流动的空气中吸收的能量。垂直轴风力机除风轮叶片为直叶片外，风轮叶片是不可调的。为了从风中获取能最，水平轴风力机具有调向机构；垂直轴风力机则不需要调向机构。大多数情况下，水平轴风力机与变速器(升速齿轮)及发电机一起放置于塔架的顶端；而垂直轴风力机的风轮则可与变速器及发电机一起放置在靠近地面处。

（2）按装机容量大小分：国际上通常将风力机按其输出功率大小分为小型、中型及大型三类，即小型：100千瓦以下；中型：l00-1000千瓦；大型：1000千瓦以上。我国的划分方法与国外基本相同，但在小型以下增加了微小型，其功率范围在1千瓦以下。

（3）按桨距角的变化分：可分为定桨距机组、变桨距（正变距）机组、主动失速型（负变距）机组。定桨距机组叶片固定安装在轮毂上，角度不能改变，风力机的功率调节完全依靠叶片的气动特性。当风速超过额定风速时，利用叶片本身的空气动力特性，减小旋转力矩（失速），维持输出功率相对稳定；变桨距机组在风速过高时，通过改变桨距角，使功率输出保持稳定。同时，机组在起动过程也需要通过变距来获得足够的起动转矩。采用变桨距技术的风力发电机组还可以使叶片和整机的受力状况大为改善，这对大型风力发电机组十分有利；主动失速型机组是定桨距和变桨距两种形式的组合，当风力机达到额定功率后，相应地增加攻角，使叶片的失速效应加深，从而限制风能的捕获，因此称为负变桨距型机组。来~自^751论+文.网www.751com.cn/

（4）按发电机转速高低分：可分为高转速发电机型、直接驱动型、中转速发电机型高转速发电机型在风轮转速较低，达不到发电机发电要求时，通过齿轮箱的增速作用来实现；直接驱动型可以是机组在低风速下运行，去掉风力发电系统至常见的齿轮箱，让风力机直接拖动发电机转子运转在低速状态；中转速发电机型则是以上两种形式的结合。