闭环节距控制方法探究

风力机叶片节距调节是通过闭环控制实现的，其输出被反馈用以改变叶片驱动设备的液压油压力大小及流向。图4-2所示为一个闭环控制回路，设定值是风力机最大旋转速度，反馈传感器测叶片和转子的速度。设定值和反馈信号在加法器中进行比较，误差被送到可编程序控制器（PLC），PLC发出信号到液压放大器，改变控制节距角的液压油压力和流量。放大器将弱电信号变为可以驱动液压阀的强电信号。PLC通过快速的PID算法改变输出信号，PID控制可以快到每秒钟内实现多次运算，也可以慢到在风轮每一转中只实现一或两次运算。PID参数调整需要根据风力机类型及特定应用而定。

图4-2 叶片节距角闭环控制系统(www.xing528.com)

反馈传感器检测风力机转速，如果转子速度超过设定值，误差变负。PLC控制器输出信号至液压放大器改变节距角，使得叶片减速，转子速度会降到安全运行范围。如果风速降低，风力机转速会变得很慢，反馈信号会指示速度减慢并通过加法器产生一个正误差信号，PLC调整液压放大器对节距角做出反向调整，使风力机加速并获取最大的风能。节距角的这种变动趋势持续到风速再一次使转子和叶片过速。这种闭环控制使得叶片节距角得到实时调整来获取最大的风能，直到转子的旋转速度超过安全速度。这种控制每一次可将节距角改变0.5°～1°，也可以增大节距角调整步长，如一次改变2°～3°。当误差改变时，PID控制能计算出控制结果并相应地调整液压放大器。

闭环控制也可以用其他类型传感器检测叶片或塔架上最大转矩的变化情况，并通过调整节距角减小叶片或塔架应力。对一些大型风力机，节距控制可与偏航控制结合起来调整叶片和塔架所承受的压力，或者保护传动链和发电机不受损坏，确保风力机运行安全。风力机偏航是指机舱及风轮相对于风向的方位，偏航控制能根据情况改变风力机机舱和风轮的迎向角度：当风速中等或偏低时使风力机叶片对风，在风速太大的情况下移动机舱位置使叶片偏离风向。