1. 研究目的与意义
随着全球能源危机和环境污染的加剧，风能、光伏发电等可再生清洁能源己经日益引起人们的广泛关注。风能是一种具有随机性、爆发性、能量密度低、不稳定性特征的能源。当风速增加使得风力发电机的输出功率也随之增加到额定功率附近时，由于风力发电机的机械和电气极限要求，风轮转速和风力发电机的输出功率要维持在额定值左右。因此，在高风速时，风力发电机一般都采用变桨距控制技术。
采用变桨距控制的优点是，具有较高的风能利用系数，即具有风能利用率高的特点，依据风速的变化调节转子转速来获取最大风能；能够确保高风速段的额定功率，即高于额定风速时通过改变桨距角大小，将转速维持在额定转速附近；提高风力机组起动性能与制动性能，即风速低于风力机的额定运行风速时，通过改变桨距角，使迎风面增大来获取启动力矩；提高了风力机的整体柔性度，也减小整机和桨叶的受力状况等。因此，研究风力发电机组变桨距控制系统具有很重要的意义。
2. 课题关键问题和重难点
由于风能的能量密度低、随机性和不稳定性等特点，给大型风力发电机组的控制技术问题带来困难。需要分析变桨距控制的基本规律，建立统一变桨和独立变桨距的设计方案和控制方法。风电机组变桨距系统的执行机构主要有液压和电动2种。液压变桨机构比较复杂，存在非线性、漏油及卡塞等现象，电动变桨距系统可以克服这些缺点，桨距角的变化通过对伺服电机的控制来实现，但是桨距角的变化对于随机变化的风速而言是非线性的。降低非线性的空气动力学特性对输出功率的影响，使系统的稳定性受参数变化的影响较小，控制性能得到提高。
难点：（1）根据不同的风况实施不同的控制策略，高效利用风能和输出电能的稳定。（2）在风速变化时，对输出有功、无功功率及电能频率动态响应快速准确稳定。
3. 国内外研究现状（文献综述）
变桨距系统作为大型风电机组控制系统的核心部分之一，对机组安全、稳定、高效的运行具有十分重要的作用。稳定的变桨距控制已成为当前大型风力发电机组控制技术研究的热点和难点之一。国外研制的大容量风电机组，已将模糊控制、专家系统和神经网络等智能控制技术应用于变桨距控制领域，其技术日趋成熟。国内在变桨距技术方面相对起步较晚，一些研究将模糊控制和神经网络等技术应用于变桨距控制方法，并取得了一些成果[1]。
PID控制器是以其算法简单、鲁棒性好和可靠性高等优点，广泛应用于工业自动控制领域，但传统的PID算法难以胜任高性能的大型风力发电机组的变桨距控制。研究表明，基于模糊逻辑的参数自整定PID控制器不但可以解决线性控制问题，也能很好地适应非线性系统。在功率控制过程中，要求模糊控制器根据功率偏差信号e及其变化率e调节比例系数KP、积分系数KI和微分系数KD的数值。根据的PID算法中各环节作用和实际控制经验，可总结出参数整定规则，这些规则是制定模糊控制规则的依据和基础[1][2]。
电动变桨距系统3个桨叶分别带有独立的电动变桨距，包括回转支承、减速装置、伺服电动机及驱动器等。减速装置固定在轮毂内，回转支承的内环安装在叶片上，叶片轴承的外环则固定在轮毂上。当电驱动变桨距系统上电后，伺服电动机带动减速装置的输出轴小齿轮旋转，而小齿轮又与回转支承的内环相啮合，从而带动回转支承的内环与叶片一起旋转，实现了改变桨距角的目的，从而完成了完整的定位和同步控制。每个桨叶采用一个带位置反馈的伺服电动机进行单独调节。绝对编码器采用光电编码器，安装在伺服电动机输出轴上，采集电动机的转动角度。在轮毂内齿圈的边上又安了一个非接触式位移传感器，直接检测内齿圈转动的角度，即桨叶节距角变化，当内齿圈转过一个角度时，非接触式位移传感器输出脉冲信号[3]。
4. 研究方案
依据风力机桨叶空气动力学分析，从理论上推出变速变桨距控制规律：在风速低于额定风速时，利用变速恒频技术对发电机转子转速进行控制，使桨叶保持最优捕风位置，最大限度地捕获风能；当风速高于额定风速时，增大桨叶节距角，使发电机输出功率降低，当输出功率低于额定功率时，减小桨叶节距角，使输出功率增大，最终维持功率在额定功率左右。
5. 工作计划
第1周：查阅和研读大量中英文资料，英文资料的翻译；
第2周：开题报告；
第3周：开题报告；
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