文 献 综 述

近年来风力发电在全球得到了迅速发展，无论在发展规模还是发展水平上，都有了很大的提高。单机容量从几十千瓦至数百千瓦发展到了目前主流的兆瓦级机组，发电机类型从定桨距失速型风力发电机发展到了变桨距变速恒频运行的双馈感应发电机和直驱型风力发电机^[1]。随着风力发电机组单机容量的提高和控制技术的发展，风力发电系统也从原来的户用分布式能源向集中式大规模风电场发展。目前我国已经出现一批大规模的风电场，其中最大的是内蒙古自治区克什克腾旗塞罕坝风电场，装机容量已经达到了120.7MW。随着风力发电系统在整个电力系统中所占比重越来越大以及大规模集中型风电场的出现，风力发电系统与电网的关系也越来越密切^[2]。

目前风能是最具有大规模开发利用前景的可再生能源，风力发电事业正在蓬勃发展。为了获得足够的起动转矩和更高的输出功率，开始重视变桨距风力发电机组的研究^[3] 。变桨距风力发电机比定桨距风力发电机具有更好的风能捕捉特性，现代的大型风力发电机大多采用变桨距。

变桨距风力发电机组的特点有：（1）改善机组的受力，优化功率输出（与发电机转差率调节配合）。（2）比定桨距风力机额定风速低、效率高；且不存在高于额定风速的功率下降问题。（3）功率反馈控制使额定功率不受海拔、湿度、温度等空气密度变化影响。（4）启动时控制气动转矩易于并网；停机气动转矩回零避免突甩负荷。

变桨距是指安装在轮毂上的叶片可以借助控制技术改变其桨距角的大小，从而改变叶片气动特性，使桨叶和整机的受力状况大为改善，并且可以提高风力机在高风速时的输出功率^[4]。 相对于定桨距失速控制的风力发电机组，变桨距风力发电机启动与制动性能好，具有较高的风能利用率，并且在额定功率以上变桨距可以调节桨距角的大小从而改变叶片气动特性，提高风力机在高风速时的输出功率。

变桨距调节方法可以分为三个阶段 ：（1）开机阶段：当风电机达到运行条件时，计算机命令调节节距角。第一步将节距角调到45#176;，当转速达到一定时，再调节到0#176;，直到风电机达到额定转速并网发电 。（2）保持阶段：当输出功率小于额定功率时，节距角保持在0#176;位置不变 。（3）调节阶段：当发电机输出功率达到额定后，调节系统即投入运行，当输出功率变化时，及时调节距角的大小，在风速高于额定风速时，使发电机的输出功率基本保持不变^[5] 。

变桨距调速是现代风力发电机主要的调速方式之一，如图1（见附件图1）所示为变桨距风力发电机的简图。调速装置通过增大桨距角的方式减小由于风速增大使叶轮转速加快的趋势。当风速增大时，变桨距液压缸动作，推动叶片向桨距角增大的方向转动使叶片吸收的风能减少，维持风轮运转在额定转速范围内。当风速减小时，实行相反操作，实现风轮吸收的功率能基本保持恒定。液压控制系统具有传动力矩大、重量轻、刚度大、定位精确、液压执行机构动态响应速度快等优点，能够保证更加快速、准确地把叶片调节至预定节距^[6,7]。

目前国内生产和运行的大型风力发电机的变距装置大多采用液压系统作为动力系统。在变桨距控制系统中，高风速段的变桨距调节功率是非常重要的部分，若退桨速度过慢则会出现过功率或过电流现象，甚至会烧毁发电机；若桨距调节速度过快，不但会出现过调节现象，使输出功率波动变大，而且会缩短变桨缸和变桨轴承的使用寿命，影响发电机的输出功率，使发电量降低。因此，过功率退桨和欠功率进桨时采用不同的变桨速度。退桨速度较进桨速度大，这样可以防止在大的阵风时出现发电机功率过高现象^[8]。

在这项研究中，发电机的转速控制存在很多的不确定性，因此提出了使用结合模糊推理机制和自适应算法的滑模控制器来控制同步发电机转速。在滑模控制器中，设计了一个采用积分运算的切换面。当滑动模式发生时，系统的动态就表现为鲁棒状态反馈控制系统。在一般滑模控制中，必须知道其不确定性上界，包括参数变化和外部机械干扰。然而，在实际应用中，很难提前获得不确定性的界限。模糊滑模位置控制器的研究就是为了解决上述困难，其中使用一个简单的模糊推理机制来估计的不确定性的上界。此外，为了降低滑模控制器的控制难度，我们通过改变隶属函数的中心来估计不确定性的最优界限，从而改进模糊推理机制^[9]。

随着风力发电机组单机容量的不断增大，其核心部件#8212;#8212;变流器的功率等级也相应不断增大。风力发电中的电力电子变流技术逐步成为国内外学者关注的热点，一些常规的电力电子变流技术需要进行系列改良才能更好地适应于风力发电系统^[10]。