世界各國在改善能源結構、提高能源效率的同時都在大力發(fā)展可再生能源，其中發(fā)展最迅速的就是風力發(fā)電。風力發(fā)電控制系統(tǒng)的基本要求為：保證可靠運行、獲取最大能量、提供良好的電力質量。為了達到這一控制目標，風力發(fā)電系統(tǒng)的控制技術經(jīng)歷了定槳距控制、變槳距控制及變速控制。

隨著風力發(fā)電機單機容量的大型化，變槳距控制風力發(fā)電技術因其高效性和實用性正受到越來越多的重視。變槳距控制是根據(jù)風速的變化來調整葉片的槳距角，從而控制風力發(fā)電機組的輸出功率，以達到風力機在低風速階段盡可能多的吸收風能，以及風力發(fā)電機在高風速階段保持功率平穩(wěn)輸出的目的。

變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)運行控制的總體方案是：風速低于額定風速時，風力機按優(yōu)化槳距角定槳距運行，系統(tǒng)根據(jù)風速的變化控制發(fā)電機轉速，調節(jié)風力機葉尖速比，從而實現(xiàn)最佳功率曲線的追蹤和最大風能的捕獲；當風速超過額定風速時，利用變槳控制系統(tǒng)增大β，降低Cp，控制風輪捕獲功率，保持風力機輸出功率穩(wěn)定在額定功率附近。

目前，國內外風電機組變槳距控制主要有兩種方式，即統(tǒng)一變槳距控制(CPC， Collective Pitch Control)和獨立變槳距控制(IPC，Individual Piteh Control)。前者是指機組的所有槳葉都由一個執(zhí)行機構控制，進行相同的槳距角變化；后者是在前者的基礎上發(fā)展起來的新型變槳距控制理論和方法，獨立變槳距控制是指風機的每個槳葉都由獨立的變槳距執(zhí)行機構控制。不過，他們各自特點非常明顯：前者具有控制簡單，成本相對較低等優(yōu)點，但是一旦變槳執(zhí)行機構出現(xiàn)故障，只能停機維修;后者成本較前者高，且在控制上較復雜，但是可以很好的應付自然界中風力在風輪平面上分布不均的問題，提高風能的利用率，減小槳葉的拍打震動，降低風力對機組的沖擊，同時也可以避免一個執(zhí)行機構出現(xiàn)故障就必須停機的問題。因此，獨立變槳比統(tǒng)一變槳更具有優(yōu)勢。

伺服系統(tǒng)是實現(xiàn)變槳控制的核心成分，目前變槳距的執(zhí)行機構大致分為電液伺服變槳距系統(tǒng)和電氣伺服變槳距系統(tǒng)兩類：

1.      電液伺服變槳距系統(tǒng)

液壓變槳系統(tǒng)根據(jù)給定的槳距角，利用一套曲柄連桿機構同步驅動或者由3個液壓缸分別推動槳葉轉動，調節(jié)槳距角，優(yōu)點是對于大慣性負載具有頻率響應快、扭矩大，實現(xiàn)無級調速，便于集中控制和集成化等優(yōu)點，目前在中國商業(yè)機組中占有重要的地位，國外Vestas、Gamesa和EHN等公司的風機也采用液壓變槳技術。缺點是其傳動結構相對復雜，漏油、卡澀時有發(fā)生，且液壓傳動部件在夏季和冬季的控制精度差別較大。

液壓變槳距系統(tǒng)是一個典型的位置控制系統(tǒng)，即系統(tǒng)通過控制電液比例輸出閥的壓力實現(xiàn)對液壓缸活塞桿位移的控制，所以其控制性能取決于比例閥、液壓缸等元部件的特性及槳距控制器的設計。具體工作時，槳距控制器根據(jù)槳距角給定與實際槳距角的差值計算出電液比例閥的控制電壓(－10~+10 V)，通過電液比例閥控制器轉換成一定范圍的電流信號，該電流信號控制比例閥輸出流量的大小和方向。實際槳距角通過位移傳感器測量液壓缸活塞的位移信號，利用A/D得到。液壓缸按電液比例閥輸出的方向和流量推動變槳機構，調節(jié)槳距角。

2.      電氣伺服變槳距系統(tǒng)

電動變槳距控制系統(tǒng)采用位置環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán)三閉環(huán)控制，其中位置環(huán)用于實現(xiàn)位置的精確控制，速度環(huán)和電流環(huán)分別用于實現(xiàn)快速的跟蹤和動態(tài)響應。具體工作時，電動變槳機構利用伺服電機帶動減速機的輸出軸小齒輪旋轉，而小齒輪與回轉支承的內環(huán)相嚙合，從而帶動回轉支承的內環(huán)與槳葉一起旋轉，調節(jié)槳距角，具有快速性、同步性、準確性等特點。由于結構簡單、緊湊，可充分利用有限空間實現(xiàn)分散布置，同時不存在漏油、卡澀等機械故障，并能實現(xiàn)對槳葉的獨立控制等優(yōu)點。其缺點是電氣布線困難，動態(tài)響應特性較差。另外電機本身如果連續(xù)頻繁地調節(jié)槳葉，將產生過量的熱負荷使電機損壞。

在一臺風機的造價構成中，葉片、齒箱輪、塔架的成本最高，分別占比總構價的23%、15%、15%。

圖表 30：風機各構件成本占比

目前，博世力士樂、施耐德公司的伺服產品在風電行業(yè)里應用較多。

2011年風電行業(yè)伺服系統(tǒng)的市場規(guī)模為3.9億元。