独立变桨控制及其对风电机组设计、性能与运行的影响

　　随着风能在发电领域的重要性不断增加，对供电可靠性和可预测性的要求更加严格。对于风电场运营商而言，满足电网规范在频率和电压方面的要求也变得日益重要。致力于风电业务的大型能源企业很有可能把满足这些要求作为发展重点。[2]
　　为了降低风电机组的总体发电成本（单位兆瓦成本），风电机组的尺寸在不断增加。尤其是对于海上风力发电，基础成本在整体投资成本中占很大比重。事实证明，少量大型风电机组比大量小型风电机组更具成本效益。[3]
　　但是，更大的风电机组叶片更长、塔架更高，这为风电机组设计商带来了技术挑战。叶片越长，不均匀风场的影响越大。例如，贴近地表的风速低，远离地表的风速高，这就形成了不均匀风场。这种风速的渐变会对叶片产生不对称负荷。
　　大型风电机组的可行性和技术挑战近来已成为很多研究和论文的主题，尤其是欧洲委员会发起的UpWind 项目。商用风电机组的输出功率通常在1 ～ 7MW 之间，而UpWind 项目对20MW 风电机组的可行性进行了评估。[4] [5]
　　二、独立变桨控制
　　设计商如何设计寿命更长的风电机组？随着经济和技术的发展，降低风电机组总体发电成本的压力、降低运行维护成本的需要、对电力生产的可靠性和可预测性的重视，使得形成一项技术解决方案成为当务之急。
　　降低负荷是这项解决方案的关键因素。此外，风电机组大型化发展的趋势也凸显了降低负荷的重要性。
　　独立变桨控制（IPC）在负荷平衡方面发挥着重要作用。那么IPC 是什么? IPC 是指能够调节风电机组速度从而控制输出功率的变桨控制系统。IPC 也能够作为刹车使用，通过转动叶片来使桨叶停止运作。此外， 变桨控制， 特别是IPC 系统，还能够降低风电机组构件上的疲劳负荷。
　　最近开发的变速风电机组能够适应不同的风力条件。而新的发电机概念和变桨控制系统则是实现这一目标的基础。
　　变桨控制意味着叶片可以在0°到90°之间转动。在风速低于额定速度（通常为12m/s）时，风轮叶片会转动到完全朝向风向，即桨距为0°。当风速增大时，可以控制叶片桨距，将风电机组的输出功率调整到其额定值。当风速达到预定极限时（通常为28m/s），风电机组将叶片转动到90°，停止发电。
　　统一变桨控制会将所有叶片的桨距同时调整到相同角度。相反，IPC 可以动态而独立地调整每个叶片的桨距。这种桨距调整可以根据不同叶片的负荷实时进行。
　　IPC 模式的主要优势是能够降低叶片、轮毂、主体框架和塔架的疲劳负荷。为了平衡这些负荷，尤其是不均匀风场引起的不对称负荷，必须独立调整每个叶片的桨距。
　　降低疲劳负荷有两项重要优势：实现更轻量化的设计并延长风电机组使用寿命。