变桨距变速恒频风力发电机组的控制系统
1.机组的特点
变桨距风力发电机组与定桨距风力发电机组相比，在相同的额定功率点，变桨距风力发电机组的额定风速比定桨距风力发电机组的要低。对于定桨距风力发电机组，一般在低风速段的风能利用系数较高。当风速接近额定点时，风能利用系数开始大幅下降。因为这时随着风速的升高，功率上升已趋缓，而过了额定点后，叶尖已开始失速，风速升高，功率反而有所下降。对于变桨距风力发电机组，由于叶片桨距可以控制，因此无须担心风速超过额定点后的功率控制问题，可以使额定功率点仍然具有较高的风能利用系数。
由于变桨距风力发电机组的桨距角是根据发电机输出功率的反馈信号来控制的，它不受气流密度变化的影响，因此，无论是由于温度变化还是海拔引起空气密度变化，变桨距系统都能通过调整叶片角度，使之获得额定功率输出，这对于功率输出完全依靠叶片气动性能的定桨距风力发电机组来说具有明显的优越性。
变桨距风力发电机组在低风速时，桨距可以转动到合适的角度，使风轮具有最大的启动力矩，从而使变桨距风力发电机组比定桨距风力发电机组更容易启动。一般在变桨距风力发电机组中，不再设计电动机启动的程序。当风力发电机组需要脱离电网时，变桨距系统可以先通过调整桨距来使功率减小，在发电机与电网断开之前，功率减小至零。这意味着当发电机与电网脱开时，没有转矩作用于风力发电机组上，避免了定桨距风力发电机组在每次脱网时所要经历的突甩负载的过程。
2.控制要求
变速恒频风力发电机组不是根据风速信号来控制功率和转速的，而是根据转速信号进行控制，因为风速信号扰动大，而转速信号比较平稳和准确。变速恒频风力发电机组的运行控制过程分为三个阶段，这三个阶段的控制要求分别为：
（1）低风速阶段输出功率小于额定功率，按输出功率最大化要求进行变速控制。
（2）中风速阶段为过渡阶段，发电机转速已达到额定值，而功率尚未达到额定值。桨距角控制投入工作，风速增加时，控制器限制转速上升，而功率则随着风速的增加而增大，直到达到额定功率。
（3）高风速阶段风速增加时，转速靠桨距角控制，功率靠变频器控制。(https://www.daowen.com)
3.运行状态
变桨距风轮的叶片静止时，桨距角为90°，如图7-11所示，这时气流对叶片不产生转矩，整个叶片实际上是一块阻尼板。当风速达到启动风速时，叶片向0°方向转动，直到气流对叶片产生一定的攻角，风轮开始启动。风轮从启动到额定转速，其叶片的桨距角随转速的增大而连续变化。根据给定的速度参考值调整桨距角，进行所谓的速度控制。通过控制叶片的桨距角在一定范围（0°～90°）内变化，起到调节输出功率的作用，避免定桨距风力发电机组在确定桨距角后有可能出现夏季发电低而冬季又超发的问题。在低风速阶段，功率得到优化，能更好地将风能转化为电能。当转速达到额定转速后，发电机并入电网，这时发电机的转速受到电网频率的牵制，变化不大，主要取决于发电机的转差，发电机的转速控制实际上已转换为功率控制。为了优化功率曲线，在进行功率控制的同时，通过转子电流控制器对电机转差进行调整，从而调整风轮转速。当风速较低时，发电机的转差调整到很小（1％），转速在同步转速附近；当风速高于额定风速时，发电机的转差调整到很大（10％），使叶尖速比得到优化，功率曲线达到理想的状态。
图7-11 变桨距风力发电机组的桨距角示意图
4.变桨距控制过程
为了使风力发电机组能够产生更多的能量，在额定风速以下的低风速状况下，要实现的主要目标就是让叶轮尽可能多地捕获风能。在一定的叶轮面积下，Cp值越大，捕获的风能越多。由于额定风速以下的风速较小，因此没有必要变桨，此时只需要将叶片角度设置为规定的最小桨距角即可。风速在额定风速以上的阶段为变速控制器（扭矩控制器）和变桨控制器同时发挥作用。通过变速控制器即控制发电机的扭矩使其恒定，从而使功率恒定。通过变桨调整发电机的转速，使其始终跟踪转速设置点，并减小叶轮受到的载荷。
变桨距控制过程如图7-12所示。变桨距控制系统实际上是一个随动系统。桨距控制器是一个非线性比例控制器，它可以补偿比例阀的死带和极限。变桨距控制系统的执行机构是液压系统，桨距控制器的输出信号经D/A转换器转换后，变成电压信号，控制比例阀（或电液伺服阀），驱动油缸活塞，推动桨叶变距机构，使叶片节距角变化。活塞的位移反馈信号由位移传感器测量，经A/D转换器转换后输入比较器。
图7-12 变桨距控制过程
新设计的机组大多采用变桨电机来驱动变桨机构，采用由接近开关及限位开关等组成的检测系统来检测桨距变化。