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新能源风力发电技术与自动化技术研究
Research on New Energy Wind Power Generation Technology and Automation Technology

钮则使机组执行桨叶归位、偏航停止、机组待机、出图等停机操作。通过 python
编程实现了调用并定义以上各个硬件模块的功能函数，接收、发送各传感器的数
据信号，控制驱动舵机的转动以及控制离合、制动器的通断等功能。基于以上基

本功能，并结合风电机组运行模式的基本理论，编写指挥和操纵风电机组模型控
制系统的控制程序源代码和接口指令，通过组织和调度使各部分硬件模块和各控
制系统，实现控制功能。
（二）风轮系统

1. 风轮结构
风轮是风力发电机组的核心结构，风轮由叶片、变桨系统以及轮毂组成。
选择某厂的成型叶片，叶片夹具与轮毂的连接依靠变桨轴实现。轮毂分为轮毂体
和轮毂盖两个部分，设计原则为：应有足够的空间容纳 3 个变桨电机，轮毂壁厚

56mm，一周均匀分布 3 个阶梯孔作为变桨轴承座，所用材料为铝合金。变桨系
统主要由变桨轴、变桨轴承和变桨舵机组成。变桨轴连接变桨舵机的一端开有螺
纹孔，使之与驱动舵机的舵盘通过螺钉连接，穿过轮毂后用锁紧螺母轴向固定。
最外侧的轴承外圈设有轴承端盖。变桨轴承内圈与变桨轴接触，外圈与轮毂体接

触，达到承受径向载荷和轴向载荷的目的。变桨轴另一端设计键与键槽，变桨轴
的伸出段再穿过用于固定叶片的夹具，通过键与键槽和叶片夹具配合，顶端用锁
紧螺母紧固，这样变桨舵机通过变桨轴传递扭矩。变桨电机选用空心杯舵机。采
用独立的驱动电机来驱动 3 个叶片的变桨。

2. 变桨系统控制策略
变桨控制系统通过驱动变桨舵机调节叶片沿变桨轴中心旋转，以减小迎风角，
从而减小风力作用于叶片上的力矩。设计的风电机组模型完全通过变桨系统来调
控发电机的转速和功率，没有设置励磁变换器，即将风轮转速作为依据来对叶片

的桨距角进行调节，风轮转速由转速传感器读取。首先将变桨舵机初始化到停机
状态，即叶片桨距角为 90°，根据风速的状态可制定以下变桨控制策略，并在
控制程序中编程实现。
启动状态。当风速小于切入风速时，叶片的桨距角通过变桨舵机设置为

90°，这时机组为停机状态，不发电，且没有功率与转速信号。
变转速运行状态。当风速处于切入风速和额定风速之间时，控制变桨舵机调
节叶片桨距角（往 0°方向调），此时风力发电机组没有达到额定转速和额定功率，

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