2024年10月3日发(作者：能恺)
G52/G58控制系统
编号：FT000360-IT 版本：01 编写：
文档VWS 日期： 核对：
G52/G58控制系统
编号：FT000360-IT R01
批准：
第 页/共 页
1． 概述
管理机械安全模式的工作策略在下面的章节中描述。这一章节解释控制系统，它将负责
维护风力发电机的主要变量, 并根据现有风力条件使其稳定和最大化的产出。在正常运行模
式（ON），转子转动并产生能量。
在“ON”模式，受控的三个主要变量如下：倾斜，旋转速度和功率。受控的这三个主
要变量描述三个主要控制模块，它们同时运行。发电机速度在不同控制下是可变的。
图中：Generator speed：发电机速度 SPEED REGULATION：速度控制 Pitch Ref.：参考
倾斜角 Pitch：倾斜 PITCH REG.：倾斜记录 PITCH SYS.：倾斜系统 WIND：风
ROTOR：转子 POWER TRAIN：电源电缆 Power to grid：到电网的功率 PN LAW：PN
原理 Demanded Power：需要的功率 CONTROL SYSTEM：控制系统 WIND TURBINE：
风力发电机
2． 倾斜控制
G52/G58风力发电机有可变倾斜角叶片，叶片受通用液压缸控制。控制器根据额定功率、
欠功率或者发电机断开连接给出正确运行所需要的倾斜。倾斜控制模块的作用是调整叶片到
需要的倾斜角。控制环节包括比例控制。
G52/G58倾斜控制系统模块图
图中：CONTROLLER PITCH MECHANISIM AND SENSOR
Pitchref(deg)：参考倾斜角（度） Pitchref(V)：参考倾斜角（V） Pitch(V)：倾斜（V） Vctrl：
电压控制 PROP VALV CYLINDER：比例阀油缸 Pitch(mm)：倾斜（mm） Pitch(deg)：
倾斜（度）
比例控制补偿比例阀的非线性效果
（流量低时的死区和流量高时的饱
和区）
控制实现了在叶片旋转角度、油缸
的线性位置以及位置传感器的电
压之间的转换。
Pitchref (V) = itchref(mm) * (9.858
-0.039 ) / 554+0.039;
Pitchref1 (mm)= (Pitchref(deg) +
4.5283)/0.155 line1, pitch bassi
Pitchref2 (mm)= (Pitchref(deg) +
11.431)/0.1779 high pitch alti
3． 速度控制
3．1 额定功率控制
在同步程序中执行速度控制以控制连接和产生额定的功率。倾斜控制环节包括在这一环
节内，这方面有更为深入的说明。这一环节的目的是计算合适的参考倾斜角以使发电机的速
度与同步或者运行于额定功率时所需要的速度值相同。
图中：GENSPEED_REF：发电机参考速度 RAMP：斜率 low-limit：下限 Pitch：倾
斜 Pitchref(deg)：参考倾斜角 FILTER：滤波器 GENSPEED：发电机速度
3．2 欠功率生产 OPTITIP
在欠功率生产中，风速不足以使得风力发电机生产额定的功率。在这种情况，倾斜遵守
基于叶片的空气动力学优化原理（称为Optitip）。为了遵守这一优化原理，参数的计算是必
需的，计算的是叶片顶端的速度与风速之间的关系。
3．2．1 参考风速
期望的参考风速由下列参数给出，它们的初始值分别为：
星形直接同步
三角形直接同步
星形到三角形的同步改变
三角形到星形的同步改变
额定功率生产
900rpm
1400rpm
1620rpm
1200rpm
1620rpm
在从一种状态转换到另一状态时，参考值改变，但为了避免突然跳变，用+28rpm/s的加
速和-15rpm/s的减速进行了平滑。
3．2．2 速度误差
初始速度误差通过将参考速度（以斜率）和实际滤波后的速度进行相差运算得到。对速
度进行滤波避免轴的振动频率被引入速度控制器从而引入倾斜环节。
SNL（速度非线性）模块修改的初始速度误差。这一模块在速度误差太大时增加控制器
增益。以额定功率生产时，在风速下降的情况下，该模块用于迅速减小倾斜角到Optitip。
这样，在平均风速高于额定值时功率不会损失。
3．2．3 比例积分控制器
这是一种标准的带对积分有限制的比例积分控制器，在改变到欠功率生产时，以防达到
由OPtitip设定的下限值。
3．2．4 非线性倾斜增益
在风速非常高（接近25m/s）时的倾斜角变化所获得空气动力功率的变化方面比风速接
近额定值（16m/s）时的相应变化大的多。要补偿非线性影响，当运行于高风速时，必须使
用一个强度比率。因为额定功率时的平均倾斜角与风速有密切的关系，倾斜角比风速更精确
更确定，所以根据平均倾斜角使用强度比率。
得到λ比率：叶片顶端的速度/风速
λ：叶片顶端的速度增加/风速
ωhss,filt：滤波后的发电机速度
R：转子半径
G：放大比率
Vfilt：滤波后的风速
图表中： lambda：λ
3．3 低风速时的起动
在起动机器时，对低的旋转速度，根据速度使用了参考倾斜的线性斜率。速度为零时，
倾斜固定在39.2°，速度为500rpm时，倾斜达到由Optitip设定的最小值，参考倾斜角为0°。
在起动时刻和风速非常低时用到了这一特性，以作为得到优于Optitip的策略。
4． 功率控制
通过转换器-发电机组合，由于转子电流的内部控制，有可能控制由发电系统生产的瞬时
功率，包括有功功率和无功功率。
需要的有功功率与转子转速成立方的关系，这就允许最佳空气动力学调节尺寸λ值达到
其最佳点。通过风速变化范围内电气系统的限制和机械响应对这一立方关系设置了下限和上
限，否则立方关系可能超出正常运行的范围。扭矩-速度图如下。
达到星形连接的速度时，机器断开连接，扭矩和功率都是0。
零功率和立方功率之间的转换是一斜直线。主要速度变化的范围、需要的扭矩正比于速
度平方，因此，功率是立方的。
同样，上限有一高达额定扭矩-额定功率的上升斜率。在这一点，机器处于额定风速时的
速度调节状态。阵风使转子的旋转速度产生变化，但是需要850KW的恒定速度。因此，随
着速度的增加机械扭矩下降，而随着速度的下降扭矩稍微增加（达到极限值）。
在额定功率的情况下，如果发电机的速度下降到低于特定值，被认为没有足够的空气动
力功率而返回到立方原理。这避免了由于阵风的暂时功率下降。
4．1 无功功率值
定子需要的无功功率根据需要的有功功率和功率因数参数计算得到。通常，功率因数是
1，这意味着提供的无功功率是0。
2024年10月3日发(作者：能恺)
G52/G58控制系统
编号：FT000360-IT 版本：01 编写：
文档VWS 日期： 核对：
G52/G58控制系统
编号：FT000360-IT R01
批准：
第 页/共 页
1． 概述
管理机械安全模式的工作策略在下面的章节中描述。这一章节解释控制系统，它将负责
维护风力发电机的主要变量, 并根据现有风力条件使其稳定和最大化的产出。在正常运行模
式（ON），转子转动并产生能量。
在“ON”模式，受控的三个主要变量如下：倾斜，旋转速度和功率。受控的这三个主
要变量描述三个主要控制模块，它们同时运行。发电机速度在不同控制下是可变的。
图中：Generator speed：发电机速度 SPEED REGULATION：速度控制 Pitch Ref.：参考
倾斜角 Pitch：倾斜 PITCH REG.：倾斜记录 PITCH SYS.：倾斜系统 WIND：风
ROTOR：转子 POWER TRAIN：电源电缆 Power to grid：到电网的功率 PN LAW：PN
原理 Demanded Power：需要的功率 CONTROL SYSTEM：控制系统 WIND TURBINE：
风力发电机
2． 倾斜控制
G52/G58风力发电机有可变倾斜角叶片，叶片受通用液压缸控制。控制器根据额定功率、
欠功率或者发电机断开连接给出正确运行所需要的倾斜。倾斜控制模块的作用是调整叶片到
需要的倾斜角。控制环节包括比例控制。
G52/G58倾斜控制系统模块图
图中：CONTROLLER PITCH MECHANISIM AND SENSOR
Pitchref(deg)：参考倾斜角（度） Pitchref(V)：参考倾斜角（V） Pitch(V)：倾斜（V） Vctrl：
电压控制 PROP VALV CYLINDER：比例阀油缸 Pitch(mm)：倾斜（mm） Pitch(deg)：
倾斜（度）
比例控制补偿比例阀的非线性效果
（流量低时的死区和流量高时的饱
和区）
控制实现了在叶片旋转角度、油缸
的线性位置以及位置传感器的电
压之间的转换。
Pitchref (V) = itchref(mm) * (9.858
-0.039 ) / 554+0.039;
Pitchref1 (mm)= (Pitchref(deg) +
4.5283)/0.155 line1, pitch bassi
Pitchref2 (mm)= (Pitchref(deg) +
11.431)/0.1779 high pitch alti
3． 速度控制
3．1 额定功率控制
在同步程序中执行速度控制以控制连接和产生额定的功率。倾斜控制环节包括在这一环
节内，这方面有更为深入的说明。这一环节的目的是计算合适的参考倾斜角以使发电机的速
度与同步或者运行于额定功率时所需要的速度值相同。
图中：GENSPEED_REF：发电机参考速度 RAMP：斜率 low-limit：下限 Pitch：倾
斜 Pitchref(deg)：参考倾斜角 FILTER：滤波器 GENSPEED：发电机速度
3．2 欠功率生产 OPTITIP
在欠功率生产中，风速不足以使得风力发电机生产额定的功率。在这种情况，倾斜遵守
基于叶片的空气动力学优化原理（称为Optitip）。为了遵守这一优化原理，参数的计算是必
需的，计算的是叶片顶端的速度与风速之间的关系。
3．2．1 参考风速
期望的参考风速由下列参数给出，它们的初始值分别为：
星形直接同步
三角形直接同步
星形到三角形的同步改变
三角形到星形的同步改变
额定功率生产
900rpm
1400rpm
1620rpm
1200rpm
1620rpm
在从一种状态转换到另一状态时，参考值改变，但为了避免突然跳变，用+28rpm/s的加
速和-15rpm/s的减速进行了平滑。
3．2．2 速度误差
初始速度误差通过将参考速度（以斜率）和实际滤波后的速度进行相差运算得到。对速
度进行滤波避免轴的振动频率被引入速度控制器从而引入倾斜环节。
SNL（速度非线性）模块修改的初始速度误差。这一模块在速度误差太大时增加控制器
增益。以额定功率生产时，在风速下降的情况下，该模块用于迅速减小倾斜角到Optitip。
这样，在平均风速高于额定值时功率不会损失。
3．2．3 比例积分控制器
这是一种标准的带对积分有限制的比例积分控制器，在改变到欠功率生产时，以防达到
由OPtitip设定的下限值。
3．2．4 非线性倾斜增益
在风速非常高（接近25m/s）时的倾斜角变化所获得空气动力功率的变化方面比风速接
近额定值（16m/s）时的相应变化大的多。要补偿非线性影响，当运行于高风速时，必须使
用一个强度比率。因为额定功率时的平均倾斜角与风速有密切的关系，倾斜角比风速更精确
更确定，所以根据平均倾斜角使用强度比率。
得到λ比率：叶片顶端的速度/风速
λ：叶片顶端的速度增加/风速
ωhss,filt：滤波后的发电机速度
R：转子半径
G：放大比率
Vfilt：滤波后的风速
图表中： lambda：λ
3．3 低风速时的起动
在起动机器时，对低的旋转速度，根据速度使用了参考倾斜的线性斜率。速度为零时，
倾斜固定在39.2°，速度为500rpm时，倾斜达到由Optitip设定的最小值，参考倾斜角为0°。
在起动时刻和风速非常低时用到了这一特性，以作为得到优于Optitip的策略。
4． 功率控制
通过转换器-发电机组合，由于转子电流的内部控制，有可能控制由发电系统生产的瞬时
功率，包括有功功率和无功功率。
需要的有功功率与转子转速成立方的关系，这就允许最佳空气动力学调节尺寸λ值达到
其最佳点。通过风速变化范围内电气系统的限制和机械响应对这一立方关系设置了下限和上
限，否则立方关系可能超出正常运行的范围。扭矩-速度图如下。
达到星形连接的速度时，机器断开连接，扭矩和功率都是0。
零功率和立方功率之间的转换是一斜直线。主要速度变化的范围、需要的扭矩正比于速
度平方，因此，功率是立方的。
同样，上限有一高达额定扭矩-额定功率的上升斜率。在这一点，机器处于额定风速时的
速度调节状态。阵风使转子的旋转速度产生变化，但是需要850KW的恒定速度。因此，随
着速度的增加机械扭矩下降，而随着速度的下降扭矩稍微增加（达到极限值）。
在额定功率的情况下，如果发电机的速度下降到低于特定值，被认为没有足够的空气动
力功率而返回到立方原理。这避免了由于阵风的暂时功率下降。
4．1 无功功率值
定子需要的无功功率根据需要的有功功率和功率因数参数计算得到。通常，功率因数是
1，这意味着提供的无功功率是0。