风力发电早期都以定桨距为主,随着风力发电技术的应用推广,定桨距风机的缺点不断显现,促使变桨距发电成为风力发电的控制核心。如今定桨距风机已逐渐被变桨距所替代,变桨距的原理就是通过风速来调节变桨距系统中的节距角,使其随着风速的改变而改变,然后通过改变风速对桨叶攻角的改变,从而控制风轮捕获的气动转矩和气动功率。变桨距控制具有:控制风轮叶片根部承受动载荷、静载荷较小、额定点以后的输出功率平滑、额定点之前的输出功率比较饱满、刹车结构简单等优点。对于风力发电技术的研究,获取精确的数学模型是首要任务。风力机系统动态模型则表现得尤为重要,是实现风机控制模型的重要环节,通过控制模型的设计和分析,有助于风机稳定可靠的运行,从而被投入到实际生产和运营中去。论文通过Matlab对所建立的模型和控制系统进行仿真,对变桨距风力发电的关键技术进行研究。论文建立了无控制器的风电系统模型。根据风力发电的特性、风能利用系数大小和风速的大小决定风力机捕获风能的大小,当风电机组工作在低风速时,力求捕获最大的风能;当风电机组工作在高风速时,追求输出额定功率搭建数学模型进行开环仿真,通过仿真得出当风速高于额定值时,风电系统在没有控制器的情况下,风力机的输出无法稳定在额定值附近,因此必须设计相应的恒功率控制器。在此基础上,论文建立了变桨距风力机模型。采用了一阶泰勒级数对模型进行线性化,以实现简化,这对不影响系统仿真的情况下,是有利的。这种风机模型只在风力机各个工作状态的平衡点附近成立,即在线性化所选取的平衡位置才是最佳位置,也就是说节距角为3°,这种情况下,风速为额定值。针对由于自然界中风的不稳定性导致风力发电系统的非线性,论文在所建立的数学模型基础上,研究了分数阶PID控制算法。当风速处于高风速时段的时候,利用风力发电机输出功率的不断变化来控制桨距角的不断改变,通过桨距角的不断变化来控制发电系统,从而使发电系统更加稳定。将分数阶PID应用在变桨距控制系统中,提高了控制器的控制精度,稳定了输出功率,能较好的实现发电机组对功率控制的要求。论文通过Matlab对所建立的模型和控制系统进行仿真,对变桨距风力发电的关键技术进行研究。仿真验证了理论分析的正确性,和控制策略的可行性。