风力机转速控制方法

《风力机转速控制方法》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、风力机转速选择方法摘要：对风力机几种转速选择方法进行介绍。关键词：失速调节、桨距调节、变速。1、失速调节失速调节的风力机通常几乎在恒定的速度下运行，因此叶片攻角随风速的增加而增加，随着局部攻角的增加，叶片失速，引起升力系数减少和阻力系数增加，最终导致切向载荷降低。功率的减少取决于桨距角、叶片的扭转角以及弦长分布和叶片上所使用的翼型。如果现场测试表明功率的大小不能得到充分的限制，则需要卸下叶片，改变固定的桨距角设置。在失速调节的风力机中，通常采用异步发电机，其转速几乎不变且由发电机的扭矩特性确定，即输入发电机的轴扭矩是该轴转速n的函数。根据扭矩特性可知，异

2、步发电机既可以作为电动机运行，也可以作为发电机运行。电动机运行模式可以用来启动风力机。当发电机在发电的情况下，选择其符号为正值。发电机的转速将位于和之间，而扭矩等于风轮叶片在发电机轴上产生的扭矩。没有轴扭矩时异步发电机的转速为：此处是电网频率，p是发电机的极对数。对4极发电机而言，是1500r/min，而对6极发电机而言，是1000r/min。由于发电机的转速要高于风轮的转速，因此在发电机和风轮之间需要配置增速齿轮箱。风轮的转速ω与发电机的转速n之间的关系式，可以用齿轮箱的增速比r表示为ω=n/r。实际转速n和之间的相对差，称为滑差率SL=(n-)/,对

3、通常的失速调节的风力机而言，滑差率之值大约为1%~3%。这意味着，风轮的转速几乎是不变化的，因此，使用风轮作为飞轮来储存能量，比如在阵风的情况下，其可能性非常小。比如由于风中的湍流所引起的风轮扭矩的变化，将几乎立即转移到发电机扭矩，然后变成电功率（1）考虑风力机运行在较低的转速，并且风速增加的情况。在这种情况下，风轮叶片所产生的扭矩也增加，刚性风轮按照下面的方程加速：（2）直到上升到一定程度是扭矩再次等于扭矩。此处，I代表风轮围绕其旋转轴的转动惯量，和分别是风轮和发电机在风轮轴处得扭矩。如果超过扭矩特性上的最大点，或者发电机从电网解列，方程（2）的右端项

4、-总是正值，因此风轮将开始加速，在这种情况下风轮的转速变得如此之高，存在崩溃的危险。安全系统必须探测到这一点并且保证将风轮停下来。在失速调节型风力机中，叶片的外侧通常在离心力作用下旋转90度，起到气动刹车作用从而限制扭矩。可转动的叶尖作为气动刹车在离心力作用下转动2、桨距调节对桨距调节风力机而言，有可能主动调节整个叶片的桨距，从而同时改变整个叶片上的攻角。一种控制桨距角的方法如图所示在此处桨距角通过放置在主轴里的活塞来改变。活塞的位置由使用的液体压力确定。如果失去液体压力，弹簧将释放活塞，这样叶片前缘扭转向上逆风。这里应该提及的是，调节叶片桨距的方法不只

5、是仅有这一种。每一个叶片都可以配置一个小的电动机，这样每一个叶片的桨距都可以单独调节。通过放置在主轴里的活塞来改变叶片桨距的机理示意图桨距角已经调节的叶片可以发挥气动刹车的作用，因此，在桨距调节型风力机中，无需像失速调节型风力机那样，在叶尖配置气动刹车。通过调节整个叶片的桨距角就有可能控制叶片的攻角，从而控制功率输出。通常情况下，通过调节叶片的前缘向上逆风以减少攻角的方式来降低功率，即在攻角的表达式α=Φ-θ中增加θ，此处Φ是入流角。另一方面，人们也可以通过增加攻角的方式，即迫使叶片失速来减少功率输出，这称为主动失速。由于风的湍流特性，桨距调节型风力机的

6、瞬时功率输出经常超过额定功率，并且这些波动的时间度量要小于调节叶片桨距角所需要的时间。桨距调节型风力机在运行时，随着风速增加。由于叶片的桨距角逐渐调小，因此风力机得启动过程更加平稳。如果将一台桨距调节方式运行的风力机启动后的功率输出时间历程与同一台以失速调节方式运行的风力机启动以后的功率输出时间历程与同一台以失速调节方式运行的风力机启动以后的功率输出时间历程进行对比，则可以看到，当该风力机作为失速调节方式运行时的峰值更小。因为湍流波动的时间度量要远远小于叶片节距调节运动的时间度量，桨距调节方式运行的风力机的输出功率有时能跟随桨距角固定的稳态功率曲线。高风

7、速时，桨距调节型风力机在固定桨距角处得稳态功率曲线比失速调节型风力机的相应稳态功率曲线具有更大的斜率dP/dv0，因此就是针对速度区间Δv0有更大的变化ΔP=dP/dv0这就是为什么高风速时，失速调节型风力机的功率波动比桨距调节的风力机的功率波动要小的原因。然而，传统的桨距调节型风力机控制器并不对风速进行响应而是直接对输出功率响应，见下式：此处KI是积分常数，KK是增益，它是在桨距角本身较大时减少变距速率。桨距角较大时对应高风速，此时载荷也非常大，因此对桨距角非常敏感。3、变速功率系数是叶尖速比和桨距角的函数，在节距调节的风轮中通过使用变速，就有可能是风

8、力机运行在最优点，此时桨距角为，叶尖速比为。从图中可以看到此桨距角的情况下，当接