风力发电机组控制技术.ppt

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1、第4章风力发电机组控制技术4.1定桨距风力机的特点一、结构特点：桨叶与轮毂的连接是固定的，桨距角固定不变，当风速变化时，桨叶的迎风角度不能随之变化。定桨距风力发电机组要解决两个问题：1.当风速高于风轮的设计点风速即额定风速时，桨叶必须能够自动地将功率限制在额定值附近，这一特性称为自动失速。2.运行中的风力发电机在突然失去电网（突甩负载）的情况下，桨叶自身必须具备制动能力，使风力发电机组在大风情况下安全停机。4.1定桨距风力机的特点为了解决上述两个两个问题：1.桨叶制造商在20世纪70年代利用玻璃钢复合材料研制成功了失速性能良好的

2、风力机桨叶，解决了定桨距风力发电机组在大风时的功率控制问题。β为桨距角，i为攻角。叶片上下翼面形状不同。失速调节的攻角沿轴向由根部向叶尖渐渐减少，因而根部叶面先进入失速，随风速增加，失速部分向叶尖处扩展，原先已失速的部分，失速程度加深，末失速的部分渐渐进入失速区。失速部分使功率减少，末失速部分仍有功率增加，输入功率保持在额定值附近。翼型也叫叶片剖面，它是指用垂直于叶片长度方向的平面去截叶片而得到的截面形状。翼型几何定义1)中弧线：翼型表面内切圆圆心光滑连接起来的曲线。翼型几何定义2)前缘：翼型中弧线的最前点，A。3)后缘：翼型中

3、弧线的最后点，B。4)几何弦：连接前缘与后缘的直线，其长度为几何弦长（简称弦长），通常用C表示。（根弦、尖弦）扭角：根弦和尖弦夹角绝对值。翼型几何弦与风轮扫掠平面的夹角称为桨距角。改变叶片桨距角称为变桨距，简称变距。4.1定桨距风力机的特点2.在20世纪80年又将叶尖扰流器成功在应用在风力发电机组上，解决了在突甩负载情况下的安全停机问题。叶尖扰流器工作原理：扰流器是安装在主翼上的金属板，具有填料盖和滑板两种类型。当风力机正常运行时，在液压系统的作用下，叶尖扰流器与桨叶主体部分精密地合为一体，组成完整的桨叶。当风力机需要脱网停机时

4、，液压系统按控制指令将扰流器释放并使之旋转80~900形成阻尼板。4.1定桨距风力机的特点2.在20世纪80年又将叶尖扰流器成功在应用在风力发电机组上，解决了在突甩负载情况下的安全停机问题。叶尖扰流器工作原理：由于叶尖部分处于距离轴最远点，整个叶片作为一个长的杠杆，使扰流器产生的气动阻力相当高，足以使风力机在几乎没有任何摩擦的情况下迅速减速，这一过程即为桨叶空气动力刹车。4.1定桨距风力机的特点定桨距风轮中通常采用双速发电机（即大/小发电机）。在低风速段运行时，采用小电机使桨叶具有较高的气动效率，在高风速段运行时，采用大电机来提

5、高一些发电机的运行效率。小发电机功率曲线大发电机功率曲线切换点P1P2风速功率双速风力发电机功率曲线4.1定桨距风力机的特点1、气温对输出功率的影响风力发电机的功率输出主要取决于风速，除此之外，气压、气温和气流扰动等因素也显著影响其功率输出。当气压和气温变化时，ρ会跟着变化，一般当温度变化±10%，相应的空气密度变化±4%。桨叶的失速性能只与风速有关，只要达到了叶片气动外形所决定的失速调节风速，不论是否满足输出功率，桨叶的失速性能都要起作用，影响输出功率。因此当气温升高，空气密度就会下降，相应的输出功率就会减少。因此在冬季与春季

6、，应对桨叶的安装角各作一次调整。二、影响功率输出的因素4.1定桨距风力机的特点为了解决这个问题，出现了主动失速型定桨距风力发电机组。当采取主动失速的风力机开机时，将桨叶节距推进到获得最大功率位置，当风力发电机组超过额定功率后，桨叶节距主动向失速方向调节，将功率调整在额定值上。由于功率曲线在失速范围内的变化率比失速前要低得多，控制相对容易，输出功率也更加平稳。由于机组的叶片节距角和转速都是固定不变的，使机组功率曲线上只有一点有最大功率系数。风速变化时，功率系数随之变化。对同样直径的风轮驱动的风力发电机组，其发电机额定转速可以有很大

7、变化。02468101214161810008006004002000.10.20.30.40.5功率输出/kW风速/(m/s)功率/kW4.1定桨距风力机的特点额定转速低的机组，低风速下有较高的功率系数；额定转速高的机组，高风速下有较高的功率系数。即为双速电机依据。2、额定转速的设定对功率输出的影响4.1定桨距风力机的特点2、额定转速的设定对功率输出的影响需要说明的是：额定转速并不是在额定风速时具有最大功率系数而设定的。因为风力发电机组并不是经常运行在额定风速点上，并且功率与风速的三次方成正比，只要风速超过额定风速，功率就会显

8、著上升，这对于定桨距风力发电机组来说是无法控制的。事实上，定桨距风力发电机组早在风速达到额定值以前就已经开始失速了。到额定点时功率系数已经很小了。4.1定桨距风力机的特点定桨距风力发电机应尽量提高低风速的功率系数和考虑高风速的失速性能。2、额定转速的设定对功率输