变桨距风力发电机组

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1、第四编!风力发电机的控制与供电质量技术#######################################第三章!变桨距风力发电机组从空气动力学角度考虑，当风速过高时，只有通过调整桨叶节距，改变气流对叶片攻角，从而改变风力发电机组获得的空气动力转矩，才能使功率输出保持稳定。同时，风力机在起动过程也需要通过变距来获得足够的起动转矩。因此，最初研制的风力发电机组都被设计成可以全桨叶变距的。但由于一开始设计人员对风力发电机组的运行工况认识不足，所设计的变桨距系统，其可靠性远不能满足风力发电机组正常运行

2、的要求，灾难性的飞车事故不断发生，变桨距风力发电机组迟迟未能进入商业化运行。所以一当失速型桨叶的起动性能得到了改进，人们便纷纷放弃变距机构而采用了定桨距风轮，以至于后来商品化的风力发电机组大都是定桨距失速控制的。经过"#多年的实践，设计人员对风力发电机组的运行工况和各种受力状态已有了深入的了解，不再满足于仅仅提高风力发电机组运行的可靠性，而开始追求不断优化的输出功率曲线，同时采用变桨距机构的风力发电机组可使桨叶和整机的受力状况大为改善，这对大型风力发电机组的总体设计十分有利。因此，进入$#世纪%#年代以后

3、，变桨距控制系统又重新受到了设计人员的重视。目前已有多种型号的变桨距&##’(级风力发电机组进入市场。其中较为成功的有丹麦)*+,-+的).%/)0$/)001&##’(机组和美国2345的210#1&##’(机组。从今后的发展趋势看，在大型风力发电机组中将会普遍采用变桨距技术。第一节!变桨距风力发电机组的特点一、输出功率特性变桨距风力发电机组与定桨距风力发电机组相比，具有在额定功率点以上输出功率平稳的特点。如图.1"、.1$所示。变桨距风力发电机组的功率调节不完全依靠叶片的气动性能。当功率在额定功率以下

4、时，控制器将叶片节距角置于#6附近，不作变化，可认为等于定桨距风力发电机组，发电机的功率根据叶片的气动性能随风速的变化而变化，当功率超过额定功率时，变桨距机构开始工作，调整叶片节距角，将发电机的输出功率限制在额定值附近。但是，随着并网型风力发电机组容量的增大，大型风力发电机组的单个叶片已重达数吨，对操纵如此巨大的惯性体，并且响应速度要能跟得上风速的变化是相当困难的。事实上，如果没有其他措施的话，变桨距风力发电机组的功率调节对高频风速变化仍然是无能为力的。因此，近年来设计的变桨距风力发电机组，除了对桨叶进行

5、节距控制以外，还通过控制发电机转子电流来控制发电机转差率，使得发电机转·87"·第四编$风力发电机的控制与供电质量技术#######################################速在一定范围内能够快速响应风速的变化，以吸收瞬变的风能，使输出的功率曲线更加平稳。图!"#$变桨距风力发电机组功率曲线图!"%$定桨距风力发电机组功率曲线二、在额定点具有较高的风能利用系数变桨距风力发电机组与定桨距风力发电机组相比，在相同的额定功率点，额定风速比定桨距风力发电机组要低。对于定桨距风力发电机组，一般

6、在低风速段的风能利用系数较高。当风速接近额定点，风能利用系数开始大幅下降。因为这时随着风速的升高，功率上升已趋缓，而过了额定点后，桨叶已开始失速，风速升高，功率反而有所下降。对于变桨距风力发电机组，由于桨叶节距可以控制，无需担心风速超过额定点后的功率控制问题，可以使得额定功率点仍然具有较高的功率系数。·’&%·第四编#风力发电机的控制与供电质量技术#######################################三、确保高风速段的额定功率由于变桨距风力发电机组的桨叶节距角是根据发电机输出功率的

7、反馈信号来控制的，它不受气流密度变化的影响。无论是由于温度变化还是海拔引起空气密度变化，变桨距系统都能通过调整叶片角度，使之获得额定功率输出。这对于功率输出完全依靠桨叶气动性能的定桨距风力发电机组来说，具有明显的优越性。四、起动性能与制动性能变桨距风力发电机组在低风速时，桨叶节距可以转动到合适的角度，使风轮具有最大的起动力矩，从而使变桨距风力发电机组比定桨距风力发电机组更容易起动。在变桨距风力发电机组上，一般不再设计电动机起动的程序。当风力发电机组需要脱离电网时，变桨距系统可以先转动叶片使之减小功率，在发

8、电机与电网断开之前，功率减小至!，这意味着当发电机与电网脱开时，没有转矩作用于风力发"电机组，避免了在定桨距风力发电机组上每次脱网时所要经历的突甩负载的过程。第二节#变桨距风力发电机组的运行状态变桨距风力发电机组根据变距系统所起的作用可分为三种运行状态，即风力发电机组的起动状态（转速控制）、欠功率状态（不控制）和额定功率状态（功率控制）。一、起动状态变距风轮的桨叶在静止时，节距角为&!（’图$%$），这时气流对桨叶不产生转矩，