風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速控制方法

《風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速控制方法》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。

1、風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速選擇方法摘要：對風(fēng)力機(jī)幾種轉(zhuǎn)速選擇方法進(jìn)行介紹。關(guān)鍵詞：失速調(diào)節(jié)、槳距調(diào)節(jié)、變速。1、失速調(diào)節(jié)失速調(diào)節(jié)的風(fēng)力機(jī)通常幾乎在恒定的速度下運(yùn)行，因此葉片攻角隨風(fēng)速的增加而增加，隨著局部攻角的增加，葉片失速，引起升力系數(shù)減少和阻力系數(shù)增加，最終導(dǎo)致切向載荷降低。功率的減少取決于槳距角、葉片的扭轉(zhuǎn)角以及弦長分布和葉片上所使用的翼型。如果現(xiàn)場測試表明功率的大小不能得到充分的限制，則需要卸下葉片，改變固定的槳距角設(shè)置。在失速調(diào)節(jié)的風(fēng)力機(jī)中，通常采用異步發(fā)電機(jī)，其轉(zhuǎn)速幾乎不變且由發(fā)電機(jī)的扭矩特性確定，即輸入發(fā)電機(jī)的軸扭矩是該軸轉(zhuǎn)速n的函數(shù)。根據(jù)扭矩特性可知，異

2、步發(fā)電機(jī)既可以作為電動機(jī)運(yùn)行，也可以作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行。電動機(jī)運(yùn)行模式可以用來啟動風(fēng)力機(jī)。當(dāng)發(fā)電機(jī)在發(fā)電的情況下，選擇其符號為正值。發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速將位于和之間，而扭矩等于風(fēng)輪葉片在發(fā)電機(jī)軸上產(chǎn)生的扭矩。沒有軸扭矩時異步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為：此處是電網(wǎng)頻率，p是發(fā)電機(jī)的極對數(shù)。對4極發(fā)電機(jī)而言，是1500r/min，而對6極發(fā)電機(jī)而言，是1000r/min。由于發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速要高于風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速，因此在發(fā)電機(jī)和風(fēng)輪之間需要配置增速齒輪箱。風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速ω與發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速n之間的關(guān)系式，可以用齒輪箱的增速比r表示為ω=n/r。實(shí)際轉(zhuǎn)速n和之間的相對差，稱為滑差率SL=(n-)/,對

3、通常的失速調(diào)節(jié)的風(fēng)力機(jī)而言，滑差率之值大約為1%~3%。這意味著，風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速幾乎是不變化的，因此，使用風(fēng)輪作為飛輪來儲存能量，比如在陣風(fēng)的情況下，其可能性非常小。比如由于風(fēng)中的湍流所引起的風(fēng)輪扭矩的變化，將幾乎立即轉(zhuǎn)移到發(fā)電機(jī)扭矩，然后變成電功率（1）考慮風(fēng)力機(jī)運(yùn)行在較低的轉(zhuǎn)速，并且風(fēng)速增加的情況。在這種情況下，風(fēng)輪葉片所產(chǎn)生的扭矩也增加，剛性風(fēng)輪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。此處，I代表風(fēng)輪圍繞其旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動慣量，和分別是風(fēng)輪和發(fā)電機(jī)在風(fēng)輪軸處得扭矩。如果超過扭矩特性上的最大點(diǎn)，或者發(fā)電機(jī)從電網(wǎng)解列，方程（2）的右端項(xiàng)

4、-總是正值，因此風(fēng)輪將開始加速，在這種情況下風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速變得如此之高，存在崩潰的危險。安全系統(tǒng)必須探測到這一點(diǎn)并且保證將風(fēng)輪停下來。在失速調(diào)節(jié)型風(fēng)力機(jī)中，葉片的外側(cè)通常在離心力作用下旋轉(zhuǎn)90度，起到氣動剎車作用從而限制扭矩?？赊D(zhuǎn)動的葉尖作為氣動剎車在離心力作用下轉(zhuǎn)動2、槳距調(diào)節(jié)對槳距調(diào)節(jié)風(fēng)力機(jī)而言，有可能主動調(diào)節(jié)整個葉片的槳距，從而同時改變整個葉片上的攻角。一種控制槳距角的方法如圖所示在此處槳距角通過放置在主軸里的活塞來改變?；钊奈恢糜墒褂玫囊后w壓力確定。如果失去液體壓力，彈簧將釋放活塞，這樣葉片前緣扭轉(zhuǎn)向上逆風(fēng)。這里應(yīng)該提及的是，調(diào)節(jié)葉片槳距的方法不只

5、是僅有這一種。每一個葉片都可以配置一個小的電動機(jī)，這樣每一個葉片的槳距都可以單獨(dú)調(diào)節(jié)。通過放置在主軸里的活塞來改變?nèi)~片槳距的機(jī)理示意圖槳距角已經(jīng)調(diào)節(jié)的葉片可以發(fā)揮氣動剎車的作用，因此，在槳距調(diào)節(jié)型風(fēng)力機(jī)中，無需像失速調(diào)節(jié)型風(fēng)力機(jī)那樣，在葉尖配置氣動剎車。通過調(diào)節(jié)整個葉片的槳距角就有可能控制葉片的攻角，從而控制功率輸出。通常情況下，通過調(diào)節(jié)葉片的前緣向上逆風(fēng)以減少攻角的方式來降低功率，即在攻角的表達(dá)式α=Φ-θ中增加θ，此處Φ是入流角。另一方面，人們也可以通過增加攻角的方式，即迫使葉片失速來減少功率輸出，這稱為主動失速。由于風(fēng)的湍流特性，槳距調(diào)節(jié)型風(fēng)力機(jī)的

6、瞬時功率輸出經(jīng)常超過額定功率，并且這些波動的時間度量要小于調(diào)節(jié)葉片槳距角所需要的時間。槳距調(diào)節(jié)型風(fēng)力機(jī)在運(yùn)行時，隨著風(fēng)速增加。由于葉片的槳距角逐漸調(diào)小，因此風(fēng)力機(jī)得啟動過程更加平穩(wěn)。如果將一臺槳距調(diào)節(jié)方式運(yùn)行的風(fēng)力機(jī)啟動后的功率輸出時間歷程與同一臺以失速調(diào)節(jié)方式運(yùn)行的風(fēng)力機(jī)啟動以后的功率輸出時間歷程與同一臺以失速調(diào)節(jié)方式運(yùn)行的風(fēng)力機(jī)啟動以后的功率輸出時間歷程進(jìn)行對比，則可以看到，當(dāng)該風(fēng)力機(jī)作為失速調(diào)節(jié)方式運(yùn)行時的峰值更小。因?yàn)橥牧鞑▌拥臅r間度量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于葉片節(jié)距調(diào)節(jié)運(yùn)動的時間度量，槳距調(diào)節(jié)方式運(yùn)行的風(fēng)力機(jī)的輸出功率有時能跟隨槳距角固定的穩(wěn)態(tài)功率曲線。高風(fēng)

7、速時，槳距調(diào)節(jié)型風(fēng)力機(jī)在固定槳距角處得穩(wěn)態(tài)功率曲線比失速調(diào)節(jié)型風(fēng)力機(jī)的相應(yīng)穩(wěn)態(tài)功率曲線具有更大的斜率dP/dv0，因此就是針對速度區(qū)間Δv0有更大的變化ΔP=dP/dv0這就是為什么高風(fēng)速時，失速調(diào)節(jié)型風(fēng)力機(jī)的功率波動比槳距調(diào)節(jié)的風(fēng)力機(jī)的功率波動要小的原因。然而，傳統(tǒng)的槳距調(diào)節(jié)型風(fēng)力機(jī)控制器并不對風(fēng)速進(jìn)行響應(yīng)而是直接對輸出功率響應(yīng)，見下式：此處KI是積分常數(shù)，KK是增益，它是在槳距角本身較大時減少變距速率。槳距角較大時對應(yīng)高風(fēng)速，此時載荷也非常大，因此對槳距角非常敏感。3、變速功率系數(shù)是葉尖速比和槳距角的函數(shù)，在節(jié)距調(diào)節(jié)的風(fēng)輪中通過使用變速，就有可能是風(fēng)

8、力機(jī)運(yùn)行在最優(yōu)點(diǎn)，此時槳距角為，葉尖速比為。從圖中可以看到此槳距角的情況下，當(dāng)接