知識(shí)點(diǎn)一-定槳距機(jī)組的特點(diǎn).知識(shí)點(diǎn)一-定槳距機(jī)組的特點(diǎn)

項(xiàng)目三風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制技術(shù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制技術(shù)任務(wù)二定槳恒速機(jī)組的控制知識(shí)點(diǎn)一定槳距機(jī)組的特點(diǎn)

定槳恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組——葉片安裝好以后不能轉(zhuǎn)動(dòng)，靠葉片的被動(dòng)失速來(lái)調(diào)節(jié)功率的輸出，葉片轉(zhuǎn)速恒定，輸出頻率與電網(wǎng)同步。適合于在野外缺少維護(hù)的環(huán)境下工作；適用于中小功率風(fēng)電系統(tǒng)，通常不大于1000kW；強(qiáng)陣風(fēng)來(lái)時(shí)，轉(zhuǎn)速不變，機(jī)械承受應(yīng)力大，要求堅(jiān)固，所以又稱“剛性”風(fēng)力發(fā)電。定槳恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的工作原理

定槳恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組優(yōu)點(diǎn)：

（1）機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制造；（2）控制原理簡(jiǎn)單，易于實(shí)施，可靠性好；（3）故障率較低。缺點(diǎn)：（1）額定風(fēng)速高，風(fēng)輪轉(zhuǎn)換效率低，風(fēng)能得不到充分利用；（2）轉(zhuǎn)速恒定，機(jī)電轉(zhuǎn)換效率低；（3）葉片復(fù)雜，重量大，制造較難，不宜作大容量風(fēng)機(jī)。定槳恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的工作原理一、葉輪結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：槳葉與輪轂的連接是固定的。即當(dāng)風(fēng)速變化時(shí)，槳葉的迎風(fēng)角度不能隨之變化。定槳恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉輪必須解決的問(wèn)題：自動(dòng)失速性能：當(dāng)風(fēng)速高于葉輪額定風(fēng)速時(shí)，槳葉必須能夠自動(dòng)地將功率限制在額定值附近。緊急制動(dòng)能力：當(dāng)運(yùn)行中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在電網(wǎng)突然失電或其他緊急情況下，槳葉必須使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組能夠在大風(fēng)情況下安全停機(jī)。

定槳恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的工作原理二、槳葉的失速調(diào)節(jié)原理槳葉的氣動(dòng)特性ABC壓力中心總的氣動(dòng)力，S—槳葉面積，Cr—總氣動(dòng)系數(shù)；升力，與氣流方向垂直，Cl—升力系數(shù)；阻力，與氣流方向平行，Cd—阻力系數(shù)Cl

、Cd

是由設(shè)計(jì)的葉片決定的固有參數(shù)。定槳恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的工作原理二、槳葉的失速調(diào)節(jié)原理升力和阻力的變化曲線-30o-20o-10o0o10o20o30o40o0.80.60.40.2-0.2升力系數(shù)與阻力系數(shù)是隨攻角變化的升力系數(shù)隨攻角的增加而增加，使得槳葉的升力增加，但當(dāng)增加到某個(gè)角度后升力開(kāi)始下降；阻力系數(shù)開(kāi)始上升。出現(xiàn)最大升力的點(diǎn)叫失速點(diǎn)。截面形狀（翼型彎度、翼型厚度、前緣位置）、表面粗糙度等都會(huì)影響升力系數(shù)與阻力系數(shù)。對(duì)有限長(zhǎng)槳葉，葉片兩端會(huì)產(chǎn)生渦流，造成阻力增加定槳恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的工作原理二、槳葉的失速調(diào)節(jié)原理

定槳恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的工作原理

當(dāng)氣流流經(jīng)上下翼面形狀不同的葉片時(shí)，因凸面的彎曲而使氣流加速，壓力較低；凹面較平緩而使氣流速度緩慢，壓力較高，因而產(chǎn)生升力。失速性能：指槳葉在最大升力系數(shù)C1max附近的性能。二、槳葉的失速調(diào)節(jié)原理

定槳恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的工作原理

當(dāng)槳葉的安裝角β不變，隨著風(fēng)速增加攻角i增大時(shí)，升力系數(shù)Cl線性增大；在接近Clmax時(shí)，增大變緩；達(dá)到Clmax后開(kāi)始減小。

定槳恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的工作原理二、槳葉的失速調(diào)節(jié)原理

阻力系數(shù)Cd初期不斷增大；在升力開(kāi)始減小時(shí)，Cd繼續(xù)增大，這是由于氣流在葉片上的分離區(qū)隨攻角的增大而增大，分離區(qū)形成大的渦流，流動(dòng)失去翼型效應(yīng)，與未分離時(shí)相比，上下翼面壓力差減小，致使阻力激增，升力減小，造成葉片失速，從而限制了功率的增加。二、槳葉的失速調(diào)節(jié)原理

總結(jié)：由于槳葉的安裝角β不變，風(fēng)速增加→升力增加→升力變緩→升力下降→阻力增加→葉片失速。葉片攻角由根部向葉尖逐漸增加，根部先進(jìn)入失速，隨風(fēng)速增大逐漸向葉尖擴(kuò)展。失速部分功率減少，未失速部分功率仍在增加，使功率保持在額定功率附近。定槳恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的工作原理三、葉尖擾流器

葉尖部分可旋轉(zhuǎn)的空氣阻尼板，正常運(yùn)行時(shí)，在液壓控制下與葉片成為整體，風(fēng)力機(jī)脫網(wǎng)時(shí)液壓控制指令將擾流器釋放并旋轉(zhuǎn)80°~90°，產(chǎn)生阻力停機(jī)，即產(chǎn)生空氣動(dòng)力剎車?？諝鈩?dòng)力剎車是按失效思想設(shè)計(jì)，即起到液壓系統(tǒng)故障時(shí)的機(jī)組停機(jī)保護(hù)。

定槳恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的工作原理四、雙速發(fā)電機(jī)

定槳恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的工作原理小發(fā)電機(jī)功率曲線大發(fā)電機(jī)功率曲線切換點(diǎn)風(fēng)速功率P1P2

保證在整個(gè)運(yùn)行風(fēng)速范圍（3m/s>v>25m/s）內(nèi)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速的變化而作出調(diào)整。

四、雙速發(fā)電機(jī)

定槳恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組采用雙速發(fā)電機(jī)，分別設(shè)計(jì)成4極和6極，一般6極發(fā)電機(jī)的額定功率設(shè)計(jì)成4極發(fā)電機(jī)的1/4—1/5。例如，600kW定槳恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組一般設(shè)計(jì)成6極150kW和4極600kW，750kW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)成6極200kW和4極750kW。這樣，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在低風(fēng)速段運(yùn)行時(shí)，不僅槳葉具有較高的氣動(dòng)效率，發(fā)電機(jī)的效率也能保持在較高水平。從而使采用雙速發(fā)電機(jī)的定槳恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組與變槳風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在進(jìn)入額定功率前的功率曲線差別不大。定槳恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的工作原理五、功率輸出功率的輸出主要決定于風(fēng)速，葉片的失速特性功率曲線是在標(biāo)準(zhǔn)空氣密度ρ=1.225kg/m3測(cè)出的，一般溫度變化±10℃，空氣密度變化±4%。因此氣溫升高，密度下降，輸出功率減少。750kW機(jī)組可能會(huì)出現(xiàn)30~50kW的偏差。定槳恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的工作原理五、功率輸出對(duì)于全槳變距控制（包括主動(dòng)失速控制）的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，這個(gè)問(wèn)題可以得到圓滿解決，這類風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在達(dá)到額定功率以前，槳距角都基本固定在最佳角度上，當(dāng)達(dá)到額定功率后，主動(dòng)失速控制機(jī)組的槳距角向負(fù)角度方向調(diào)整，而全槳變距有限變速和變速恒頻機(jī)組的槳距角則向正角度方向調(diào)整。由于全槳變距控制只取決于功率信號(hào)，因此不受空氣密度變化的影響。定槳恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的工作原理

02468101214161810008006004002000.10.20.30.40.5功率輸出/kW風(fēng)速/（m/s)六、槳距角與額定轉(zhuǎn)速的設(shè)定對(duì)功率輸出的影響

由于機(jī)組的槳葉節(jié)距角和轉(zhuǎn)速都是固定不變的，使機(jī)組功率曲線上只有一點(diǎn)有最大功率系數(shù)。定槳恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的工作原理

額定轉(zhuǎn)速低的機(jī)組，低風(fēng)速下有較高的功率系數(shù)；額定轉(zhuǎn)速高的機(jī)組，高風(fēng)速下有較高的功率系數(shù)。即為雙速電機(jī)的依據(jù)。

02468101214161810008006004002000.10.20.30.40.5功率輸出/kW風(fēng)速/（m/s)六、槳距角與額定轉(zhuǎn)速的設(shè)定對(duì)功率輸出的影響

設(shè)計(jì)的最大功率系數(shù)并不出現(xiàn)在額定功率上，因風(fēng)力發(fā)電機(jī)并不經(jīng)常工作在額定風(fēng)速點(diǎn)。定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)應(yīng)盡量提高低風(fēng)速的功率系數(shù)和考慮高風(fēng)速的失速性能。定槳恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的工作原理

六、槳距角與額定轉(zhuǎn)速的設(shè)定對(duì)功率輸出的影響

改變槳葉節(jié)距角的設(shè)定，會(huì)顯著影響額定功率的輸出。根據(jù)定槳恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的特點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)盡量提高低風(fēng)速時(shí)的功率系數(shù)和考慮高風(fēng)速時(shí)的失速性能。定槳恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的工作原理六、槳距角與額定轉(zhuǎn)速的設(shè)定對(duì)功率輸出的影響結(jié)論：定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在額定風(fēng)速以下運(yùn)行時(shí)，在低風(fēng)速區(qū)，不同的槳葉節(jié)距角所對(duì)應(yīng)的功率曲線幾乎是重合的；但