精簡小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)

小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中國可再生能源學(xué)會風(fēng)能資深委員

趙福盛AH2kW風(fēng)力發(fā)電機(jī)在英國戴衛(wèi)農(nóng)場并網(wǎng)發(fā)電

小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)本文講述風(fēng)輪掃掠面積小于200㎡，產(chǎn)生的電壓低于1000V交流或1500V直流的將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能的系統(tǒng)（包括離網(wǎng)和聯(lián)網(wǎng)兩種運(yùn)行方式）1、小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)概述小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的原理是利用風(fēng)力驅(qū)動風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪轉(zhuǎn)動，并將轉(zhuǎn)矩傳遞到發(fā)電機(jī)，帶動發(fā)電機(jī)發(fā)出電能。與此同時(shí)，借助風(fēng)力機(jī)的調(diào)向、調(diào)速機(jī)構(gòu)、電氣控制及變流裝置，將瞬息變化的風(fēng)能轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的、可直接應(yīng)用的電能。在無風(fēng)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組不能運(yùn)行發(fā)電時(shí)，為保持系統(tǒng)不間斷供電，小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)還要配備電能儲存裝置。風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出的交流電經(jīng)整流后直接向蓄電池組充電及直流負(fù)載供電，經(jīng)變流器（單相或三相）還可向交流負(fù)載供電。在小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行中有兩條主線，一是功率能量轉(zhuǎn)換，另一是過程控制及安全防護(hù)。兩者協(xié)調(diào)作用，使系統(tǒng)完成發(fā)電、供電功能。2kW在美國山村并網(wǎng)供電1、小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)概述小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)屬于獨(dú)立的發(fā)電供電系統(tǒng)，可以離網(wǎng)或者聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行供電。在電力網(wǎng)絡(luò)不能覆蓋的區(qū)域，利用當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)能資源采用離網(wǎng)運(yùn)行供電的方式解決電力需求，是非常適用的新能源設(shè)備。在規(guī)模較大的風(fēng)電場，可以作為大型并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的補(bǔ)充，充分利用風(fēng)電場在高度和地面的空間，安裝小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)以增大風(fēng)電場的裝機(jī)容量。AH-5kW丹麥風(fēng)電場運(yùn)行供電

青島金海灣別墅供電

海上采油平臺供電（DC120V/AC240V）海島哨所供電（DC24/AC240V）

1、小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)概述在有些地區(qū)，受風(fēng)能資源、地理環(huán)境、交通和運(yùn)輸安裝等條件制約，不便于安裝大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，卻更適合安裝使用小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)。青島太平山微波站供電（1.5KW/DC48V）

威海海上養(yǎng)殖戶供電（DC24V/AC240V）

小管島漁村漁民提供生活用電（DC24V～48V/AC240V）風(fēng)光互補(bǔ)為差轉(zhuǎn)臺提供電源1、小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)概述在很多風(fēng)能、太陽能資源較豐富的地區(qū)，還可以小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)為主體，采用風(fēng)、光、柴油發(fā)電機(jī)組、蓄電池組和雙向逆變器等多能互補(bǔ)的方式，組成微電網(wǎng)或分布式發(fā)電供電站。北龍島風(fēng)柴互補(bǔ)供電1、小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)概述大管島風(fēng)光互補(bǔ)供電1、小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)概述蒙古國風(fēng)光互補(bǔ)供電1、小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)概述風(fēng)網(wǎng)互補(bǔ)為油田輸油機(jī)供電2、小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)是由風(fēng)輪、發(fā)電機(jī)、傳動、迎風(fēng)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、調(diào)（限）速機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)、包含變流器（含逆變和低壓并網(wǎng)裝置）在內(nèi)的電氣系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、蓄能裝置、由塔架和基礎(chǔ)組成的支撐結(jié)構(gòu)、以及電氣負(fù)荷等構(gòu)成。附圖AHBJ-7.6/10kW變槳距風(fēng)力發(fā)電組結(jié)構(gòu)及外形是一種比較典型的小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。2、小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成2.1、風(fēng)輪風(fēng)輪是風(fēng)力發(fā)電機(jī)的動力部件，它將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，以旋轉(zhuǎn)的方式通過風(fēng)輪軸將轉(zhuǎn)矩傳遞（直接驅(qū)動或經(jīng)過齒輪箱）給發(fā)電機(jī)。風(fēng)輪由葉片和輪轂組成，葉片設(shè)計(jì)成具有高轉(zhuǎn)換效率的空氣動力外形。風(fēng)力機(jī)按風(fēng)輪軸的布置分為水平軸和立軸兩類；水平軸風(fēng)力機(jī)按風(fēng)輪所在位置又分為上風(fēng)向和下風(fēng)向；按結(jié)構(gòu)分為定槳距和變槳距。2.2、發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。發(fā)電機(jī)按類型分為同步和異步；勵(lì)磁和永磁；直流和交流；內(nèi)轉(zhuǎn)子和外轉(zhuǎn)子。2.3、傳動及增速齒輪箱小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組有的采用增速齒輪箱把風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速提升，增速到每分鐘千轉(zhuǎn)以上，再帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。有的省略了增速齒輪箱而由風(fēng)輪直接驅(qū)動低轉(zhuǎn)速永磁發(fā)電機(jī)發(fā)電。WESAHBJ5.5EnduranceWindPowerGaia-Wind2.4、迎風(fēng)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)風(fēng)向在不斷的變化，為了更多的獲取風(fēng)能，風(fēng)力機(jī)必須在風(fēng)向變動±15o范圍內(nèi)響應(yīng)跟蹤風(fēng)向變化，使風(fēng)輪迎風(fēng)。迎風(fēng)機(jī)構(gòu)常見的有：尾舵、舵輪、風(fēng)輪下風(fēng)向布置和電力驅(qū)動等。2.5、調(diào)（限）速機(jī)構(gòu)在不設(shè)控制的情況下，風(fēng)輪轉(zhuǎn)速將隨風(fēng)速增大而同比增高，風(fēng)力機(jī)功率將隨風(fēng)速增大呈3次方的倍率增大。調(diào)（限）速機(jī)構(gòu)的功能是通過減小風(fēng)輪受風(fēng)面積或調(diào)節(jié)風(fēng)能利用系數(shù)的大小，改變風(fēng)力機(jī)獲取風(fēng)能量的多少來控制風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)速和功率。2.6、控制系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)的作用是接收風(fēng)力機(jī)狀態(tài)及其外部環(huán)境信息，并調(diào)節(jié)風(fēng)力機(jī)使其維持在被允許的運(yùn)行限度之內(nèi)，確保風(fēng)力機(jī)運(yùn)行過程的安全性和可靠性，提高機(jī)組的運(yùn)行效率和發(fā)電供電質(zhì)量。2.7、電氣系統(tǒng)小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)屬于獨(dú)立運(yùn)行供電的電源設(shè)備，所述電氣系統(tǒng)通常指電能的輸送、變換和配電線路，以及為使線路正常運(yùn)行而設(shè)置的保護(hù)器件，組成線路的電力電子元器件包括變壓器、變流器、低壓開關(guān)電氣（如熔斷器、斷路器、交流接觸器、繼電器等）。在變換和控制線路中，常采用的基礎(chǔ)器件有電力二極管、可控硅整流器、電力場效應(yīng)管（MOSFET）、絕緣柵型雙極性晶體管（IGBT）。2.7、電氣系統(tǒng)2.7、電氣系統(tǒng)要求電氣系統(tǒng)的每個(gè)部件都應(yīng)能經(jīng)受住所有的設(shè)計(jì)環(huán)境條件，也應(yīng)能承受在運(yùn)行期間可能受其影響的機(jī)械的、化學(xué)的和熱應(yīng)力條件?？紤]到包含故障情況的設(shè)計(jì)載荷情況，以功率特性為基礎(chǔ)選擇的每個(gè)電氣部件都應(yīng)具備設(shè)備功能負(fù)荷要求的條件。所有可能受雷電和其它瞬時(shí)過電壓條件影響的保護(hù)系統(tǒng)電路應(yīng)依照IEC61643-1進(jìn)行保護(hù)。2.8、制動系統(tǒng)制動系統(tǒng)是風(fēng)力機(jī)至關(guān)重要的安全保護(hù)系統(tǒng)。在使用中遭遇破壞性大風(fēng)、機(jī)組出現(xiàn)重大故障或必須停機(jī)進(jìn)行維護(hù)檢修保養(yǎng)時(shí)，需要對風(fēng)力機(jī)主軸或傳動系統(tǒng)實(shí)施制動，達(dá)到風(fēng)力機(jī)停止轉(zhuǎn)動的目的。2.9、蓄能裝置風(fēng)能是隨機(jī)性的能源，且具有間歇性，極不穩(wěn)定，高峰和低谷落差甚大。采用離網(wǎng)運(yùn)行供電的方式時(shí)為充分地利用高峰風(fēng)能，在無風(fēng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)不能發(fā)電時(shí)，仍保持系統(tǒng)不間斷供電，小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在離網(wǎng)運(yùn)用時(shí)必須配備電能儲存裝置。2.10、塔架近地面受地形、地物的影響，風(fēng)速銳減，且常出現(xiàn)紊流。風(fēng)力機(jī)在紊流中運(yùn)行會產(chǎn)生劇烈振動，嚴(yán)重時(shí)會導(dǎo)致機(jī)組損壞。為獲得較高且穩(wěn)定的風(fēng)速，利用塔架將風(fēng)力機(jī)主體支撐到距離地面一定的高度。塔架承受來自風(fēng)力的水平載荷和風(fēng)力機(jī)重力的垂直載荷,為保障風(fēng)力機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行，暴風(fēng)吹襲時(shí)風(fēng)力機(jī)不會傾倒，塔架要有足夠的強(qiáng)度和剛度。3、小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)與制造

3.1、結(jié)構(gòu)型式的選擇

總體設(shè)計(jì)通常要求給出：風(fēng)輪布置（水平/垂直、上風(fēng)/下風(fēng)、錐角、仰角等）、槳距（定/變）、翼型、葉片數(shù)、尖速比、風(fēng)力機(jī)特性、傳動方式、發(fā)電機(jī)型式、控制和電氣系統(tǒng)運(yùn)行方式、塔架結(jié)構(gòu)及高度等，需依據(jù)這些要求確定風(fēng)力機(jī)的結(jié)構(gòu)和主要技術(shù)參數(shù)。日本櫻關(guān)村并網(wǎng)發(fā)電

3.1.1、常見結(jié)構(gòu)型式現(xiàn)有小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)主流產(chǎn)品的風(fēng)輪多采用水平軸、上風(fēng)向、定槳距、3葉片結(jié)構(gòu)，也有些機(jī)型采用下風(fēng)向（風(fēng)輪下風(fēng)布置）、變槳距的結(jié)構(gòu)型式。3.1.2、風(fēng)輪布置風(fēng)輪直徑10～20m的機(jī)組風(fēng)輪采用下風(fēng)向布置，利用風(fēng)輪本身的對風(fēng)能力，獲得調(diào)向功能是一個(gè)比較好的選擇，但應(yīng)充分考慮“塔影效應(yīng)”的影響和采取相應(yīng)的技術(shù)措施使機(jī)頭的水平回轉(zhuǎn)運(yùn)動穩(wěn)定。3.1.3、葉片數(shù)目風(fēng)輪葉片數(shù)有2、3、4、5多種，有的為實(shí)現(xiàn)低風(fēng)速發(fā)電，風(fēng)輪外緣設(shè)計(jì)了擴(kuò)散輪圈，葉片數(shù)多達(dá)5～8片。3.1.3、葉片數(shù)目葉片少（實(shí)度低），在一個(gè)很寬的尖速比范圍內(nèi)能保持較高的風(fēng)輪功率系數(shù)（Cp值），但最大功率系數(shù)（Cpmax值）略低；葉片多（實(shí)度高），最大功率系數(shù)（Cpmax值）略高，但只能在一個(gè)較窄的范圍內(nèi)保持較高的風(fēng)輪功率系數(shù)（Cp值）。隨著實(shí)度的增加，對應(yīng)最大功率系數(shù)（Cpmax值）的尖速比變小。當(dāng)實(shí)度太高時(shí)，最大功率系數(shù)（Cpmax值）反而減小。葉片數(shù)目多，對應(yīng)的尖速比低，風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩大，運(yùn)行時(shí)功率輸出平穩(wěn)，但制造成本高；葉片數(shù)目少，對應(yīng)的尖速比高，制造成本低。葉片數(shù)目應(yīng)兼顧技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果，統(tǒng)籌考慮。3.1.3、葉片數(shù)目統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，葉片造價(jià)約占機(jī)組總成本的20～25%，從降低成本考慮葉片數(shù)目不宜過多，由于3葉片的配平、動態(tài)特性、運(yùn)行平穩(wěn)性明顯優(yōu)于2葉片，近年3葉片風(fēng)輪已成為風(fēng)電設(shè)備的技術(shù)主流。葉片數(shù)目選3片的優(yōu)點(diǎn)是：①數(shù)目適中；②風(fēng)輪容易調(diào)整平衡；③葉片的質(zhì)量對風(fēng)輪、塔架、軸線形成勻稱布局降低動態(tài)響應(yīng)的幾率；④可運(yùn)行在經(jīng)濟(jì)合理的尖速比范圍，與其配套的直驅(qū)發(fā)電機(jī)尺寸小、重量輕、運(yùn)行效率高。日本新瀉卡達(dá)克停車場供電

3.1.4、尖速比（高速性系數(shù)）風(fēng)力機(jī)的尖速比可在4、5、6、7、8、9中選取。在額定風(fēng)速、風(fēng)輪直徑確定之后，尖速比取值便決定了風(fēng)輪轉(zhuǎn)速。選擇較高的尖速比可以提升發(fā)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速，提高發(fā)電機(jī)的效率，電機(jī)體積和重量能減少，降低發(fā)電機(jī)的制造成本。然而高尖速比對葉片是十分不利的，當(dāng)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速高至葉尖線速度達(dá)到70m/s左右時(shí)，葉片風(fēng)蝕損害嚴(yán)重。風(fēng)力機(jī)運(yùn)行現(xiàn)場觀察到當(dāng)葉尖速度超過70m/s時(shí)，風(fēng)力機(jī)發(fā)出較大噪音，并隨轉(zhuǎn)速的再提高噪音急劇增大。因此，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的尖速比值取6～7比較合適。3.1.5、風(fēng)力機(jī)特性主要包括功率特性、轉(zhuǎn)矩特性和軸向力（推力）特性。一般，風(fēng)力機(jī)特性用風(fēng)輪功率系數(shù)CP、風(fēng)輪軸向力（推力）系數(shù)CT和風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩系數(shù)CM給出：式中A——風(fēng)輪掃掠面積；

R——風(fēng)輪半徑; V——來流風(fēng)速.3.1.5、風(fēng)力機(jī)特性a、風(fēng)輪功率系數(shù)CP是評估風(fēng)輪動力性能的重要指標(biāo)，它直接反映風(fēng)力機(jī)輸出功率的大小及變化規(guī)律，用風(fēng)輪功率系數(shù)隨葉尖速比的變化曲線（CP-λ曲線）表示。如圖1為采用FX77/79翼型設(shè)計(jì)，三葉片，尖速比為7的風(fēng)輪功率特性的CP-λ曲線。b、風(fēng)輪軸向力（推力）系數(shù)CT是計(jì)算風(fēng)力機(jī)塔頂風(fēng)載荷的重要依據(jù)，它反映風(fēng)力機(jī)風(fēng)載荷的大小及變化規(guī)律，用風(fēng)輪推力系數(shù)隨葉尖速比的變化曲線CT-λ給出。如圖2為FX77/79翼型設(shè)計(jì)，三葉片，尖速比為7的風(fēng)輪在槳距角為零的情況下的CT-λ曲線。圖1風(fēng)輪功率系數(shù)CP-λ曲線圖2風(fēng)輪推力系數(shù)CT-λ曲線3.1.5、風(fēng)力機(jī)特性c、風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩特性系數(shù)CM是風(fēng)力機(jī)動力匹配設(shè)計(jì)的重要參數(shù)，它反映風(fēng)力機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的大小及變化規(guī)律，用風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩系數(shù)隨葉尖速比的變化曲線（CM-λ曲線）表示。一臺性能好的風(fēng)力機(jī)要有較高的風(fēng)輪功率系數(shù)（Cp值），并希望它在一個(gè)很寬的尖速比范圍內(nèi)保持較高的風(fēng)輪功率系數(shù)，充分利用風(fēng)能獲得較多的年發(fā)電量。而且在使用安全可靠性、減少環(huán)境噪聲方面都有良好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)效果和社會效益。欲實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)在理論設(shè)計(jì)計(jì)算基礎(chǔ)上必須通過風(fēng)洞試驗(yàn)、車載試驗(yàn)和自然風(fēng)場檢測進(jìn)一步試驗(yàn)驗(yàn)證及考核。3.1.5、風(fēng)力機(jī)特性北京八達(dá)嶺風(fēng)電試驗(yàn)站運(yùn)行考核

山東巨益新能源風(fēng)洞

中國空氣研究與發(fā)展中心和南京航空學(xué)院的風(fēng)洞AH5kW車載試驗(yàn)

3.1.6、傳動方式采用增速齒輪箱以高轉(zhuǎn)速（每分鐘千轉(zhuǎn)以上）帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電，發(fā)電量大效率高。發(fā)出相同功率，轉(zhuǎn)速高的發(fā)電機(jī)體積小、重量輕、制造成本低。但風(fēng)力機(jī)要求與其配套的增速齒輪箱應(yīng)體積小、重量輕、效率高、噪音小、密封好、能承受沖擊載荷、運(yùn)行壽命長。增速齒輪箱增大了設(shè)備體積，大幅度增加制造成本，還會產(chǎn)生維護(hù)、保養(yǎng)和檢修的費(fèi)用。easywind3.1.6、傳動方式目前國內(nèi)生產(chǎn)的功率100kW以下的機(jī)型都采用風(fēng)輪直接驅(qū)動低轉(zhuǎn)速永磁發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)。省去齒輪箱的風(fēng)力機(jī)外形緊湊，結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，效率高，噪音小，運(yùn)行更可靠，降低了機(jī)組的制造成本，節(jié)省了維護(hù)和檢修費(fèi)用。因此增速齒輪箱的取舍應(yīng)從系統(tǒng)整體的技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性綜合考慮做出選擇。3.1.7、發(fā)電機(jī)型式當(dāng)前國內(nèi)生產(chǎn)制造的100kW以下小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組采用的發(fā)電機(jī)均為同步三相永磁式交流發(fā)電機(jī)，而且是直接驅(qū)動的低轉(zhuǎn)速、內(nèi)轉(zhuǎn)子運(yùn)行方式。這種發(fā)電機(jī)為永磁體轉(zhuǎn)子，無勵(lì)磁電流損耗，它比同額定轉(zhuǎn)速、同容量電勵(lì)磁發(fā)電機(jī)效率高、重量輕、體積小、制造工藝簡便、無輸電滑環(huán)，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)安全可靠，容易實(shí)現(xiàn)免維護(hù)運(yùn)行。它的缺點(diǎn)是電壓調(diào)節(jié)性能差。一種爪極無刷自勵(lì)磁交流發(fā)電機(jī)，具備勵(lì)磁電流自動調(diào)節(jié)功能，使發(fā)電機(jī)的電壓和電流輸出保持平穩(wěn)。3.1.7、發(fā)電機(jī)型式3.1.7、發(fā)電機(jī)型式50kW以下的機(jī)組采用直接驅(qū)動的永磁發(fā)電機(jī)是比較適宜的。但是低轉(zhuǎn)速永磁發(fā)電機(jī)造價(jià)偏高，若用于與交流并網(wǎng)運(yùn)行，配套的電氣控制系統(tǒng)較復(fù)雜，制造成本高，往往故障率高、可靠性差。因此大功率且用于并網(wǎng)發(fā)電的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組采用增速齒輪箱和雙饋異步發(fā)電機(jī)經(jīng)濟(jì)合理。3.1.8、迎風(fēng)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的選擇與設(shè)計(jì)a、尾舵由尾桿和舵板組成。因其結(jié)構(gòu)簡單、制造工藝簡便，是小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)常用的一種迎風(fēng)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。通過尾桿長度和舵板面積的配置，在風(fēng)向偏離風(fēng)輪軸線±15°范圍內(nèi)，尾舵能響應(yīng)風(fēng)向變化、使風(fēng)輪保持迎風(fēng)狀態(tài)。適當(dāng)增加尾桿長度可降低風(fēng)力機(jī)主體的回轉(zhuǎn)角速度，降低陀螺力的影響，減輕風(fēng)力機(jī)調(diào)向過程中的振動。3.1.8、迎風(fēng)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的選擇與設(shè)計(jì)b、舵輪是由氣動轉(zhuǎn)矩較大的多葉片風(fēng)輪組成。舵輪安裝在回轉(zhuǎn)體上，其盤面與風(fēng)輪盤面相垂直，風(fēng)輪迎風(fēng)時(shí)舵輪側(cè)風(fēng)；當(dāng)風(fēng)輪偏離風(fēng)向時(shí)舵輪迎風(fēng)，舵輪在風(fēng)力作用下轉(zhuǎn)動，通過降低轉(zhuǎn)速增加扭矩的傳動機(jī)構(gòu)驅(qū)動風(fēng)力機(jī)主體回轉(zhuǎn)，使風(fēng)輪保持迎風(fēng)狀態(tài)。與尾舵迎風(fēng)機(jī)構(gòu)相比，舵輪迎風(fēng)機(jī)構(gòu)在迎風(fēng)調(diào)節(jié)過程中風(fēng)力機(jī)主體的回轉(zhuǎn)角速度低，減輕甚至避免了陀螺力的影響，風(fēng)力機(jī)運(yùn)行更平穩(wěn)。它適用于葉片重，風(fēng)輪直徑大轉(zhuǎn)動慣量大的風(fēng)力機(jī)。3.1.8、迎風(fēng)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的選擇與設(shè)計(jì)c、風(fēng)輪下風(fēng)向布置。風(fēng)輪在風(fēng)力作用下繞塔架頂端支承轉(zhuǎn)動，穩(wěn)定在塔架的下風(fēng)向呈現(xiàn)迎風(fēng)狀態(tài)。其特點(diǎn)是省去尾舵、舵輪和構(gòu)造復(fù)雜的電力驅(qū)動等迎風(fēng)機(jī)構(gòu)，風(fēng)力機(jī)組的質(zhì)量減輕，外觀緊湊。風(fēng)輪下風(fēng)向布置為避免塔影效應(yīng)，風(fēng)輪與塔桿之間要適當(dāng)加大距離。為避免由陀螺效應(yīng)引起振動，要在回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上設(shè)置限制回轉(zhuǎn)角速度的轉(zhuǎn)動阻尼器。3.1.8、迎風(fēng)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的選擇與設(shè)計(jì)d、電力驅(qū)動機(jī)構(gòu)多用于風(fēng)輪直徑較大的風(fēng)力機(jī)。在機(jī)艙頂部設(shè)置風(fēng)向標(biāo)，當(dāng)風(fēng)向偏離風(fēng)輪軸線方向±15°時(shí)，風(fēng)向傳感器向處理器發(fā)出信號，再由處理器向電驅(qū)動機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，啟動回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)繞塔架轉(zhuǎn)動，使風(fēng)輪保持迎風(fēng)狀態(tài)。hswindviking

3.1.9、小型風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速的控制與機(jī)構(gòu)的選擇轉(zhuǎn)速控制方式主要有風(fēng)輪偏離風(fēng)向、變槳距控制、失速控制三種類型。（a）風(fēng)輪偏離風(fēng)向偏離風(fēng)向減小風(fēng)輪受風(fēng)面積控制風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)速和功率的方式廣泛應(yīng)用于風(fēng)輪直徑小于6m的風(fēng)力機(jī)。常見的有側(cè)翼、風(fēng)輪偏置、風(fēng)輪上仰等使風(fēng)輪偏離風(fēng)向的方法。這些方式結(jié)構(gòu)簡單、機(jī)械零件少、加工精度不高、容易制造，通過理論設(shè)計(jì)和在自然風(fēng)場中運(yùn)行調(diào)試是能夠達(dá)到限速的目的。它的缺點(diǎn)是調(diào)節(jié)粗放、控制精度低、風(fēng)力機(jī)運(yùn)行中易產(chǎn)生有害振動，風(fēng)力機(jī)往往承受較大的動應(yīng)力載荷。3.1.9、小型風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速的控制與機(jī)構(gòu)的選擇山東科技大學(xué)進(jìn)行電動轉(zhuǎn)舵偏離風(fēng)向運(yùn)行試驗(yàn)3.1.9、小型風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速的控制與機(jī)構(gòu)的選擇（b）變槳距調(diào)節(jié)葉片處在最佳迎角時(shí)風(fēng)能利用系數(shù)大，風(fēng)輪效率高；偏離最佳迎角時(shí)風(fēng)能利用系數(shù)減小，風(fēng)輪效率則降低?；谶@個(gè)原理，在額定風(fēng)速及低于額定風(fēng)速值時(shí)葉片處在最佳迎角，保持較大的風(fēng)能利用系數(shù)，使輸出功率達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)值；當(dāng)超過額定風(fēng)速時(shí)改變槳距（增大或減?。~片偏離最佳迎角，減小風(fēng)能利用系數(shù)，降低風(fēng)輪效率，限制風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速和功率，使其不超過設(shè)計(jì)的額定值。3.1.9、小型風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速的控制與機(jī)構(gòu)的選擇常見的變槳距機(jī)構(gòu)有機(jī)械離心飛錘（飛桿）、機(jī)械離心螺旋、風(fēng)壓、彈性（柔性）、電（或液力）驅(qū)動等。與風(fēng)輪偏離風(fēng)向的限速方式相比，其優(yōu)點(diǎn)在于調(diào)控比較精準(zhǔn)，調(diào)速過程平穩(wěn)，風(fēng)力機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定。變槳距調(diào)節(jié)是將超余的風(fēng)能排除在能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)之外，改善了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行條件。問題在于變距機(jī)構(gòu)較復(fù)雜，機(jī)械零、部件較多，所用材料、加工工藝及制造精度均要求較高，增加了制造成本。尤其是電動或液力變槳距系統(tǒng)還要設(shè)置若干傳感器、增加電子信息處理、液力傳動、伺服執(zhí)行機(jī)構(gòu)等高價(jià)位、精密器件，大幅度提高了設(shè)備造價(jià)。同時(shí)增加了故障源，在運(yùn)行中還有密封、潤滑保養(yǎng)、維護(hù)、檢修等煩瑣操作。3.1.9、小型風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速的控制與機(jī)構(gòu)的選擇3.1.9、小型風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速的控制與機(jī)構(gòu)的選擇在北京八達(dá)嶺風(fēng)電試驗(yàn)站柔性變槳距試驗(yàn)3.1.9、小型風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速的控制與機(jī)構(gòu)的選擇從當(dāng)前國內(nèi)、外風(fēng)電設(shè)備市場需求趨勢預(yù)計(jì)，變槳距調(diào)速的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，會受到越來越多的客戶歡迎并認(rèn)購。可以預(yù)期隨著風(fēng)力機(jī)控制技術(shù)的不斷完善和變槳距技術(shù)的快速進(jìn)步，采用變槳距控制風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速仍將是今后的技術(shù)發(fā)展趨勢。3.1.9、小型風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速的控制與機(jī)構(gòu)的選擇（c）失速控制失速控制方法較多的用于并網(wǎng)運(yùn)行的定槳距大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)。失速控制的風(fēng)力機(jī)在額定運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，氣動設(shè)計(jì)已將葉片設(shè)置在臨近失速點(diǎn)。當(dāng)超過額定風(fēng)速時(shí)葉片表面流動的氣體立即呈現(xiàn)分離狀態(tài)，致使作用于葉片的升力不再增加，風(fēng)能利用系數(shù)下降，風(fēng)輪轉(zhuǎn)速和功率不再隨風(fēng)速的增大而提高。3.2、主要技術(shù)參數(shù)的選擇

3.2.1、額定風(fēng)速風(fēng)力機(jī)達(dá)到設(shè)計(jì)功率時(shí)，輪轂高度處的最低平均風(fēng)速。額定風(fēng)速取值是否合理，判定依據(jù)是看它的年發(fā)電量是否最高，每度電的成本是否最低。如果額定風(fēng)速取值偏高，設(shè)備按大風(fēng)載荷設(shè)計(jì)，造價(jià)偏高，使用中機(jī)組很少滿負(fù)荷運(yùn)行，風(fēng)頻較高的風(fēng)速不能被充分利用，設(shè)備利用率低，年發(fā)電量少，導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電經(jīng)濟(jì)性差，風(fēng)電營運(yùn)成本高；額定風(fēng)速取值過低，風(fēng)輪和發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸大，支撐結(jié)構(gòu)耗材多，制造成本高，大量高功率密度風(fēng)能被調(diào)控釋放，轉(zhuǎn)速和功率控制系統(tǒng)負(fù)擔(dān)重，風(fēng)電營運(yùn)成本也高。以往有很多“微風(fēng)發(fā)電”案例，已證明過分追求低風(fēng)速發(fā)電的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)效果都比較差。3.2.2、風(fēng)輪直徑當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的額定功率、額定風(fēng)速確定之后，可以預(yù)先設(shè)定風(fēng)輪功率系數(shù)、發(fā)電機(jī)效率、傳動系效率，估算風(fēng)輪直徑。式中：D——風(fēng)輪直徑（m）——額定功率（W）

ρ——空氣質(zhì)量密度，跟海拔高度、大氣溫度和濕度有關(guān)，其標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)ρ

=1.225kg/——額定風(fēng)速（m/s）

3.2.2、風(fēng)輪直徑——風(fēng)輪功率系數(shù)，估算時(shí)可取0.35～0.4——發(fā)電機(jī)效率（0.7～0.8）

——傳動及其他效率（齒輪箱0.85～0.9/直接驅(qū)動為1）

然后經(jīng)過試驗(yàn)、檢測、調(diào)整確定風(fēng)輪直徑。3.2.3、切入風(fēng)速風(fēng)力機(jī)開始發(fā)電時(shí)，輪轂高度處的最低平均風(fēng)速。為追求微風(fēng)發(fā)電將切入風(fēng)速降低到不合理的數(shù)值，會給風(fēng)輪、發(fā)電機(jī)及配套電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造帶來很多技術(shù)困難，不僅增加制造成本，由于低風(fēng)速時(shí)風(fēng)能密度極低，風(fēng)電機(jī)組獲取的電能有限，往往會造成得不償失的結(jié)果。低風(fēng)速風(fēng)能密度低，比如3m/s風(fēng)速時(shí)，即使運(yùn)行效率較高的機(jī)組轉(zhuǎn)換的電能按每平方米風(fēng)輪掃及面計(jì)算尚不足3W。小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)切入風(fēng)速在3m/s～4m/s為宜。3.2.4、切出風(fēng)速風(fēng)力機(jī)維持額定輸出功率，輪轂高度處的最高平均風(fēng)速。為更多的獲取風(fēng)能，又從安全考慮，確定切出風(fēng)速取20～25m/s是合理的，若干風(fēng)能資源統(tǒng)計(jì)資料顯示即使年均風(fēng)速較高的地區(qū)，超過25m/s風(fēng)速的吹刮時(shí)間是有限的。機(jī)組的設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求高、制造成本高。風(fēng)力機(jī)在超過25m/s風(fēng)速下運(yùn)行，又處在調(diào)控運(yùn)行狀態(tài)，風(fēng)載荷及動態(tài)應(yīng)力水平都很高，風(fēng)力機(jī)容易遭受破壞。3.2.5、機(jī)組效率因此孤立的追求單項(xiàng)的風(fēng)輪效率、傳動效率和電機(jī)效率高指標(biāo)是沒有實(shí)用意義的。風(fēng)力機(jī)從切入風(fēng)速到額定風(fēng)速風(fēng)輪、傳動和發(fā)電機(jī)之間要有轉(zhuǎn)速、功率和轉(zhuǎn)矩的合理匹配。設(shè)計(jì)目標(biāo)是把發(fā)電機(jī)的輸入軸功率及轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速的變化曲線，與風(fēng)輪輸出的功率、轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速的變化曲線相擬合，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)才能在較寬的工作范圍保持較高的機(jī)組運(yùn)行效率，獲得較多的年發(fā)電量、最佳的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。日本櫻關(guān)村并網(wǎng)發(fā)電風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出功率式中，Cp為風(fēng)輪功率系數(shù)；

η1為發(fā)電機(jī)效率；

η2為傳動及其它電氣轉(zhuǎn)換效率3.2.5、機(jī)組效率對于小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，風(fēng)輪與發(fā)電機(jī)的動力負(fù)荷匹配是決定機(jī)組運(yùn)行效率的關(guān)鍵技術(shù)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組要求風(fēng)輪動力輸出特性和發(fā)電機(jī)負(fù)載(發(fā)電機(jī)輸入軸功率）特性相擬合，如不能擬合，其動力——負(fù)載不匹配，會導(dǎo)致風(fēng)輪不能運(yùn)行在最佳葉尖速比附近，風(fēng)輪效率低，機(jī)組達(dá)不到額定輸出功率。為便于風(fēng)輪動力和發(fā)電機(jī)負(fù)載的匹配設(shè)計(jì)，風(fēng)輪理論設(shè)計(jì)完成后須提供如下技術(shù)數(shù)據(jù)和參數(shù)：風(fēng)輪功率系數(shù)、推力系數(shù)、力矩系數(shù)以及風(fēng)輪轉(zhuǎn)速、風(fēng)輪軸功率、風(fēng)輪軸扭矩、風(fēng)輪推力在額定風(fēng)速以下及額定風(fēng)速附近的變化規(guī)律，以便于進(jìn)行發(fā)電機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。3.3、風(fēng)力機(jī)的振動風(fēng)力機(jī)在運(yùn)行中受空氣動力作用將會產(chǎn)生變形和振動，風(fēng)力機(jī)在風(fēng)剪、塔影、陣風(fēng)以及葉片離心慣性力、風(fēng)輪、發(fā)電機(jī)和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)運(yùn)動慣性力、科氏力（矩）作用下，承受多種交變載荷。這些載荷還會通過相連機(jī)體傳遞到傳動系統(tǒng)、支撐結(jié)構(gòu)、尾舵及塔桿形成動態(tài)響應(yīng)，引起很大的動應(yīng)力，縮短風(fēng)力機(jī)的使用壽命，甚至在發(fā)生共振時(shí)產(chǎn)生斷裂解體破壞。3.3.1、風(fēng)力機(jī)振動的原因分析風(fēng)力機(jī)在運(yùn)行中常出現(xiàn)機(jī)械振動，風(fēng)輪是主要振動源。在風(fēng)能轉(zhuǎn)換過程中風(fēng)的速度和方向瞬息變化，常有劇烈陣風(fēng)沖擊，空氣動力不平衡和運(yùn)動件離心慣性力的不平衡都將造成風(fēng)輪及風(fēng)力機(jī)的振動。風(fēng)輪產(chǎn)生的激振力來源于：a、非均勻氣流：包括風(fēng)剪、陣風(fēng)、湍流、斜流b、風(fēng)輪側(cè)風(fēng)旋轉(zhuǎn)c、陀螺效應(yīng)引起的力及力矩d、葉片制造、風(fēng)輪裝配過程造成的氣動力、慣性不平衡。3.3.1、風(fēng)力機(jī)振動的原因分析常見小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)在運(yùn)行中出現(xiàn)程度不同的振動，在較大風(fēng)速（大于12m/s）下劇烈振動，發(fā)生葉片飛逸、尾舵斷裂脫落的重大事故發(fā)生。分析其原因是：a、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，不能有效地實(shí)時(shí)控制，風(fēng)輪轉(zhuǎn)速忽高忽低，風(fēng)力機(jī)主體頻繁回轉(zhuǎn)振蕩，風(fēng)力機(jī)運(yùn)行極不穩(wěn)定

；b、葉片對回轉(zhuǎn)中心的水平靜力矩、風(fēng)輪的平衡（質(zhì)量慣性力以及氣動力）未達(dá)到規(guī)定要求c、風(fēng)輪、葉片、支撐結(jié)構(gòu)等零、部件未進(jìn)行固有振動頻率的檢測，并相應(yīng)采取避免動態(tài)響應(yīng)和產(chǎn)生共振的技術(shù)措施d、風(fēng)力機(jī)安裝地點(diǎn)存在嚴(yán)重的湍流。3.3.2、減輕或消除風(fēng)力機(jī)振動的技術(shù)措施a、應(yīng)計(jì)算或測定葉片在運(yùn)行和靜止?fàn)顟B(tài)下在揮舞，擺動和扭轉(zhuǎn)方向的一階、二階固有頻率。應(yīng)避開額定轉(zhuǎn)速以及附近轉(zhuǎn)速的風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)激振頻率。葉片在設(shè)計(jì)制造中可以通過內(nèi)部結(jié)構(gòu)和質(zhì)量分布調(diào)整它的固有頻率，使激振頻率與葉片的固有頻率相差百分之十；與風(fēng)輪的固有頻率相差百分之二十。在額定轉(zhuǎn)速以及附近轉(zhuǎn)速范圍不發(fā)生共振，以降低葉片及風(fēng)輪的動應(yīng)力，延長其使用壽命。3.3.3、減輕或消除風(fēng)力機(jī)振動的技術(shù)措施b、把振動控制在保障風(fēng)力發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行的范圍。在葉片制造、風(fēng)輪裝配過程嚴(yán)格控制重力和重力矩平衡、慣性力平衡以及氣動力平衡、是減小乃至排除振源極為關(guān)鍵的技術(shù)措施。c、為避免由陀螺效應(yīng)引起振動，要在回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上設(shè)置限制回轉(zhuǎn)角速度的轉(zhuǎn)動阻尼器。小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)在迎風(fēng)調(diào)控過程中,把回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的回轉(zhuǎn)角速度控制在0.2-0.35rad/s。3.3.3、減輕或消除風(fēng)力機(jī)振動的技術(shù)措施d、風(fēng)輪平衡。3.4、小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的制造工藝以及質(zhì)量控制與管理據(jù)行業(yè)2011年統(tǒng)計(jì)資料顯示，國內(nèi)現(xiàn)有參與小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)整機(jī)或配套器件制造和銷售的有177家。真正具備技術(shù)實(shí)力和經(jīng)濟(jì)條件，正常有序地進(jìn)行生產(chǎn)、銷售和經(jīng)營的企業(yè)約有30家左右，其中產(chǎn)值過億元的企業(yè)僅有4家。長期以來，產(chǎn)業(yè)缺乏有效的產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)管機(jī)制，行業(yè)未實(shí)行設(shè)備的檢測和認(rèn)證制度。因而在小型風(fēng)電設(shè)備行業(yè)內(nèi)存在產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，甚至劣質(zhì)產(chǎn)品以低價(jià)推銷，嚴(yán)重干擾和抑制了小風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的正常發(fā)展。一些國內(nèi)外貿(mào)易在成交后不久，因產(chǎn)品性能和質(zhì)量問題產(chǎn)生摩擦、賠償，甚至退貨的事件時(shí)有發(fā)生。3.4、小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的制造工藝以及質(zhì)量控制與管理究其原因，除產(chǎn)品的技術(shù)設(shè)計(jì)存在缺陷有待完善之外，在制造工藝編制是否科學(xué)合理、制造過程各個(gè)環(huán)節(jié)的材質(zhì)、工藝處理、加工與裝配精度的控制與管理方面，也存在諸多亟需研究探討和有待改進(jìn)的問題。質(zhì)量控制應(yīng)該貫穿整個(gè)風(fēng)力機(jī)與它的所有部件的設(shè)計(jì)、采購、制造、安裝、運(yùn)行和維護(hù)的過程之中，建議質(zhì)量管理體系遵照ISO9000系列的要求。3.4、小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的制造工藝以及質(zhì)量控制與管理小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)制造過程中應(yīng)著重注意：a、大多數(shù)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)廠家的零部件加工依賴外協(xié)廠家完成。由于外協(xié)廠家裝備條件、技術(shù)水平和加工能力參差不齊，所以需要遵照設(shè)計(jì)要求和有關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，編制相應(yīng)的加工工藝、規(guī)范工藝流程、制定零部件加工質(zhì)檢驗(yàn)收條件，對入廠的零部件進(jìn)行嚴(yán)格的檢驗(yàn)，重點(diǎn)檢驗(yàn)用于制造零部件的材料（規(guī)格、化學(xué)成分、機(jī)械性能等）、零部件加工精度、零部件外觀（含防蝕處理）等；b、小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)制造過程中，廠家要掌控發(fā)電機(jī)生產(chǎn)的整個(gè)過程，發(fā)電機(jī)裝配完成后須由自己完成測試；3.4、小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的制造工藝以及質(zhì)量控制與管理c、葉片的生產(chǎn)需嚴(yán)格按照生產(chǎn)規(guī)程和生產(chǎn)工藝要求進(jìn)行，由自己生產(chǎn)或者委托可信賴的專業(yè)生產(chǎn)外協(xié)廠家制造，風(fēng)輪平衡調(diào)整工序必須由廠家自己完成；d、零部件及緊固件的防銹蝕處理、潤滑及密封狀況需認(rèn)真檢查，按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格進(jìn)行驗(yàn)收；e、總裝廠必須擁有和具備健全的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)性能檢測設(shè)備和試驗(yàn)手段，以利有效的控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)性能及產(chǎn)品質(zhì)量；f、建立產(chǎn)品質(zhì)量追溯流程，以便于產(chǎn)品質(zhì)量的控制和售后維護(hù)。3.4、小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的制造工藝以及質(zhì)量控制與管理使用卷揚(yáng)機(jī)的靜力加載試驗(yàn)

使用偏心旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的激振裝置試驗(yàn)

使用液壓加載器的雙軸單點(diǎn)加載的疲勞試驗(yàn)

分配梁加載實(shí)例

3.5、電氣控制系統(tǒng)

3.5.1電氣控制系統(tǒng)基本要求

小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)對配套電氣控制系統(tǒng)的基本要求如下：a、整流器件的耐電壓、耐電流的高限值要有充足的裕度，推薦3倍以上；b、向蓄電池充電的控制系統(tǒng)，以充電電流為主控元素，控制蓄電池的均充、浮充轉(zhuǎn)換，以均充電壓、浮充電壓、充電時(shí)間作為控制條件，按蓄電池的充電、放電技術(shù)規(guī)范進(jìn)行充、放電；c、向逆變器供電時(shí)應(yīng)滿足逆變器所需直流電壓和容量的要求；3.5.1、電氣控制系統(tǒng)基本要求d、應(yīng)配備超額定輸出功率容量的分流卸荷器；e、應(yīng)具備檢測風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速、輸出電壓、輸出電流、發(fā)電機(jī)溫度、機(jī)組振動等狀態(tài)，超過限定值或允許范圍時(shí)，控制系統(tǒng)自動實(shí)施風(fēng)力機(jī)制動停機(jī)；f、應(yīng)有防直流“+”、“-”極反接、防蓄電池過放電等保護(hù)功能；g、具備防觸電、避雷等安全保護(hù)功能。3.5.2、電氣控制系統(tǒng)的構(gòu)成及功能a、功率容量幾千瓦的離網(wǎng)風(fēng)電系統(tǒng)常配置簡易的控制器。它包括三相全橋整流、電壓限制、卸載分流電阻箱、對蓄電池充電時(shí)的充放保護(hù)和容量5kVA以下逆變電源。逆變電源輸出的交流電波形分正弦波和方波，感性負(fù)載宜采用正弦波形的逆變電源。b、比較完善的電氣控制系統(tǒng)：采用了PWM斬波整流，使電氣控制系統(tǒng)具備了AC-DC/DC-AC雙向變換功能；采用升壓型（Boost）可控整流時(shí)，能彌補(bǔ)永磁發(fā)電機(jī)在低轉(zhuǎn)速時(shí)電壓偏低的缺陷，提升風(fēng)力發(fā)電機(jī)低風(fēng)速時(shí)的輸出功率同時(shí)改善了輸出的交流波形，大幅度提高了發(fā)電機(jī)的運(yùn)行效率；切入了最大功率跟蹤技術(shù)（PTTP），充分利用風(fēng)能提升了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的年發(fā)電量；具備蓄電池智能充電功能，延長了蓄電池的使用壽命；設(shè)置了狀態(tài)顯示和主參數(shù)通訊接口，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)控。功能完善的控制系統(tǒng)能保障風(fēng)力機(jī)技術(shù)性能可靠，運(yùn)行穩(wěn)定安全。3.5.2、電氣控制系統(tǒng)的構(gòu)成及功能北龍島逆變控制系統(tǒng)

3.5.2、電氣控制系統(tǒng)的構(gòu)成及功能小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行時(shí)通常采用如圖所示的電路。由低轉(zhuǎn)速永磁發(fā)電機(jī)發(fā)出的頻率、幅值變化的交流電經(jīng)過整流之后變?yōu)橹绷麟?，?jīng)Boost電路升壓后，再通過三相逆變器變換為與電網(wǎng)（低電壓供電網(wǎng)）同頻、同相位的三相恒壓交流電。這種由不可控整流、Boost升壓電路和逆變器組成的變流電氣系統(tǒng)控制方式簡單，性能可靠，運(yùn)行穩(wěn)定，制造成本低，適用于與永磁同步發(fā)電機(jī)配套應(yīng)用。3.5.2、電氣控制系統(tǒng)的構(gòu)成及功能AH15kW在青島四八零八船廠并網(wǎng)（AC400V）發(fā)電

3.5.2、電氣控制系統(tǒng)的構(gòu)成及功能

3.5.2.1、變流器變流器的功能是把風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的電壓和頻率總在變化的交流電能通過整流變換成直流電，然后再經(jīng)過逆變器變換成恒頻恒壓的交流電饋送到電網(wǎng)或單獨(dú)向負(fù)載供電。 如圖示小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)電氣箱控制技術(shù)更先進(jìn)，性能更可靠，轉(zhuǎn)換效率可達(dá)97%，適用于小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的啟動、功率調(diào)節(jié)和停止。臺達(dá)

3.5.2、電氣控制系統(tǒng)的構(gòu)成及功能

3.5.2.1、變流器控制箱主要由全功率變流器、模塊電源、觸摸屏、并網(wǎng)斷路器、防雷器、溫度、濕度調(diào)節(jié)單元和防雨箱體等組成。其主要特點(diǎn)在于采用全功率背靠背（可控直流、雙PWM）變流器，減小入網(wǎng)諧波，提高發(fā)電機(jī)效率；最大功率點(diǎn)跟蹤控制，提高了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行效率；有人機(jī)對話界面視屏便于參數(shù)設(shè)定和隨時(shí)實(shí)施調(diào)節(jié)控制。臺達(dá)3.5.2、電氣控制系統(tǒng)的構(gòu)成及功能3.5.2.2、保護(hù)裝置確保防止來自自身和外部電氣系統(tǒng)的異常的保護(hù)裝置，應(yīng)符合GB5226.1-2002的7.1到7.5和7.8中的相關(guān)規(guī)定。這些裝置包括斷路器、過電流保護(hù)的保險(xiǎn)絲、溫度保護(hù)的熱元件等。3.5.2.3、斷開裝置維修或測試時(shí)，要求斷開裝置能夠把電氣系統(tǒng)與所有電氣能量源切斷。3.5.2.4、接地系統(tǒng)應(yīng)符合IEC60364-5-54和本地區(qū)電氣規(guī)程的要求。接地裝置（接地電極、導(dǎo)體、匯流排和主端子）的安裝、布局和選擇應(yīng)與小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)用的雷電防護(hù)相匹配。接地電極系統(tǒng)充分滿足當(dāng)?shù)氐耐寥罈l件的范圍。丹麥5kW并網(wǎng)供電3.5.2、電氣控制系統(tǒng)的構(gòu)成及功能3.5.2.5、避雷小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的雷電防護(hù)可參照IEC61400-24中的有關(guān)規(guī)定。雷電防護(hù)措施沒有必要擴(kuò)展到葉片。3.5.2.6、電氣導(dǎo)體和電纜小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的的導(dǎo)體應(yīng)依照GB5226.1-2002的有關(guān)規(guī)定，考慮其特殊的應(yīng)用條件，如溫度、電壓、電流、環(huán)境條件和裸露（紫外線、油污）造成的老化，還應(yīng)考慮導(dǎo)體在安裝和使用操作時(shí)受拉伸和扭曲可能造成的機(jī)械應(yīng)力，來確定等級。在存在嚙齒動物或其他動物損害電纜的地方，應(yīng)使用帶鎧電纜或套管。地埋電纜應(yīng)埋在一個(gè)適當(dāng)?shù)纳疃纫悦獗煌ㄐ熊囕v壓軋損壞。在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮保護(hù)的電壓極限，以使電力傳輸中任何過電壓不會超過導(dǎo)體的絕緣等級。3.6、制動系統(tǒng)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)多采用風(fēng)輪直接驅(qū)動發(fā)電機(jī)的方式，制動力矩施加在風(fēng)輪軸或發(fā)電機(jī)軸的輸出端，直接反作用于風(fēng)輪的驅(qū)動力矩。制動系統(tǒng)分為手動、自動兩大類。手動制動系統(tǒng)包括縱操結(jié)構(gòu)、制動力傳輸和制動器；自動制動系統(tǒng)包括制動信息傳感器、微處理器和制動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。3.6.1、手動制動系統(tǒng)一種構(gòu)造比較簡單的制動系統(tǒng)，見圖1、圖2。圖1是在需要停止風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)動時(shí)扳動手柄，牽拉鋼絲繩、經(jīng)過滑輪變換拉力方向，通過杠桿增大作用力，漲開制動蹄，剎住緊固在電機(jī)軸上（與風(fēng)輪同軸旋轉(zhuǎn)）的制動轂。圖13.6.1、手動制動系統(tǒng)圖2與圖1不同的是牽拉鋼絲繩折彎尾舵，在風(fēng)輪偏離風(fēng)向某一角度時(shí)（比如與風(fēng)向的夾角30～40°），尾舵軸上的搖臂開始接觸液力總泵推桿，然后在繼續(xù)折尾的過程中總泵液力逐漸增大，驅(qū)動總泵和剎車片夾緊固定在電機(jī)軸端的制動盤，使風(fēng)力機(jī)停止轉(zhuǎn)動。這個(gè)制動系統(tǒng)應(yīng)用在采取了折尾、風(fēng)輪偏離風(fēng)向限速機(jī)構(gòu)的風(fēng)力機(jī)上，可將制動與折尾聯(lián)動在一起，把制動的操縱方式變?yōu)樽詣雍褪謩蛹嬗?。圖2手動液壓制動系統(tǒng)3.6.2、自動制動系統(tǒng)一種構(gòu)造簡單、可靠性高且較為通用的液壓制動系統(tǒng)，如圖3所示。制動盤與電機(jī)軸固定在一起，并隨著電機(jī)軸旋轉(zhuǎn)。制動分泵的制動缸與制動蹄加緊制動盤產(chǎn)生摩擦力進(jìn)行制動。制動分泵的液壓油通過油管1和油管2連接到制動總泵上，制動總泵是一個(gè)柱塞泵，推動制動總泵的活塞桿，將壓力較高的液壓油通過油管注入到分泵的油缸里，制動盤與制動鉗產(chǎn)生摩擦力，起到制動的目的。系統(tǒng)中的信息傳感器采集風(fēng)力機(jī)最高轉(zhuǎn)速限定值和風(fēng)速最大限定值，由PLC給出制動指令，啟動電動絞盤或液力控制閥，通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)向風(fēng)輪軸實(shí)施機(jī)械制動或液力制動。圖3液壓自動制動系統(tǒng)3.6.2、自動制動系統(tǒng)對小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)置制動系統(tǒng)時(shí)，需要考慮以下幾個(gè)問題：（1）風(fēng)輪的驅(qū)動力矩在350N·m以下，且具有可靠、有效的調(diào)（限）速機(jī)構(gòu)的風(fēng)力機(jī)可采用手動制動系統(tǒng)；風(fēng)輪驅(qū)動力矩較大的風(fēng)力機(jī)，無論有無有效的調(diào)速系統(tǒng)，都應(yīng)選擇兼有大風(fēng)保護(hù)、自動停機(jī)功能的自動制動系統(tǒng)。（2）由于制動系統(tǒng)是直接對風(fēng)輪軸實(shí)施制動，要求制動系統(tǒng)的制動力矩要大于風(fēng)力機(jī)運(yùn)行時(shí)風(fēng)輪驅(qū)動和轉(zhuǎn)動慣量合成的力矩，并要有足夠的裕度。通常，最大制動力矩裕度為1.5—2倍。風(fēng)光互補(bǔ)為基站供電（3）當(dāng)風(fēng)輪的轉(zhuǎn)動慣量較大時(shí)，要求制動系統(tǒng)在實(shí)施制動時(shí)不要過猛。據(jù)經(jīng)驗(yàn)，制動歷時(shí)30～40s比較安全合理。（4）對于采用變槳距運(yùn)行的風(fēng)力機(jī)，在實(shí)施制動前先行變槳距，使風(fēng)輪氣動力轉(zhuǎn)矩變小后，再實(shí)施制動則更為有利，可以有效減少對風(fēng)力機(jī)的損害。3.7、蓄能裝置當(dāng)前風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)可選擇的蓄能方式有：蓄電池蓄能、飛輪蓄能、提水蓄能、壓縮空氣蓄能、電解水制氫蓄能等幾種。小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)離網(wǎng)運(yùn)行時(shí)廣泛采用蓄電池作為蓄能裝置。蓄電池的作用是當(dāng)風(fēng)力強(qiáng)勁、風(fēng)力機(jī)發(fā)電量大，或用電負(fù)荷少時(shí)，將電能存入蓄電池；當(dāng)風(fēng)力較弱，或用電負(fù)荷較大時(shí)，蓄電池中的電能向負(fù)荷供電，以補(bǔ)充風(fēng)電的不足，保持風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定供電的運(yùn)行狀態(tài)。目前，小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)離網(wǎng)運(yùn)行時(shí)較多采用儲能型（固定）鉛酸蓄電池，它的單體電動勢為2V，單體容量從幾百安時(shí)到數(shù)千安時(shí)。電池組配套時(shí)可根據(jù)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的要求，以串、并聯(lián)接方式組合成所需要的端電壓（V）和總?cè)萘浚ˋh）。3.7、蓄能裝置蓄電池使用中應(yīng)按技術(shù)規(guī)范對蓄電池充放電，不允許過充電和過放電。要求每2V單體電動勢，放電時(shí)不得低于1.7V，充電時(shí)不得高于2.4V；充放電過程，按電池容量的1/10--1/20數(shù)值控制電流量（A）。蓄電池經(jīng)多次充放電之后，其充放電轉(zhuǎn)換效率和電池容量會迅速降低，壽命即終結(jié)，繼續(xù)使用已很不經(jīng)濟(jì)。影響蓄電池使用壽命的因素很多，其中主要有：a、未按技術(shù)規(guī)范配制符合要求的電解液；b、未嚴(yán)格實(shí)行均充、浮充分階段充電規(guī)程；c、蓄電池過度充電、深度放電；d、蓄電池在虧電狀態(tài)下，久置未及時(shí)充電。3.8、塔架

3.8.1、塔架的高度和極限載荷塔架高度：由于地表的粗糙度影響，產(chǎn)生風(fēng)的剪切效應(yīng)，塔架越高，風(fēng)速越大，風(fēng)力機(jī)獲取的風(fēng)能越多，但是制造成本和安裝費(fèi)用也越高。確定經(jīng)濟(jì)、合理的塔架高度需要從風(fēng)能量增益、制造成本和安裝費(fèi)用統(tǒng)籌考慮，通常取風(fēng)輪直徑的2.5～3倍。極限載荷：安裝使用地點(diǎn)的極大風(fēng)速，按當(dāng)?shù)貛资暌挥?/p>