b第二章定桨恒速风力发电机组的控制解析.pptVIP

气流动能为 m 空气质量，v 气流速度 密度为ρ的气流过面积 S 的气体体积为 V，M= ρ V= ρSv 则单位时间内气流所具有的动能为 理想风轮与贝兹（Betz）理论： 前后空气体积相等：S1v1=Sv=S2v2 根据牛顿第二定律，单位时间内风轮上的受力 F= mv1-mv2= ρSv(v1-v2) 风轮吸收的功率P=Fv= ρSv2 (v1-v2) 风轮吸收的功率又等于风轮前后动能（单位时间）的变化： 令两式相等，得 经过风轮风速变化产生的功率为 其最大功率可令 得 ，代入后得到的最大理想功率为 与气流扫掠面积风的能量相比，可得风力机的理论最大效率： 1、风能利用系数 ： 风力机的实际功率 其中CP为风能利用系数，它小于0.593 2、叶尖速比 为了表示风轮在不同风速中的状态，用叶片圆周速度与风速比来衡量，称叶尖速比 1、桨叶的翼型 叶尖扰流器 光伏应用技术专业暑期调研交流会暨专业建设研讨会 单击此处编辑母版标题样式 风 电 机 组 检 测 与 控 制 张兰红 盐城工学院 电气工程学院 第二章　定桨恒速风力发电机组的控制 第一节　定桨恒速风力发电机组的工作原理第二节　定桨恒速风力发电机组的监测与运行控制第三节　定桨恒速风力发电机组的发电过程控制 第四节　定桨恒速风力发电机组的制动与保护系统 第一节 定桨恒速风力发电机组的工作原理 一、叶轮结构二、桨叶的失速调节原理三、叶尖扰流器四、双速发电机五、功率输出六、桨距角与额定转速的设定对功率输出的影响 一、叶轮结构 定桨恒速风力发电机组的主要结构特点：桨叶与轮毂的连接是固定的，即当风速变化时，桨叶的迎风角度不能随之变化。 这一特点给定桨恒速风力发电机组提出了几个必须解决的问题: 一是当风速高于叶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，因为风力发电机组上所有材料的物理性能是有限度的，桨叶的这一特性被称为自动失速性能； 二是运行中的风力发电机组在电网突然失电或其他紧急情况下，桨叶自身必须具备制动能力，使风力发电机组能够在大风情况下安全停机。 一、叶轮结构 早期定桨恒速风力发电机组的叶轮并不具备制动能力，脱网时完全依靠安装在低速轴或高速轴上的机械制动装置通过摩擦制动，即通过摩擦力做功耗尽风力发电机组的旋转动能来实现制动。 这对于数十千瓦的机组来说问题不大，但对于大型风力发电机组如果只采用摩擦制动，就会短时间在局部位置上产生巨大的热量，对机组的安全性和传动系统的结构强度产生严重的影响。 1956年，丹麦工程师Johannes Juul针对定桨恒速风力发电机发明了紧急叶尖气动刹车。当风力机超速时，通过离心力的作用将叶尖气动阻尼板释放。为控制风力机转速提供了新的技术方案。 20世纪80年代，桨叶开发商以此为基础完成了叶尖扰流器的设计，并成功地应用在失速性桨叶上，解决了在高风速情况下的安全停机问题，使定桨恒速风力发电机组在相当长的时期内占据了主导地位，直到推出兆瓦级变速恒频风力发电机组。 当气流流经上下翼面形状不同的叶片时，因凸面的弯曲而使气流加速，压力较低； 凹面较平缓而使气流速度缓慢，压力较高，因而产生升力。 二、桨叶的失速调节原理 桨叶的失速性能是指它在最大升力系数Clmax附近的性能。 一方面，当桨叶的安装角β不变，随着风速增加攻角i增大时，升力系数Cl线性增大；在接近Clmax时，增大变缓；达到Clmax后开始减小。 另一方面，阻力系数Cd初期不断增大；在升力开始减小时，Cd继续增大，这是由于气流在叶片上的分离区随攻角的增大而增大，分离区形成大的涡流，流动失去翼型效应，与未分离时相比，上下翼面压力差减小，致使阻力激增，升力减小，造成叶片失速，从而限制了功率的增加，如图2-1所示。 二、桨叶的失速调节原理 图2-1　桨叶的失速原理 1. 风力机能量转换过程 Sv1 Sv Sv2 2、风力机的主要特性系数 3、桨叶的几何参数与空气动力特性 功角 升力角 零升力角 风向 弦长 攻角：来流方向与弦线的夹角i 零升力角：弦线与零升力线夹角θ 升力角：来流方向与零升力线夹角θ0 3、桨叶的几何参数与空气动力特性 A B 2、桨叶上的气动力 总的气动力，S — 桨叶面积，Cr — 总气动系数 C 压力中心 升力，与气流方向垂直，Cl — 升力系数 阻力，与气流方向平行，Cd — 阻力系数 Cd、Cl 是由设计的叶片决定的固有参数，也是气动力计算的原始依据。 4、升力和阻力的变化曲线