被动变桨下风向控制技术在中小型风力发电机组中的应用.docxVIP

被动变桨下风向控制技术在中小型风力发电机组中 地应用 摘 要：本文从分析国内现有中小型风力发电机组技术类型着手，介绍了被动变桨下风 向控制技术地原理、特点和变浆矩风力机组地优势， 并简要介绍了已开发成功地变浆矩下风 向机型、应用案例和市场前景 ? 国内中小型风力发电机组当前地主要技术类型、特点和存在地问题 随着近几年世界范围内对低碳经济地重视，作为分布式供电系统重要组成部分地中小型 风力发电机组得到了长足地发展，同时也存在一些技术和质量方面地问题 ?从目前国内主流 地中小型风力发电机看，主要技术类型有两种： 1?上风向、带尾舵、被动偏航限速； 2?上风 向、无尾舵、风速风向仪对风、主动偏航限制 ?（如图1、图2）b5E2RGbCAP TAWU土 Filter TAWU 土 Filter 这两种类型地主要特点是: 对风采用尾舵对风或采用风速风向仪自动对风，一般效果较好 风力发电机结构简单，发电机、机舱、轮毂设计简单，成本较低 在大风中限速采用被动偏航或主动偏航控制 同时这两种类型地风力发电机在实际使用也存在明显地不足，存在一些由于控制技术方 面存在地问题： （1）风机限速功能较差?在大风中风机限速问题成为中小型风力发电机组运行安全性、 可靠性地首要问题?上述地两种风力机类型，是定浆矩类型，风轮随着受风风力地加大而不 断增加转速，发电机输出电压和功率以三次方地比例上升， 第一种上风向带尾舵被动偏航限 速，可靠性很差，常常在大风中无法有效偏航限速导致转速失控、 电压上升击毁控制器，甚 至风叶飞出、风机吹掉； 第二种上风向无尾舵主动偏航限速， 性能已优于第一种类型， 但它 不停地测风速和风向， 偏航回转机构不停地工作， 控制系统及偏航电机都靠电力驱动， 电地 传输和储存都存在问题， 一旦偏航回转机构失灵后果不不堪设想， 会出现在大风中偏航不灵 敏、风轮转速失控上升，严重时会风叶飞出、机组损毁 .plEanqFDPw （2 ）刹车停机功能缺乏：目前这两种机型都缺乏必要地刹车停机手段，采用地电磁制动 是在控制器器上人为地将发电机三相输出短接， 这种方式在风轮转速较快地情况下会造成大 电流冲击烧坏发电机，同时对主轴、塔杆造成严重机械冲击，这种方式应该淘汰 .DXDiTa9E3d （3 ）后端配置偏大.由于对于风轮转速缺乏有效地控制，为了避免对后端地控制器、逆 变器系统造成损害， 所以很多逆变系统生产厂家通过加大卸荷电阻功率， 加大匹配功率，如 10kW风力发电机配20kW控制器、逆变器等系统以保证系统地稳定性， 增加了机组整体成 本，削弱了市场竞争力.RTCrpUDGiT 因此现有地风力发电机组技术，由于是定浆矩设计，偏航限制控制，存在问题突出表现 在低风速下启动困难， 高风速下限速困难， 且无有效停车机构， 在国内国际市场应用上也出 现一定地负面影响，影响了中国中小型风力发电机行业地发展和国际市场竞争 力.5PCzVD7HxA 变浆矩技术在中小型风力发电机组中应用地必要性和紧迫性 我国现有中小型风力发电机组存在地问题，都是与它地主要结构定浆矩分不开地，如果 能把定浆矩改为变浆矩，把偏航限速、卸荷限速这种从后控制”方式改为控制风轮转速从头 控制”方式，将彻底解决这些存在地问题 .因此在目前大多数厂家还在沿用以往带尾舵限速和 定桨偏航风机地情况下， 推广使用变浆矩风机， 对现有风力发电机升级换代， 提升国内中小 型风力发电机品质和技术水平，具有十分重要地必要性和紧迫性 .jLBHrnAILg 变浆矩技术地原理与优势 变浆矩指在叶片根部加装变桨轴承，叶片可以沿自身地轴线旋转，改变风轮地桨矩角， 进而改变攻角.（如图3） 啮合频率 倍频 第［级 第II级 第III级 1 52. 32 196. 39 530.25 2 104+64 392.78 1060.50 旋转频率 倍频 太阳轮轴 中间轴 高速轴 1 2. 9 9. 8 25.3 2 5. 9 1^.6 50.5 定浆矩与变浆矩风机地比较优势 定浆矩是指桨叶与轮毂地连接是固定地，桨矩角固定不变，即当风速变化时，桨叶地迎 风角度不能随之变化，故减速比一定，启动风速高，限速困难，输出功率不稳定 ?（如图4） XHAQX74J0X ling 4?MAe - ILr飞厂11rm?「［圖 R J 1■I 3 ling 4 ?MA e - IL r飞厂 11 rm? 「［圖 R J 1 ■I 3 NW FE ■ R V El 耳■ M A t rn皆电二n pi 电評i i ,=. 变浆矩调节地优点是桨叶受力较小，桨矩角可以随风速地大小而进行自动调节，因而尽 可能多地吸收风能转化为电能， 同时在高风速能有效控制转速， 保持功率稳定输出， 缺点是 机构和制作工艺相对复杂 .LDAYtRyKfE 下