第三章　定速定槳距風(fēng)電機(jī)組

第一節(jié)定速定槳距機(jī)組的特點(diǎn)

【知識(shí)目標(biāo)】

①掌握攻角、失速點(diǎn)的概念。

②掌握風(fēng)輪結(jié)構(gòu)和葉片的失速調(diào)節(jié)原理。

③了解葉尖擾流器、雙速發(fā)電機(jī)、功率輸出及其影響因素等。

【技能目標(biāo)】

①畫出攻角定義圖和失速點(diǎn)確定圖。

②理解攻角與氣動(dòng)效率之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組從20世紀(jì)80年代中期開始逐步實(shí)現(xiàn)了商品化、產(chǎn)業(yè)化。經(jīng)過十余年的發(fā)展，容量已從數(shù)十千瓦級(jí)增大到兆瓦級(jí)。盡管在兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的設(shè)計(jì)中已采用變槳距技術(shù)和變速恒頻技術(shù)，但由此增加了控制系統(tǒng)與伺服系統(tǒng)的復(fù)雜性，也對(duì)機(jī)組的成本和可靠性提出了新的挑戰(zhàn)。而定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠的優(yōu)點(diǎn)是始終存在的，而且在某些特定的條件下有其應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)。

一、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1風(fēng)輪

定槳恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是輪轂與葉片的連接是固定的，如圖3-1所示，也就是說風(fēng)速不斷變化時(shí)，葉片的迎風(fēng)角度不能隨之變化。

圖3-1風(fēng)輪結(jié)構(gòu)

槳距角：翼型的弦線與旋轉(zhuǎn)平面的夾角，如圖3-2所示。

迎風(fēng)角：風(fēng)速與旋轉(zhuǎn)平面有個(gè)夾角（迎角，攻角），如圖3-2所示。

2葉尖擾流器

葉尖擾流器的結(jié)構(gòu)如圖3-3所示。當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，在液壓系統(tǒng)的作用下，葉尖擾流器與葉片主體部分精密地合為一體，組成完整的葉片。當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組需要脫網(wǎng)停機(jī)時(shí)，擾流器按控制指令釋放并旋轉(zhuǎn)80°～90°形成阻尼板，由于葉尖部分處于距離旋轉(zhuǎn)中心的最遠(yuǎn)點(diǎn)，整個(gè)葉片作為一個(gè)長的杠桿，使葉尖擾流器產(chǎn)生的氣動(dòng)阻力相當(dāng)高，足以使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組迅速減速，這一過程即為葉片空氣動(dòng)力制動(dòng)。葉尖擾流器是定槳恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主要制動(dòng)器，每次制動(dòng)時(shí)都是它起主要作用。

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圖3-2槳距角平面圖

圖3-3葉尖擾流器

對(duì)于失速機(jī)組，葉片端部（葉尖）采用制動(dòng)，超速保護(hù)。制動(dòng)時(shí)葉尖部分繞葉片軸向旋轉(zhuǎn)90°，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)功能。通過葉尖擾流器來實(shí)現(xiàn)極端情況下的安全停機(jī)問題。

3雙速發(fā)電機(jī)

當(dāng)風(fēng)速為3～25m/s這個(gè)范圍時(shí)（運(yùn)行風(fēng)速），因?yàn)槿~片的攻角受氣流的影響不斷變化，如果這時(shí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速不能跟隨風(fēng)速的變化而調(diào)整，就必然要使風(fēng)輪在低風(fēng)速時(shí)的效率降低（但如果將最高效率點(diǎn)設(shè)置在低風(fēng)速區(qū)，則會(huì)使葉片過早進(jìn)入失速狀態(tài)）。

同時(shí)發(fā)電機(jī)本身也存在低負(fù)荷時(shí)的效率問題。盡管目前用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)已能設(shè)計(jì)得非常理想，如圖3-4所示，它們?cè)赑>25%額定功率范圍內(nèi)，均有高于90%的效率，但當(dāng)P<25%額定功率時(shí)，效率會(huì)急劇下降。為了解決低風(fēng)速時(shí)的效率問題，有一些定槳恒速風(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。

圖3-4發(fā)電機(jī)功率曲線圖

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定槳距風(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；1000kW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)成6極200kW和4極1000kW。

當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在低風(fēng)速段運(yùn)行時(shí)，不僅葉片具有較高的氣動(dòng)效率，發(fā)電機(jī)的效率也能保持在較高水平，從而使定槳