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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

2012-07-17 16:04
孤身万里游
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  这两种类型的主要特点是:

  ① 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。

  ② 风力发电机结构简单,发电机、机舱、轮毂设计简单,成本较低。

  ③ 在大风中限速采用被动偏航或主动偏航控制。

  同时这两种类型的风力发电机在实际使用也存在明显的不足,存在一些由于控制技术方面存在的问题:

  (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、可靠性的首要问题。上述的两种风力机类型,是定浆矩类型,风轮随着受风风力的加大而不断增加转速,发电机输出电压和功率以三次方的比例上升,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,电的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。

  (2)刹车停机功能缺乏:目前这两种机型都缺乏必要的刹车停机手段,采用的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的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。

  (3)后端配置偏大。由于对于风轮转速缺乏有效的控制,为了避免对后端的控制器、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的稳定性,增加了机组整体成本,削弱了市场竞争力。

  因此现有的风力发电机组技术,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的负面影响,影响了中国中小型风力发电机行业的发展和国际市场竞争力。

  2. 变浆矩技术在中小型风力发电机组中应用的必要性和紧迫性

  我国现有中小型风力发电机组存在的问题,都是与它的主要结构定浆矩分不开的,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的问题。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的情况下,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,具有十分重要的必要性和紧迫性。

  变浆矩技术的原理与优势

  变浆矩指在叶片根部加装变桨轴承,叶片可以沿自身的轴线旋转,改变风轮的桨矩角,进而改变攻角。(如图3)

  定浆矩与变浆矩风机的比较优势

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