750 kW風(fēng)力機(jī)組特點(diǎn)探析

趙樹富　方聰

摘 要 國內(nèi)風(fēng)力機(jī)組市場競爭日益激烈，技術(shù)先進(jìn)優(yōu)點(diǎn)突出的風(fēng)力機(jī)組則在市場中尤為重要。但是目前我國各大風(fēng)電場所使用750 kW的風(fēng)力機(jī)組的功率調(diào)節(jié)方式可分為失速式調(diào)節(jié)和變槳式調(diào)節(jié)，此兩種功率調(diào)節(jié)方式在此功率段都有相應(yīng)的弊端，我公司推出的主動(dòng)失速型風(fēng)力機(jī)組成功的綜合了這兩種調(diào)節(jié)方式的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又回避了各自的缺點(diǎn)，而且機(jī)組的成本比較前兩種傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)方式的風(fēng)力機(jī)組變化不大。

關(guān)鍵詞 失速；主動(dòng)失速；變漿；葉尖擾流器；晶閘管

中圖分類號(hào)：TM315 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）06-0126-01

目前我國各大風(fēng)電場所使用750 kW的風(fēng)力機(jī)組的功率調(diào)節(jié)方式可分為失速式調(diào)節(jié)和變槳式調(diào)節(jié)，此兩種功率調(diào)節(jié)方式在此功率段都有相應(yīng)的弊端。我公司生產(chǎn)的主動(dòng)失速型風(fēng)力機(jī)組較其他兩種機(jī)組的具體優(yōu)勢(shì)如下。

1 主動(dòng)失速型風(fēng)力機(jī)組既采用失速型葉片的優(yōu)點(diǎn)又綜合變漿距系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

失速型機(jī)組對(duì)安裝角要求比較高，需要將葉片的安裝角調(diào)整到盡量的最佳位置，否則在額定風(fēng)速時(shí)影響機(jī)組的出力；另外失速型機(jī)組的葉片角度不能調(diào)節(jié)，在固定的角度下從空氣中的吸收的功率只接受空氣密度的影響，在空氣稀薄的地區(qū)直接影響葉片吸收的能量，因此造成在高海拔地區(qū)的機(jī)組在額定風(fēng)速下達(dá)不到其額定輸出。

由于定漿型機(jī)組的葉漿不能自動(dòng)調(diào)節(jié)，在啟動(dòng)風(fēng)速下啟動(dòng)特性比較差；在風(fēng)輪靜止時(shí)，出現(xiàn)氣流的擾動(dòng)，那么起動(dòng)力矩很小，主要是由于在葉片的表面上的流動(dòng)氣流變化而造成的，從而對(duì)葉片的抗扭力性能要求較高。

采取主動(dòng)失速的風(fēng)力機(jī)開機(jī)時(shí)，將漿葉節(jié)距推進(jìn)到可獲得最大功率位置，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組超過額定功率后，槳葉節(jié)距主動(dòng)向失速方向調(diào)節(jié)，將功率調(diào)整在額定值上，由于功率曲線在失速范圍的變化率比失速前要低得多，控制相對(duì)容易，輸出功率也更加平穩(wěn)。在切入風(fēng)速到額定風(fēng)速以前主動(dòng)失型比失速型風(fēng)能發(fā)電機(jī)的功率輸出飽滿，而且使機(jī)組的啟動(dòng)性能好。

定漿型機(jī)組在超過額定風(fēng)速時(shí)，迎角進(jìn)入失速區(qū)，氣動(dòng)阻力變得很大，軸向推力隨著風(fēng)速的增加而增加，所以失速型風(fēng)輪產(chǎn)生的軸向推力，隨著風(fēng)速的增加而增加，這樣就要求失速型機(jī)組的各個(gè)部件比主動(dòng)失速型機(jī)組所承受的載荷要大，各部件所要求的強(qiáng)度要高。

主動(dòng)失速型機(jī)組的風(fēng)輪的葉片可以根據(jù)風(fēng)速進(jìn)行調(diào)整，由此使得主動(dòng)失速型風(fēng)力機(jī)組的起動(dòng)性能好，由此葉片根部承受風(fēng)變動(dòng)載荷小。同時(shí)對(duì)葉片，機(jī)艙和塔架上所承受的動(dòng)載荷要小，使得該部件的重量和機(jī)械強(qiáng)度要求有所降低，從而這些部件的制作成本比失速型風(fēng)機(jī)要低。

失速型機(jī)組受空氣密度的影響也比較大，在高海拔地區(qū)有可能達(dá)不到其額定輸出，主動(dòng)失速型機(jī)組采用失速型葉片，其特點(diǎn)為利用空氣動(dòng)力學(xué)原理和葉柵原理根據(jù)葉片的長度和翼型的扭角分布的不同，控制風(fēng)速在葉片表面產(chǎn)生升力和阻力之間的關(guān)系。 由于風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速恒定，風(fēng)速增加葉片上的迎角隨之增加，直到最后氣流在翼型上表面分離而產(chǎn)生脫落的失速特性。當(dāng)風(fēng)速處在額定風(fēng)速到切出風(fēng)速之間的速度范圍時(shí)，使得主動(dòng)失速型風(fēng)力機(jī)組完全利用定漿距葉片的這些優(yōu)點(diǎn)，從而不需要機(jī)組在利用控制系統(tǒng)在此速度范圍段根據(jù)風(fēng)速實(shí)況的不同做出實(shí)時(shí)的葉片角度調(diào)節(jié)，使得主動(dòng)失速型風(fēng)力機(jī)組的控制系統(tǒng)比變漿控系統(tǒng)的功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)簡單實(shí)用的多，完全取消掉了此風(fēng)速段內(nèi)的變漿調(diào)節(jié)。因此控制系統(tǒng)的控制邏輯要簡單，控制元件少，故障少等的優(yōu)點(diǎn)，則相應(yīng)的維修維護(hù)成不僅容易而且成本很低。同時(shí)也消除掉了空氣密度的影響輸出功率的這一因素，風(fēng)力機(jī)組輸出的功率穩(wěn)定，在額定功率點(diǎn)波動(dòng)不大。

2 減少葉片的葉尖繞流器及液壓系統(tǒng)的突開閥

氣動(dòng)剎車機(jī)構(gòu)是由安裝在葉尖的擾流器通過不銹鋼絲繩與葉片根部的液壓油缸的活塞桿相聯(lián)接構(gòu)成的。當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，在液壓力的作用下，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)需要停機(jī)時(shí)，葉尖剎車打開，當(dāng)風(fēng)輪在葉尖（氣動(dòng)）剎車的作用下轉(zhuǎn)速低到一定程度時(shí)，再由機(jī)械剎車使風(fēng)輪剎住到靜止。當(dāng)然也有極個(gè)別風(fēng)力發(fā)電機(jī)沒有葉尖剎車，但要求有較昂貴的低速軸剎車以保證機(jī)組的安全運(yùn)行。

主動(dòng)失速型機(jī)組的葉片完全取消掉了通過葉尖擾流器降低風(fēng)速的功能，葉片上完全不需要?dú)鈩?dòng)剎車這部分結(jié)構(gòu)，在液壓系統(tǒng)也不需要突開閥部分，風(fēng)輪速度的降低是通過葉片角度的調(diào)整使得葉片受力面積減小實(shí)現(xiàn)的，調(diào)整葉片角度到順漿位置即可使機(jī)組停止下來。完全不需要失速型機(jī)組氣動(dòng)剎車系統(tǒng)對(duì)制作要求嚴(yán)格和系統(tǒng)可靠性高的特點(diǎn)，由此使得主動(dòng)失速型機(jī)組的葉片結(jié)構(gòu)變得簡單，制作變得容易，故障點(diǎn)少，維修維護(hù)方便。

3 穩(wěn)定可靠的風(fēng)的信號(hào)采集系統(tǒng)

上風(fēng)向風(fēng)機(jī)組其測風(fēng)點(diǎn)的布置是人們常感到困難的問題，如果布置在機(jī)艙的后面，風(fēng)速、風(fēng)向的測量準(zhǔn)確性會(huì)受到風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)的影響，影響他們采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和真實(shí)性。

目前我公司采用兩套風(fēng)向儀和風(fēng)速儀的風(fēng)測量系統(tǒng)，這種方案增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。通過風(fēng)向儀和風(fēng)速儀同時(shí)采集風(fēng)況信息后，再輸入到風(fēng)力機(jī)組的控制系統(tǒng)由控制器對(duì)信號(hào)進(jìn)行比對(duì)處理后，再由控制器對(duì)控制個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)作出相應(yīng)的動(dòng)作。所以兩套風(fēng)向儀和風(fēng)速儀的方式能夠消除風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)對(duì)采集數(shù)據(jù)的影響。

4 合理的晶閘管并網(wǎng)開關(guān)組合

隨著電力電子元器件的性能的提高，經(jīng)濟(jì)成本的降低，高功率的晶閘管技術(shù)越來越成熟并且經(jīng)濟(jì)適用。750 kW機(jī)組采用晶閘管軟并網(wǎng)方式，充分利用晶閘管的導(dǎo)通特性，減少機(jī)組并網(wǎng)時(shí)電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊實(shí)現(xiàn)軟并網(wǎng)連接。同時(shí)在雙向晶閘管兩端并接有旁路并網(wǎng)自動(dòng)開關(guān)，實(shí)現(xiàn)在晶閘管并網(wǎng)成功后自動(dòng)切換到旁路的自動(dòng)開關(guān)。從而降低異步發(fā)電機(jī)的額定電流的對(duì)晶閘管沖擊，降底對(duì)晶閘管的高反壓性能的要求。

5 小結(jié)

本文簡要分析了我公司生產(chǎn)的750 kW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組優(yōu)點(diǎn)，在對(duì)比其他兩種功率調(diào)節(jié)方式的機(jī)組后，可以簡單的概括為：1）機(jī)組的起動(dòng)性能好；2）剎車機(jī)構(gòu)簡單，通過葉片順漿后風(fēng)輪轉(zhuǎn)速可以逐漸下降；3）額定點(diǎn)以后的輸出功率波動(dòng)較小，同時(shí)受空氣密度影響較小；4）機(jī)組的性價(jià)比其他兩種機(jī)組要高的多。因此在同等的功率面積下，主動(dòng)失速型機(jī)組在各個(gè)功率段都有很好地調(diào)節(jié)特性，輸出功率比較穩(wěn)定平滑，適合比較復(fù)雜的風(fēng)況。

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