风力机功率调节方法

对应于不同的风速,如果能够适当调节风力机的叶尖速比,就可以保证风力机具有较高的风能利用系数,即最大限度地捕捉风能,进而使整个风力发电系统尽可能获得最大的功率输出。当风速超过额定风速太多时,还应该采取适当的保护措施,防止风力机的过载和破坏。

风力机的功率调节方式主要有以下两种类型。

1.定桨距风力机功率调节

定桨距指的是风轮叶片的桨距角固定不变,根据风力机叶片的失速特性来调节风力机的输出功率。定桨距失速型风力机的叶片有一定的扭角。在额定风速以下,空气沿叶片表面稳定流动,叶轮吸收的能量随空气流速的上升而增加；当风速超过额定风速后,风力机叶片翼形发生变化,在叶片后侧,空气气流发生分离,产生湍流,叶片吸收能量的效率急剧下降,保证风力机输出功率不随风速上升而增加。由于失速叶片自身存在扭角,因此叶片的失速从叶片的局部开始,随风速的上升而逐步向叶片全长发展,从而保证了叶轮吸收的总功率低于额定值,起到了功率调节的作用。定桨距失速功率调节型风力机依靠叶片外形完成功率的调节,机组结构相对简单,但机组结构受力较大。

定桨距风力机其风功率捕获控制完全依靠叶片的气动性能,优点是结构简单、造价低,同时具有较好的安全系数。缺点是难以对风功率的捕获进行精确地控制。

2.变桨距风力机功率调节(www.xing528.com)

变桨距风力机是通过调节风力机桨距角来改变叶片的风能捕获能力的输出功率,依靠叶片攻角的改变来保持叶轮的吸收功率在额定功率以下。

风力机启动时,调节风力机的桨距角,限制风力机的风能捕获以维持风力机转速恒定,为发电机组的软并网创造条件。当风速低于额定风速时,保持风力机桨距角恒定,通过发电机调速控制使风力机运行于最佳叶尖速比,维持风力机组在最佳风能捕获效率下运行。当风速高于额定风速时,调节风力机桨距角,使风轮叶片的失速效应加深,从而限制风能的捕获。

与定桨距失速型功率调节相比较,变桨距功率调节可以使风力发电机组在高于额定风速的情况下保持稳定的功率输出,可提高机组的发电量3%～10%,并且机组结构受力相对较小。但是,变桨距功率调节需要增加一套桨距调节装置,控制系统较为复杂,设备价格较高,而且对风速的跟踪有一定的延时,可能导致风力机的瞬间超载。同时,风速的不断变化会导致变桨机构频繁动作,使机构中的关键部件变桨轴承承受各种复杂负载,其寿命一般仅为4～5年,使得维修费用昂贵,机组可靠性大大降低。

随着风电技术的成熟和设备成本降低,变桨距风力机将得到广泛的应用。