基于风力机的功率调节实现方案

基于风力机实现的功率调节主要是在额定风速以上时保持输出功率稳定。基本上有三种方法来进行功率控制：

1）失速控制；

2）变桨控制；

3）主动失速控制。

对于失速控制风力机，叶片是通过螺栓以固定的角度安装在轮毂上的。失速现象用于在风速过高时限制功率输出。原理是通过设计叶片的几何形状来达到，在风速超过选定的临界值时，在叶片的下风向侧产生流动分离。风力机的失速控制要求风轮叶片的正确整形，以及正确设定相对于风轮平面的叶片角度。这种方法的缺点是，低风速时效率太低，并且由于空气密度及电网频率变化，造成不能起动和最大稳定功率状态点的变化。

对于变桨距控制风力机，叶片可以转动，调整叶片几何弦与平行风向的角度。系统随时监测功率输出，一旦太高，就改变叶片桨距角以减少所产生的功率。一旦风速降下来，叶片又被转回来。风力机的变桨距控制要求设计确保叶片被偏转精确的角度，以优化所有风速下的出力。现今，风力机的变桨距控制同风轮的变转速一起采用。这种控制形式的优点是有很好的功率控制，在高风速的情况下，出力的平均值保持在发电机的额定值附近，缺点是变桨距机构自身的复杂性以及在高风速下的功率波动。(www.xing528.com)

主动失速控制风力机类似于变桨距风力机，也有可以变桨距的叶片。低风速时，主动失速控制风力机像变桨距控制风力机那样运行。高风速时，将向变桨控制风力机相反的方向转动叶片，强迫叶片失速。这样可以得到相当准确的出力控制。使得在所有高风速情况下，风力机在额定功率下运行成为可能。这种控制方式还有一个优点，就是可以补偿空气密度的变化。

图5-6所示为一台风力机的等功率曲线族，它是叶片桨距角和平均风速的函数。变桨距控制和主动失速控制的范围是以风轮平面的叶片桨距角为0°进行区分的。在低风速时，风力机的优化运行在0°附近。在高风速时，如果叶片桨距角不相应进行调整，风力机将出现过载。变桨距控制叶片是正向变桨距也就是进气边转向来风，而主动失速控制叶片是负向变桨距也就是出气边转向来风。功率控制，特别是高风速下的功率控制，两种控制方法的理想方式在图5-6中用虚线表示，虚线示出了一台额定功率为400kW的三叶片风力机如何从低风速0°叶片桨距角的运行状态过渡到高风速下沿等功率曲线族的功率限制状态。此例中，额定功率在风速约为12m/s时达到。

图5-6 风力机在一定转速下的等功率曲线族与桨距角和平均风速的关系