KP-1/λ曲线解析

对于定桨恒速运行的风力机，其特性可用K_P-1/λ曲线来描述，它表示在风力机转速不变的情况下，功率随风速变化的特性。K_P-1/λ曲线也是无因次特性曲线。K_P定义为

对于固定桨距的风力机，C_P-1/λ曲线和K_P-1/λ曲线如图3-7所示，K_P-1/λ曲线与功率特性曲线具有相同的形状。由于定桨恒速风力发电机组的效率随风速大小而变化，在设计时必须考虑将最大效率点设计在风能利用率最高的风速点。

K_P-1/λ曲线的重要特征是当风力机失速以后，功率最初跌落，然后随着风速逐步增加。这个特征提供了功率自动失速调节的基本条件，即发电机在风速达到额定值以后不会因风速增加而过载。在理想情况下，功率随着风速增加到最大值，然后保持恒定，不再随风速的增加而增加，这称为完美的失速调节。

失速调节提供了控制风力机最大功率的最简单的方法，从而保证了与所设计的发电机和齿轮箱的容量相匹配。失速控制的主要优点是简单，但也有相当大的缺点。功率相对风速的曲线由叶片的空气动力特性所固定，特别是失速特性。风轮失速后的功率输出的变化是非常不稳定的，到目前为止，其测量值与理论值仍有较大差异，如图3-8所示。

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图3-7 C_P-1/λ和K_P-1/λ曲线

图3-8 定桨恒速风力发电机组的理论与实际功率曲线

失速叶片同样表现出低的振动阻尼，因为环绕叶片的气流不与低压表面接触，叶片振动对空气动力影响很小。低阻尼使振幅加大，这不可避免地伴随着大的弯曲和应力，造成疲劳损坏。当风轮运转在高湍流的风况时，固定桨叶的风轮可能会承受巨大的气动载荷，这个载荷不可能通过改变叶片的角度而减小。因此，定桨距、失速调节的风电机组比变桨调节的风电机组所要承受更为严重的叶片和塔架载荷。