風力發(fā)電機的分類特點

1、目 錄目 錄1風力發(fā)電機組的分類特點 21按照風輪形式分類21.1 垂直軸風力發(fā)電機組 21.2 水平軸風力發(fā)電機組 31.2.1 下風向風力發(fā)電機 31.2.2 上風向風電機42按照有無齒輪箱分類 42.1 直驅(qū)型風力發(fā)電機 42.2 雙饋式風力發(fā)電機72.3 直驅(qū)型風力發(fā)電機和雙饋型風力發(fā)電機的特性比較 83按功率調(diào)節(jié)方式分類 113.1 定槳距風力發(fā)電機 113.2 變槳失速型風力發(fā)電機組 133.2.1 變槳失速型風力發(fā)電機組運行方式 133.2.2 變槳距風力發(fā)電機組輸出功率的特點 14風力發(fā)電機組的分類特點1按照風輪形式分類1.1 垂直軸風力發(fā)電機組垂直軸風輪按形成轉(zhuǎn)矩的機理分為阻

2、力型和升力型。阻力型的氣動力效率遠 小于升力型，故當今大型并網(wǎng)型垂直軸風力機的風輪全部為升力型。阻力型的風輪轉(zhuǎn)矩是由兩邊物體阻力不同形成的，具典型代表是風杯，大型 風力機不用。升力型的風輪轉(zhuǎn)矩由葉片的升力提供，是垂直軸風力發(fā)電機的主流，尤其是 風輪像打蛋形的最流行，當這種風輪葉片的主導載荷是離心力時， 葉片只有軸向 力而沒有彎矩，葉片結(jié)構(gòu)最輕。特點如下1）安全性。采用了垂直葉片和三角形雙支點設計，并且主要受力點集中于輪轂，因此葉片脫落、斷裂和葉片飛出等問題得到了較好的解決；2）噪音。采用了水平面旋轉(zhuǎn)以及葉片應用飛機機翼原理設計，使得噪音降低到在自然環(huán)境下測量不到的程度；3）抗風能力。水平旋轉(zhuǎn)和

3、三角形雙支點設計原理，使得它受風壓力小，可以抵抗每秒45米的超強臺風；4）回轉(zhuǎn)半徑。由于其設計結(jié)構(gòu)和運轉(zhuǎn)原理的不同，比其他形式風力發(fā)電具有更小的回轉(zhuǎn)半徑，節(jié)省了空間，同時提高了效率；5）發(fā)電曲線特性。啟動風速低于其他形式的風力發(fā)電機，發(fā)電功率的上升幅度較平緩，因此在 58米風速范圍內(nèi)，它的發(fā)電量較其他類型的風力發(fā)電機高103 30%6）利用風速范圍。采用了特殊的控制原理，使它的適合運行風速范圍 擴大到2.525m/s,在最大限度利用風力資源的同時獲得了更大的發(fā)電總 量，提高了風電設備使用的經(jīng)濟性；7）剎車裝置?？膳渲脵C械手動和電子自動剎車兩種，在無臺風和超強陣風的地區(qū)，僅需設置手動剎車即可；8

4、）運行維護。采用直驅(qū)式永磁發(fā)電機，無需齒輪箱和轉(zhuǎn)向機構(gòu)，定期（一般每半年）對運轉(zhuǎn)部件的連接進行檢查即可。由于垂直軸風電機與水平軸風電機比較其優(yōu)越性不多，現(xiàn)在已經(jīng)基本退出了市場。1.2 水平軸風力發(fā)電機組水平軸（風輪）風力發(fā)電機組，是指風輪軸線基本與地面平行安置在垂直地 面的塔架上，是當前使用最廣泛的機型。水平軸風力發(fā)電機組還可分為上風向及下風向兩種機型，上風向機組其風輪 面對風向，安置在塔架前方。上風向機組需要主動調(diào)向機構(gòu)以保證風輪能隨時對 準風向。下風向機組其風輪背對風向安置在塔架后方。當前大型并網(wǎng)風力發(fā)電機幾乎都是水平軸上風向型。1.2.1 下風向風力發(fā)電機下風向風力發(fā)電機，只在中、小功率

5、機型中出現(xiàn)過。下風向風電機的特點是：1）風輪（被動）對風，不需要偏航驅(qū)動機構(gòu)。因為風輪處于塔架的下風向 是靜平衡狀態(tài)，實際上由于偏航使電纜扭絞，仍需要解扭措施。原則上可采用滑 環(huán)機構(gòu)避免扭絞，但不可靠。2）風輪在下風向，受塔影影響較大，這一方面影響了風能利用系數(shù)，同時 使疲勞載的幅值增大，同樣的葉片疲勞壽命較上風向機型機低，因此下風向 機組當前很少采用。但近期為了減輕風力發(fā)電機的重量、降低風力發(fā)電機的造價，又有人提出了 下風向柔性結(jié)構(gòu)的設計方案，但至今尚無商品機型。1.2.2 上風向風電機水平軸上風向三葉片風力發(fā)電機是當代大型風力發(fā)電機的主流；兩葉片的 產(chǎn)品也比較多見。兩葉片風電機在同樣風輪直

6、徑（掃掠面積）的情況下其轉(zhuǎn)速較快才能產(chǎn)出 相同的功率。要求葉片的壽命（循環(huán)次數(shù)）比三葉片機型的高。由于轉(zhuǎn)速快葉尖 速度高風輪的噪聲水平也高，因此對周圍的環(huán)境影響大。兩個葉片相對三葉片的 質(zhì)量平衡及氣動力平衡都比較困難，因此功率和載荷、波動較大。具優(yōu)點是葉片 少，成本相對低，對于噪聲要求不高的離岸型風力發(fā)電機，兩葉片是比較合適的。2按照有無齒輪箱分類變速變槳風電機組的風能轉(zhuǎn)換效率更高，能夠有效降低風電機組的運行噪 聲，具有更好的電能質(zhì)量，通過主動控制等技術(shù)能夠大幅度降低風電機組的載荷， 使得風電機組功率重量比提高，這些因素都促成了變速變槳技術(shù)成為當今風力發(fā) 電機組的主流技術(shù)。目前，市場上主流的變

7、速變槳恒頻型風電機組技術(shù)分為雙饋式和直驅(qū)式兩 大類。雙饋式變槳變速恒頻技術(shù)的主要特點是采用了風輪可變速變槳運行，傳動系統(tǒng)采用齒輪箱增速和雙饋異步發(fā)電機并網(wǎng)，而直驅(qū)式變速變槳恒頻技術(shù)采用了 風輪與發(fā)電機直接耦合的傳動方式，發(fā)電機多采用多極同步電機，通過全功率變 頻裝置并網(wǎng)。直驅(qū)技術(shù)的最大特點是可靠性和效率都進一步得到了提高。還有一種介于二者之間的半直驅(qū)式，由葉輪通過單級增速裝置驅(qū)動多極同步 發(fā)電機，是直驅(qū)式和傳統(tǒng)型風力發(fā)電機的混合。2.1直驅(qū)型風力發(fā)電機直驅(qū)式風力發(fā)電機，是一種由風力直接驅(qū)動發(fā)電機，亦稱無齒輪風力 發(fā)動機，這種發(fā)電機采用多極電機與葉輪直接連接進行驅(qū)動的方式，免去 齒輪箱這一傳統(tǒng)部

8、件。由于齒輪箱是目前在兆瓦級風力發(fā)電機中屬易過載 和過早損壞率較高的部件，因此，沒有齒輪箱的直驅(qū)式風力發(fā)動機，具備低風速時高效率、低噪音、高壽命、減小機組體積、降低運行維護成本等 諸多優(yōu)點。直接驅(qū)動式變速包頻(DDVS。F風力發(fā)電系統(tǒng)框圖如圖1所示，風輪與同 步發(fā)電機直接連接，無需升速齒輪箱。首先將風能轉(zhuǎn)化為頻率、幅值均變化的三 相交流電，經(jīng)過整流之后變?yōu)橹绷?，然后通過逆變器變換為恒幅恒頻的三相交流 電并入電網(wǎng)。通過中間電力電子變流器環(huán)節(jié)，對系統(tǒng)有功功率和無功功率進行控 制，實現(xiàn)最大功率跟蹤，最大效率利用風能。與雙饋式風力發(fā)電系統(tǒng)相比，直驅(qū)式風力發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)點在于：傳動系統(tǒng)部 件的減少，提高了

9、風力發(fā)電機組的可靠性和利用率；變速恒頻技術(shù)的采用提高了 風電機組的效率；機械傳動部件的減少降低了風力發(fā)電機組的噪音、提高了整機 效率；可靠性的提高降低了風力發(fā)電機組的運行維護成本；部件數(shù)量的減少了， 使整機的生產(chǎn)周期大大縮短；利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)可以實現(xiàn)對電網(wǎng)有功功率無 功功率的靈活控制；發(fā)電機與電網(wǎng)之間采用全功率變流器， 使發(fā)電機與電網(wǎng)之間 的相互影響減少，電網(wǎng)故障時對發(fā)電機的損害較小。 其缺點在于：由于功率變換 器與發(fā)電機組和電網(wǎng)全功率連接，功率變換器造價昂貴，控制復雜；用于直接驅(qū) 動發(fā)電的發(fā)電機，工作在低轉(zhuǎn)速、高轉(zhuǎn)矩狀態(tài)，電機設計困難、極數(shù)多、體積大、 造價高、運輸困難。圖1直接驅(qū)動式風

10、力發(fā)電系統(tǒng)框圖直當區(qū)式風力發(fā)電系統(tǒng) (direct drive wind energy generation system 一 DDWEG S勺發(fā)電機主要有兩種類型：轉(zhuǎn)子電勵磁的集中繞組同步發(fā)電機以及轉(zhuǎn)子 永磁材料勵磁的永磁同步發(fā)電機，如圖2、圖3所示。轉(zhuǎn)子電勵磁式DDWEGSf需要給轉(zhuǎn)子提供勵磁電流，需要滑環(huán)和電刷，這兩個部件故障率很高，需要定期更 換，因此維護量大，相對DFWEGS說只省去了齒輪箱設備。而轉(zhuǎn)子永磁體勵磁式 DDWEGS8永磁材料建立轉(zhuǎn)子磁場，省去了滑環(huán)和電刷等設備，也省去了齒輪箱， 無需定期維護，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、整機可靠性、效率很高圖2電勵磁式直驅(qū)風力發(fā)電機結(jié)構(gòu)圖因此，永磁式

11、DDWEGSS最優(yōu)、效率最高、維護量最小。盡管直驅(qū)式風力 發(fā)電系統(tǒng)變流器以及永磁同步發(fā)電機造價昂貴， 但是由于其可靠性和能量轉(zhuǎn)換效 率高，維護量小，整機生產(chǎn)周期小等優(yōu)點，特別適合于海上風力發(fā)電，因此這種 結(jié)構(gòu)具有很好的應用前景。風力機永磁同步發(fā)電機整流器逆變器電網(wǎng)圖3永磁材料勵磁式直驅(qū)風力發(fā)電機結(jié)構(gòu)圖直驅(qū)式風力發(fā)電系統(tǒng)使用永磁同步發(fā)電機發(fā)電，無需勵磁控制，電機運行速度范圍寬、電機功率密度高、體積小。隨著永磁材料價格的持續(xù)下降、永磁材料性能的提高以及新的永磁材料的出現(xiàn)，在大、中、小功率、高可靠性、寬變速范 圍的發(fā)電系統(tǒng)中應用的越來越廣泛。有的直驅(qū)機組方案，將風輪與外轉(zhuǎn)子合二為一，取消了輪轂，葉片

12、直接裝在 轉(zhuǎn)子外部。進一步簡化了結(jié)構(gòu)、減輕重量。直驅(qū)風力發(fā)電機的特點是：1）由于零件和系統(tǒng)的數(shù)量減少，維修工作量大大降低。2）最近開發(fā)的直驅(qū)機型多數(shù)是永磁同步發(fā)電機，不需要激磁功率，傳動環(huán)節(jié) 少，損失少，風能利用率高。3）運動部件少，由磨損等引起的故障率很低，可靠性高。4）采用全功率逆變器聯(lián)網(wǎng)，并網(wǎng)、解列方便。5）采用全功率逆變器輸出功率完全可控，如果是永磁發(fā)電機則可獨立于電網(wǎng) 運行。6）發(fā)電機尺寸大、重量大，運輸、安裝比較困難。缺點是由于直驅(qū)型風力發(fā)電機組沒有齒輪箱，低速風輪直接與發(fā)電機相 連接，各種有害沖擊載荷也全部由發(fā)電機系統(tǒng)承受，對發(fā)電機要求很高。同時，為了提高發(fā)電效率，發(fā)電機的極數(shù)非

13、常大，通常在 100極左右，發(fā) 電機的結(jié)構(gòu)變得非常復雜，體積龐大，需要進行整機吊裝維護。2.2雙饋式風力發(fā)電機交流勵磁發(fā)電機又被人們稱之為雙饋發(fā)電機。雙饋風電機組中，為了讓風 輪的轉(zhuǎn)速和發(fā)電機的轉(zhuǎn)速相匹配，必須在風輪和發(fā)電機之間用齒輪箱來聯(lián)接， 這 就增加了機組的總成本；而齒輪箱噪音大、故障率高、需要定期維護，并且增加 了機械損耗；機組中采用的雙向變頻器結(jié)構(gòu)和控制復雜；電刷和滑環(huán)間也存在機械磨損。雙饋式風力發(fā)電機組的特點是采用了多級齒輪箱驅(qū)動有刷雙饋式異步發(fā)電 機。它的發(fā)電機的轉(zhuǎn)速高，轉(zhuǎn)矩小，重量輕，體積小，變流器容量小，但齒輪箱 的運行維護成本高且存在機械運行損耗。雙饋感應發(fā)電機組是具有定、

14、轉(zhuǎn)子兩套繞組的雙饋型異步發(fā)電機（DFIG）,定子接入電網(wǎng)，轉(zhuǎn)子通過電力電子變換器與電網(wǎng)相連，如圖 4所示。在風力發(fā)電中采用交流勵磁雙饋風力發(fā)電方案，可以獲得以下優(yōu)越的性能：(1)調(diào)節(jié)勵磁電流的頻率可以在不同的轉(zhuǎn)速下實現(xiàn)恒頻發(fā)電，滿足用電負載 和并網(wǎng)的要求，即變速恒頻運行。這樣可以從能量最大利用等角度去調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速， 提高發(fā)電機組的經(jīng)濟效益。(2)調(diào)節(jié)勵磁電流的有功分量和無功分量，可以獨立調(diào)節(jié)發(fā)電機的有功功率 和無功功率。這樣不但可以調(diào)節(jié)電網(wǎng)的功率因數(shù)， 補償電網(wǎng)的無功需求，還可以 提高電力系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)性能。(3)由于采用了交流勵磁，發(fā)電機和電力系統(tǒng)構(gòu)成了 “柔性連接”，即可以根 據(jù)電網(wǎng)電壓、電

15、流和發(fā)電機的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)勵磁電流，精確的調(diào)節(jié)發(fā)電機輸出電壓， 使其能滿足要求。(4)由于控制方案是在轉(zhuǎn)子電路實現(xiàn)的，而流過轉(zhuǎn)子電路的功率是由交流勵 磁發(fā)電機的轉(zhuǎn)速運行范圍所決定的轉(zhuǎn)差功率，它僅僅是額定功率的一小部分，這樣就大大降低了變頻器的容量，減少了變頻器的成本。圖4雙饋式變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖網(wǎng)側(cè) 變換器電網(wǎng)2.3直驅(qū)型風力發(fā)電機和雙饋型風力發(fā)電機的特性比較機型和特性雙饋型風力發(fā)機組永磁直驅(qū)風力發(fā)電機組統(tǒng)維護成本較局(齒輪箱故障多)J低系統(tǒng)價格中高系統(tǒng)效率1高電控系統(tǒng)體積中較大變流其容量全功率的1/3全功率變流變流系統(tǒng)穩(wěn)定性1中高電機滑環(huán)半年換碳刷，兩年換滑環(huán)無碳刷，滑環(huán)電機重量電機種

16、類輕勵磁重1永磁，設計時要考慮永磁 體退磁問題永磁直驅(qū)同步發(fā)電機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1(永磁半直驅(qū)同步發(fā)電機系統(tǒng)須在風力機和發(fā)電機之間增加增速齒輪箱)：Ai;福群陟發(fā)噓妞密o圖i永磁直驅(qū)同步發(fā)電機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖采用傳統(tǒng)直流電勵磁或永磁同步發(fā)電機風力發(fā)電系統(tǒng)，有如下主要優(yōu)點：(i)由于采用同步電機，控制回路少，控制比較簡單，系統(tǒng)穩(wěn)定性高，維護 費用低；(2)省去了增速用齒輪箱或僅需一級低速齒輪箱；(3)永磁同步發(fā)電機無需集電環(huán)和刷架系統(tǒng)，維護更加方便。其主要缺點如下：(1)需要對發(fā)電機輸出的全部功率進行變頻控制，故需配備全功率變頻器， 變頻器成本較高，控制系統(tǒng)體積龐大；(2)永磁發(fā)電機使用高導磁率的被鐵硼和

17、鎊鉆等，這些磁性材料價格很高；(3)永磁發(fā)電機功率因數(shù)特性差，必須由變頻器來進行補償；(4)要求永磁材料具有很高的穩(wěn)定性，而高溫以及電樞反應等原因可能導致 永磁材料失磁。當系統(tǒng)采用交流勵磁的同步化雙饋繞線型異步發(fā)電機時，變頻器設置在轉(zhuǎn)子側(cè)。變速包頻雙饋繞線型異步風力發(fā)電機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2:圖2變速包頻雙饋繞線型異步風力發(fā)電機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖采用雙饋繞線型異步發(fā)電機風力發(fā)電系統(tǒng)，具有如下主要優(yōu)點：(1)因變頻器僅需對轉(zhuǎn)子功率進行變頻控制，而轉(zhuǎn)子功率約為總功率的20 % 30 %,故變頻器功率小，變頻損耗小，變頻器成本低，控制系統(tǒng)體積??；(2)變頻控制靈活，具有良好的調(diào)節(jié)特性：通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子繞組的頻率、相位

18、、 幅值和相序，可以較為方便、平滑地控制發(fā)電機有功、無功、功率因數(shù)等，使其 具有良好的動態(tài)和暫態(tài)特性，實現(xiàn)有功和無功的解耦控制；(3)良好的穩(wěn)定性及轉(zhuǎn)速適應能力：在定子電源頻率一定時，通過改變轉(zhuǎn)子 勵磁頻率就可以實現(xiàn)對轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)， 發(fā)電機的運行轉(zhuǎn)速既可高于同步轉(zhuǎn)速， 也可 低于同步轉(zhuǎn)速，有利于系統(tǒng)最大限度捕獲風能。其主要缺點如下：(1)需要采用雙向變頻器，變速恒頻控制回路多，控制技術(shù)復雜，維護成本 高；(2)發(fā)電機需安裝集電環(huán)和刷架系統(tǒng)，且須定期維護、檢修或更換。雙饋式風力發(fā)電機組的特點是采用了多級齒輪箱驅(qū)動有刷雙饋式異步發(fā)電 機。它的發(fā)電機的轉(zhuǎn)速高，轉(zhuǎn)矩小，重量輕，體積小，變流器容量小，但齒

19、輪箱 的運行維護成本高且存在機械運行損耗。直驅(qū)式風力發(fā)電機組在傳動鏈中省掉了齒輪箱，將風輪與低速同步發(fā)電機 直接連接，然后通過變流器全變流上網(wǎng)，降低了機械故障的概率和定期維護的成 本，同時提高了風電轉(zhuǎn)換效率和運行可靠性，但是電機體積大、價格高。永磁直驅(qū)雖然發(fā)電機體積大、成本高，但由于省去了昂貴的齒輪箱，電能生 產(chǎn)的機械傳動路徑縮短了，避免了因齒輪箱旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的機械損耗、 噪聲以及材料 的磨損甚至漏油等問題使機組的工作壽命更有保障，也更適合于環(huán)境保護的要 求；發(fā)電機外圍面積大，易散熱，由于沒有電勵磁，轉(zhuǎn)子損耗近似為零，可采用 自然通風冷卻，結(jié)構(gòu)簡單可靠；交流一直流一交流變頻裝置可以根據(jù)要求進行有

20、功功率、無功功率及頻率輸出的任意調(diào)節(jié)， 諧波分量低，具有很強的低電壓穿越 能力，以適應電網(wǎng)擾動，實現(xiàn)高效率發(fā)電。由此可以看出，永磁材料的使用使直 驅(qū)風電機組的優(yōu)勢更加突出。永磁直驅(qū)同步發(fā)電機系統(tǒng)存在的缺點是：對永磁材料的性能穩(wěn)定性要求高， 電機重量和成本增加。另外，IGBT逆變器的容量較大，一般要選發(fā)電機額定功 率的120%以上。綜上文所述：(1)雙饋風電機組具有很高的性價比， 尤其適合變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)，因 而在未來一段時間內(nèi)仍然是風電行業(yè)的主流機型。(2)永磁直驅(qū)風電機組可靠性高、運行維護簡單；電網(wǎng)運行質(zhì)量大大提高。 在技術(shù)經(jīng)濟條件成熟時，永磁直驅(qū)風電機組有望成為風電領(lǐng)域更受歡迎的產(chǎn)品。

21、 目前，由于雙饋風電機組技術(shù)十分成熟，生產(chǎn)廠商較多，業(yè)主選擇性更強，運行 經(jīng)驗豐富，仍是風電場開發(fā)的主流機型。 而直驅(qū)風電機組技術(shù)尚未完全成熟， 國 內(nèi)生產(chǎn)廠商較少，有些機型還處在設計研發(fā)階段，并且已投人運行的機組運行時 間較短，其性能、工藝質(zhì)量尚需時日考驗，更大兆瓦級直驅(qū)風電機組仍需在結(jié)構(gòu)、 材料、工藝等方面進一步研究。止匕外，使用性能更好的變流器才會有更好的前景。3按功率調(diào)節(jié)方式分類3.1 定槳距風力發(fā)電機定槳距失速型風電機組的典型代表是丹麥的NEG MICON公司生產(chǎn)的 600/700/750kW機組，該機組也是我國目前裝機數(shù)量最多的機型之一。定槳距風 力發(fā)電機組的主要結(jié)構(gòu)特點是，槳葉與

22、輪轂的連接是固定的，即當風速變化時， 槳葉節(jié)距角不能隨之變化。這一特點使得，當風速高于風輪的設計點風速(額定風速）時，槳葉必須能夠自動地將功率限制在額定值附近，槳葉的這一特性稱為 自動失速性能。運行中的風力發(fā)電機組在突甩負載的情況下，槳葉自身必須具備制動能力，使風力發(fā)電機組能夠在大風情況下安全停機。20世紀70年代失速性能良好的槳葉的出現(xiàn)，解決了風力發(fā)電機組的自動失速性能的要求，以及 20世 紀80年代葉尖擾流器的應用，解決了在突甩負載情況下的安全停機問題，這些 使得定槳距失速型風電機組在過去 20年的風能開發(fā)利用中始終處于主導地位， 最新推出的兆瓦級風電機組仍有機型采用該項技術(shù)。定槳距失速型

23、風電機組的最大優(yōu)點是控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低，可 靠性高。但失速型風電機組的風能利用系數(shù)低， 葉片上有復雜的液壓傳動機構(gòu)和 擾流器，葉片質(zhì)量大，制造工藝難度大，當風速躍升時，會產(chǎn)生很大的機械應力， 需要比較大的安全系數(shù)。定槳距失速型風電機組主要由以下幾部分組成：葉輪、增速機構(gòu)、制動機 構(gòu)、發(fā)電機、偏航系統(tǒng)、塔架、機艙、加溫加壓系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)等。定槳距風電機組的執(zhí)行機構(gòu)包括液壓系統(tǒng)和偏航系統(tǒng) 3。液壓系統(tǒng)是制動 系統(tǒng)的驅(qū)動機構(gòu)，主要用來執(zhí)行風力機的開關(guān)指令；偏航系統(tǒng)使風輪軸線與風向 保持一致。功率輸出功率的特點風力發(fā)電機組的輸出功率主要取決于風速，同時也受氣壓、氣溫和氣流擾 動等因素的影響

24、。定槳距風機槳葉的失速性能只與風速有關(guān)， 直到達到葉片氣動 外形所決定的失速調(diào)節(jié)風速，不論是否滿足輸出功率，槳葉的失速性能都要起作 用。定槳距風機的主動失速性能使得其輸出功率始終限定在額定值附近。同時，定槳距風電機組中發(fā)電機額定轉(zhuǎn)速的設定也對其輸出功率有影響。定槳距失速型風電機組的節(jié)距角和轉(zhuǎn)速都是固定不變的，這使得風電機組的功率 曲線上只有一點具有最大功率系數(shù)， 對應于某個葉尖速比。當風速變化時，功率 系數(shù)也隨之改變。而要在變化的風速下保持最大功率系數(shù)， 必須保持發(fā)電機轉(zhuǎn)速 與風速之比不變，而在風力發(fā)電機組中，其發(fā)電機額定轉(zhuǎn)速有很大的變化， 額定 轉(zhuǎn)速較低的發(fā)電機在低風速下具有較高的功率系數(shù)，

25、 額定轉(zhuǎn)速較高的發(fā)電機在高 風速時具有較高的功率系數(shù)。Wind turbine characteristics圖5風力機輸出機械功率和機械角速度間的關(guān)系曲線圖5為定槳距失速型風電機組的功率曲線圖，從圖 5中可以看到，定槳距 風力發(fā)電機組在風速達到額定值以前就開始失速，到額定點時的功率系數(shù)已經(jīng)相 當小。調(diào)整槳葉的節(jié)距角，只是改變槳葉對氣流的失速點。節(jié)距角越小，氣流對 槳葉的失速點越高，其最大輸出功率也越高。故定槳距風力機在不同的空氣密度 下需要調(diào)整槳葉的安裝角度。3.2 變槳失速型風力發(fā)電機組變槳距失速型風電機組的典型代表是Vestas公司生產(chǎn)的 V39/V42/V44-600kW機組。變槳距風

26、輪運行是通過改變槳距角，使葉片剖面的攻 角發(fā)生變化來迎合風速變化的，從而在低風速時能夠更充分的利用風能，具有較好的氣動輸出性能，而在高風速時，又可通過改變攻角的變化來降低葉片的氣動 性能，使高風速區(qū)風輪功率降低，達到調(diào)速限功的目的。3.2.1 變槳失速型風力發(fā)電機組運行方式變槳距風力發(fā)電機是指整個葉片圍繞葉片中心軸旋轉(zhuǎn)，使葉片攻角在一定 范圍內(nèi)（一般為090度）變化，以調(diào)節(jié)輸出功率不超過設計容許值。 變槳距風電 機組出現(xiàn)故障需停機時，一般先使葉片順槳，使之減小功率，在發(fā)電機與電網(wǎng)斷 開之前，功率減小至零，這也就是說，當發(fā)電機與電網(wǎng)脫開時，沒有轉(zhuǎn)距作用于 風力發(fā)電機組，避免了在定槳距風力發(fā)電機組

27、上每次脫網(wǎng)時所要經(jīng)歷的突甩負載 的過程。由于變槳距葉片一般葉寬小，葉片輕，機頭質(zhì)量比失速機組小，不需要 很大的剎車，所以其起動性能較好。變槳距風電機不需要昂貴的剎車系統(tǒng)，但是 它卻增加了一套變槳距機構(gòu)，從而增加了故障發(fā)生的機率，而且在處理變槳距機 構(gòu)葉片軸承故障時，難度很大，所以其安裝、維護費用相對偏高。變槳距風力發(fā)電機組根據(jù)變距系統(tǒng)所起的作用可分為三種運行狀態(tài)，即風 力發(fā)電機的啟動狀態(tài)（轉(zhuǎn)速控制）；欠功率狀態(tài)（不控制）和額定功率狀態(tài)（功 率控制）。1）起動狀態(tài) 當變槳距風電機的風輪從靜止到起動， 且發(fā)電機未并入電網(wǎng)時 都被稱為起動狀態(tài)，這時變槳距的節(jié)距給定值由發(fā)電機轉(zhuǎn)速信號控制。 轉(zhuǎn)速控制 器按一定的速度上升斜率給出速度參考值，變槳距系統(tǒng)根據(jù)給定的速度參考值， 調(diào)整節(jié)距角，進行所謂的速度控制，在這個控制過程中，轉(zhuǎn)速反饋信號與給定值