1.1.4 小型风力发电系统的技术特点[共13页]

第1章 离网风力发电系统的技术特点和运行条件

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取决于它的设计是配合强风地带（配较大型发电机），还是配合弱风地带（配较小型发电机）。

发电机的额定输出功率是指发电机在额定转速下输出的功率。由于风速不是一个稳定值，因而发电机转速会随风速而变化，因此输出功率也会随风速变化。当实际风速低于设计风速时，发电机的实际输出功率将达不到额定值；当风速高于设计风速时，实际输出功率将高于额定值。当然，由于风力发电机的限速和调速装置及发电机本身设计参数的限制，发电机的输出功率不会无限增大，只能在某一范围内变动。

在风速很低的时候，风力机的风轮会保持不动。当到达切入风速时（通常为3～4m/s ），风轮开始旋转并牵引发电机开始发电。随着风力越来越强，输出功率会增加。当风速达到额定风速时，风力发电机会输出额定功率。之后输出功率会保持大致不变。当风速进一步增加，达到切出风速的时候，风力机会制动，不再输出功率，以免损坏。

风力发电机的性能可以用功率曲线来描述，如图1-4所示。功率曲线显示了在不同风速下（切入风速到切出风速）风力发电机的输出功率。为特定地点选取合适的风力发电机，一般方法是采用风力发电机的功率曲线和该地点的风力资料进行发电量估算。

图1-4 风力发电机功率曲线

3．风力发电机组的保护功能

风力发电机组应具备的保护功能或装置有：偏航、反向电磁制动、折翼保护、泄荷器。风力发电机的运行及保护需要一个全自动控制系统，它必须能控制自动启动、叶片桨矩的调节（在变桨矩风力发电机上）及在正常和非正常情况下停机。除了控制功能，还应具有监控功能，以提供运行状态、风速、风向等信息。该系统是以计算机为基础，除了小的风力发电机外，其控制及监测还可以远程进行。控制系统具有的主要功能如下。

① 顺序控制启动、停机以及报警和运行信号的监测。

② 偏航系统的低速闭环控制。

③ 桨矩装置（如果是变桨矩风力发电机）快速闭环控制。

④ 与风电场控制器或远程计算机的数据通信。

风力发电机的控制系统应能在恶劣的条件下，根据风速、风向对系统加以控制，使其在稳定的电压和频率下运行，并监视齿轮箱和发电机的运行温度、液压系统的油压，对出现的任何异常进行报警，必要时自动停机。

1.1.4 小型风力发电系统的技术特点

一般把发电功率在10kW 级及以下的风力发电机称作小型风力发电机。小型风力发电机

离网风光互补发电技术及工程应用

16 一般应用在风能资源较丰富的地区，即年平均风速在3m/s 以上，全年3～20m/s 有效风速累计时数为3 000h 以上，全年3～20m/s 平均有效风能密度l00W/m 2以上。

1．小型水平轴高速螺旋桨式风力发电机的组成

小型水平轴高速螺旋桨式风力发电机一般由以下几个部分组成：风轮、发电机、回转体、调速机构、调向机构（尾翼）、手制动机构、塔架。其基本构造原理如图1-5所示。

图1-5 小型水平轴高速螺旋桨式风力发电机组成

（1）风轮

风轮一般由叶片、轮毂、盖板、连接螺栓组件和导流罩组成。风轮是风力发电机最关键的部件，是它把空气动力能转变成机械能。大多数小型风力发电机的风轮由3个叶片组成。目前风轮叶片的材质主要有两种。一种是玻璃钢材料，一般用玻璃丝布和调配好的环氧树脂在模型内手工糊制，在内腔填加一些填充材料。手工糊制适用于不同形状和变截面的叶片，但手工制作费工费时，产品质量不易控制。另一种是国外小型风力发电机组生产厂家所采用的机械化生产的等截面叶片，这大大提高了叶片生产的效率和产品质量。

风力发电机叶片叶尖速度可达50～70m/s ，具有这样的叶尖速度的三叶片风轮通常能够提供最佳效率，然而两叶片风轮仅降低2%～3%的效率，甚至还可以使用单叶片风轮，它带有平衡的重锤，其效率又降低一些，通常比两叶片风轮低6%。尽管叶片少了，降低了叶片的费用，但这是有代价的。对于外形很均衡的叶片，叶片少的风轮转速就要快些，这样就会导致叶尖噪声和腐蚀等问题。更多的是三叶片，从审美的角度其更令人满意，三叶片风轮上的受力平衡，轮毂结构简单，而两叶片、一叶片风轮的轮毂通常结构比较复杂，因为叶片扫过风时，速度是变化的，为了限制力的波动，轮毂具有翘翘板的特性。翘翘板轮毂允许风轮在旋转平面内向后或向前倾斜几度。叶片的摆动运动，在每周旋转中会明显地减少由于阵风和剪切在叶片上所产生的载荷。

叶片材料的材质有木质、铝合金、尼龙、玻璃钢、加强玻璃塑料（GRP ）、碳纤维强化塑料（CFRP ）等，目前应用最多的是玻璃钢叶片。对于小型的风力发电机，如风轮直径小于5m ，选择材料时通常关心的是效率而不是重量、硬度和叶片的其他特性。风力发电机叶片的