定桨距与变桨距-风力发电机组
第四讲 定桨距风力发电机组
作者 (Prepared By)：林俐 电气与电子工程学院
从小发电机向大发电机的切换
一般以平均功率或瞬时功率参数为预置切换 点。 例如NEC Micon 750kW机组以10min平均功 率达到某一预置值P1，或以4min平均功率 达到预置值P2作为切换依据。 采用瞬时功率参数时，一般以5min内测量的 功率值全部大于某一预置值P1，或1min内 的功率全部大于预置P2值作为切换的依据。
作者 (Prepared By): 林俐 电气与电子工程学院
一、控制系统的基本功能
根据风速信号自动进入起动状态或从电网切出。 根据功率及风速大小自动进行转速和功率控制。 根据风向信号自动对风。 根据功率因数自动投入（或切出）相应的补偿电容。 当发电机脱网时，能确保机组安全停机。 在机组运行过程中，监测和记录电网、风况和机组的运行 状况；判断异常，起动相应保护措施。 根据记录的数据，生成各种图表，以反映风力发电机组的 各项性能指标。 对在风电场中运行的风力发电机组还应具备远程通信的功 能。
作者 (Prepared By)距风力发电机组在低 风速区，不同的节距角所 对应的功率曲线几乎是重 合的。 在高风速区，节距角的变 化，对其最大输出功率的 影响是十分明显的。 事实上，调整桨叶的节距 角，改变了桨叶对气流的 失速点。根据实验结果， 节距角越小，气流对桨叶 的失速点越高，其最大输 出功率也越高。 定桨距风力机要在不同的空气密度下调整桨叶安装角
二、双速发电机
作者 (Prepared By)：林俐 电气与电子工程学院
V52-850千瓦风力发电机于不同噪音级别下的功率曲线
作者 (Prepared By)：林俐 电气与电子工程学院
三、功率输出
风力发电机组的功率输出主要取决于风速，此外，气压、气 温和气流扰动等因素也显著地影响其功率输出。 定桨距叶片的功率曲线是在空气的标准状态下测出的，空气 密度=1.225kg/m3，一般当温度变化±10℃，相应的空气密 度变化±4%。 当气温升高，空气密度就会降低，相应的功率输出就会减 少，反之，功率输出就会增大。 桨叶的失速性能只与风速有关。
几种类型的风力发电机组特点总结
风力发电机组按运行方式可以分为恒速恒频（Constant Speed Constant Frequency，简称CSCF）风力发电机组和变速恒频（Variable Speed Constant Frequency，简称VSCF）风力发电机组两大类。
当风力发电机组与电网并联时，要求风力发电机的频率与电网频率保持一致，这便是恒频的含义。
下面分别介绍恒速恒频和变速恒频风力发电机组。
1 恒速恒频风力发电机组恒速恒频风力发电系统的基本结构如下图所示：图1 恒速鼠笼异步风力发电系统可以看出，这里采用的是异步电动机，也正是基于此，恒速恒频风力发电系统也称作异步风力发电系统。
异步发电机尽管带一定滑差运行，但在实际运行中滑差s是很小的，不仅输出频率变化较小，而且叶片转速变化范围也很小，看上去似乎是在“恒速”，故称之为恒速恒频。
就风力机的调节方式而言，恒速恒频风力发电系统又分为定桨距失速调节型和变桨距调节型两种。
1.1 定桨距失速调节型风力发电机组定桨距是指桨叶与轮毅之间是固定连接，即当风速变化时，桨叶的迎风角不能随之变化。
失速调节是指桨叶翼型本身所具有的失速特性，当风速高十额定风速时，气流的攻角增大到失速条件，使桨叶的表面产生涡流，效率降低，来限制发电机的功率输出。
定桨距失速调节型风力发电机组的优点是失速调节简单，运行可靠性高，当风速变化引起的输出功率的变化只通过桨叶的被动失速调节而控制系统不作任何控制，使控制系统大为减化。
其缺点是机组的整体效率较低，对电网影响大，常发生过发电现象，加速机组的疲劳损坏。
目前这种机组在欧美国家已经停产，但是在中国还有一定需求。
1.2 变桨距型风力发电机组变桨距是指风机的控制系统可以根据风速的变化，通过桨距调节机构，改变其桨距角的大小以调整输出电功率，以便更有效地利用风能。
其工作特性为：在额定风速以下时，桨距角保持零度附近，可认为等同十定桨距风力发电机，发电机的输出功率随风速的变化而变化；当风速达到额定风速以上时，变桨距机构发挥作用，调整桨距角，保证发电机的输出功率在允许的范围内。
第六章 风力发电机组的运行调节
•机组：发电机温度、增速器油温在设定值范围以内；液压系统各部位压 力在设定值以内；液压油位和齿轮润滑油位正常；制动器摩擦片正常； 扭缆开关复位；控制系统DC24V、AC24V、DC5V、DC±15V电源正常；非正 常停机故障显示均已排除；维护开关在运行位置。
机组的基本控制要求
四、机组的基本控制要求 控制系统的基本功能
✓根据风速信号自动进行启动、并网或从电网切出。 ✓根据风向信号自动对风。 ✓根据功率因数及输出电功率大小自动进行电容切换补偿。 ✓脱网时保证机组安全停机。 ✓运行中对电网、风况和机组状态进行监测、分析与记录， 异常情况判断及处理。
机组的基本控制要求
在低风速区，不同的桨叶节距角所对应的功率曲线几乎是重合的；在高 风速区，节距角的变化，对其最大输出功率的影响是十分明显的。
定桨距风力发电机组的功率控制
二、定桨距风力发电机组的功率控制方法
5、节距角与额定转速的设定对功率输出的影响
➢由于机组的叶片节距角和转速都是固定不变的，使机组功率曲线上只有一点有最大 功率系数。
• 1、桨叶的失速调节原理 因桨叶的安装角β不变，风速增加→升力增加→升力变缓→升力
下降→阻力增加→叶片失速。 叶片攻角由根部向叶尖逐渐增加，根部先进入失速，随后失速增
大逐渐向叶尖扩展。失速部分功率减少，未失速部分功率仍在增加，
使功率保持在额定功率附近。
定桨距风力发电机组的功率控制
二、定桨距风力发电机组的功率控制方法
P2
风速
如6极200kW和4极750kW
定桨距风力发电机组的功率控制
二、定桨距风力发电机组的功率控制方法
• 4、功率输出 功率的输出主要决定于风速，叶片的失速特性功率曲线是在标准空气密 度ρ=1.225kg/m3测出的，一般温度变化±10oC，空气密度变化±4%。因 此气温升高，密度下降，输出功率减少。750kW机组可能会出现30~50kW 的偏差。
浅谈定桨距风力发电机组的特点
长 的 杠杆 ，使 扰 流器 产生 的气 动 阻力 相 当高 ，足 以使 风力 机在 几乎 没 有任 何 磨损 的情 况 下迅 速减 速 ，这 一过 程 即为 桨叶 空气 动力 刹 车 。叶尖 扰流 器
是 风力 发 电机 组 的主要 制动 器 、每次 制动 时都 是它起 主要作 用 ４双 蘧发 电机 事 实上 ，定 桨距 风力 发 电机组 还存 在在 低风 速运 行 时的 效率 问题 。在 整 个运 行风 速 范 围内 ， 由于气 流 的速度 是在 不 断变 化 的， 如果风 力 机 的转
会对 整机 结 构强 度产 生严 重 的影 响 。为 了解 决上 述 问题 ，桨 叶 制造 商 首先 在２ 世 纪 ７年 代 用 玻璃 钢 复 合 材 料研 制 成功 了 失速 性 能 良好 的风 力 机 桨 ０ Ｑ 叶 ，解 决 了定桨 距风 力 发 电机组 在 大风 时 的功 率控 制 问题 ：２ 世纪 ８年 代 ０ ０
又将 叶尖 扰流 器 成功 地应 用 在风 力发 电机 组 上 ，解 决 了在突 甩 负载情 况 下 的安 全停 机 问题 ，使 定 桨距 （ 失速 型） 力发 电机 组 在近 ２年 的 风能 开发 利 风 ０ 用 中始终 占据 主 导地 位 ，直 到最 新推 出 的兆 瓦级 风力 发 电机 组 仍有机 型 采 用该 项技 术。 ２桨 叶的失 速调节 愿理 当气 流 流 经上 下 翼 面 形状 不 同的 叶片 时 ，因 突面 的弯 曲而使 气 流 加
中 图 分 类 号 ：Ｔ ９ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ： １ ７ － ７ ９ （０１ ）０ ２ ０ ０ ０ Ｍ１ ６１ ５７ ２ ０ ４０４ － １
并 网型 风 力发 电机 组从 ，２ 世纪８ 年 代 中期开 始逐 步 实现 了商 品化 、 ０ ０ 产 业化 。经过 二十 余年 的 发展 ，容 量 已从 数 十千 瓦级 增大 到 兆瓦 级 ，并 以 定桨距 （ 失速 型） 力发 电机组 为主 导机 型 。尽 管在 兆 瓦级 风 力发 电机 组 的 风 设计 中 已开始采 用 变桨 距 技术 和变 速恒 频 技术 ， 但 由此增 加 了控 制系 统与
变桨距机组的控制技术
变桨距机组的控制技术本文对变桨距风力发电机组控制系统的特点以及控制策略分别进行详细介绍。
一、变桨距机组控制系统的特点从空气动力学角度考虑，当风速过高时，只有通过调整桨叶节距，改变气流对叶片的攻角，从而改变风力发电机组获得的空气动力转矩，才能使功率输出保持稳定。
同时，风力机在启动过程中也需要通过改变节距来获得足够的启动转矩。
采用变桨距机构的风力发电机组可使桨叶和整机的受力状况大为改善，这对大型风力发电机组的总体设计十分有利。
目前已有多种型号的变桨距600kW级风力发电机组进入市场。
其中较为成功的有丹麦VESTAS的V39/V42-600kW机组和美国Zand的Z 40-600kW机组。
从今后的发展趋势看，在大型风力发电机组中将会普遍采用变桨距技术。
变桨距风力发电机组又分为主动变桨距控制与被动变桨距控制。
主动变桨距控制可以在大于额定风速时限制功率，这种控制的实现是通过将每个叶片的部分或全部相对于叶片轴方向进行旋转以减小攻角，同时也减小了升力系数。
被动变桨距控制是一种令人关注的可替代主动变桨距限制功率的方式，其思路是将叶片或叶片的轮毂设计成在叶片载荷的作用下扭转，以便在高风速下获得所需的节距角。
但因为所必需的叶片随风速变换而扭转的变化量一般并不与叶片相应的载荷变化相匹配，所以很难实现。
对于独立运行的风力发电机组，发电量的最大化不是主要目标，被动变桨距控制方案有时候被采用，但是这一概念在并网运行的风力发电机组中尚未应用。
变桨距控制主要是通过改变翼型迎角变化，从而使翼型升力变化来进行调节的。
变桨距控制多用于大型风力发电机组。
变桨距控制是通过叶片和轮毂之间的轴承机构转动叶片减小迎角，由此来减小翼型的升力，以达到减小作用在风轮叶片上的扭矩和功率的目的。
变桨距调节时叶片迎角可相对气流连续地变化，以便得到风轮功率输出达到希望的范围。
在90°迎角时是叶片的顺桨位置。
在风力发电机组正常运行时，叶片向小迎角方向变化从而限制功率，一般变桨距范围为90°～100°。
风力发电机组及应用：第六章变桨距系统
变桨系统分布结构
变桨电机1
90度限位开关 0度接近开关
旋转编码器 电磁刹车 动力电源线
变桨柜1
滑环
连接器
变桨电机2
90度限位开关 0度接近开关
旋转编码器 电磁刹车 动力电源线
变桨柜1
变桨电机3
90度限位开关 0度接近开关
旋转编码器 电磁刹车 动力电源线
变桨柜1
变桨系统驱动原理
状态 自动/手动切换
编 码 电机 器
机械部分
减速比 减速机
回转支承 及小齿
叶片 齿数比
回转支承内齿圈
变桨距系统
电动变桨距伺服系统
电动变桨距系统就是可以允许三个叶片独立实现变桨，它
提供给风力发电机组功率输出和足够的支承刹外圈车制动能力，这样可
以避免过载对风机的破坏。
传感器
内齿圈
放大器
内
齿
实现对叶片 的节距角的
位置1：变桨限位撞块与变桨轴承连接时定位导向 螺钉孔。
位置2：顺桨接近撞块安装螺栓孔，与变桨限位撞 块连接。
位置3：变桨限位撞块安装螺栓孔，与变桨轴承连 接。
极限工作位置撞块和限位开关
变桨超级电容
❖ 型号：4-BMOD2600-6 ❖ 额定电压：60VDC ❖ 总容量：125F ❖ 总存储能量：150kJ ❖ 四组串联 ❖ 单组电容电压：16VDC ❖ 单组电容容量：500F
第六章 变桨系统
变桨系统
液压驱动 变桨系统
电动驱动 变桨系统
变桨控制器
变桨系统维护
变桨距系统
变桨距系统是对叶片的桨距角进行调解以控制风轮对风 能吸收的装置。
作用：
❖当风机启动时，可以通过变桨距来获得足够的启动转 矩；
第三部分风力发电基础试题
第三部分风力发电基础试题第三部分风力发电基础试题1、风机的发展趋势：从（定桨距向变桨距）发展,从（定转速向变转速）发展,从（单机容量大型化趋势）发展2、目前风电市场上和风电场中安装的风力发电机组，绝大多数是（水平轴）、（上风向）、（三叶片）、（管式塔）这种形式。
3、风能的基本特性：(风速）(空气密度与叶轮扫风面积)(风能密度)(叶轮气流)(风能的计算)(风力分级)4、风速——是（单位时间内空气在水平方向上所移动的距离）风能密度——通过（单位截面积的风所含的能量）称为风能密度，常以（W＼㎡）来表示。
5、评价风能资源开发利用潜力的主要指标是(有效风能密度)和(年有效风速时数)。
6、评估资源的主要参数主要有：(风电机组轮毂高度处的50年一遇最大10min平均风速)(在切入风速和切出风速之间的风速分布的概率密度)(轮毂高度处的环境湍流标准差及其标准偏差)(入流角度)(风切变系数)(空气密度)7、风电场围观选址的影响：(粗糙度和风切变系数)(湍流强度)(障碍物影响)(尾流影响)8、湍流强度能够减小风力发电机组的风能利用率，同时增加风电机组的磨损，因此，可以通过增加风力发电机组的塔架高度来减小由（地面粗糙度引起的湍流强度的）影响。
9、风轮的减速比——它指的是（风轮叶片叶尖线速）与（来流风速）的比值。
风轮轴功率——它取决（与风的能量和风轮的风能利用系数），即风轮的气动效率。
失速控制——主要是（通过确定叶片翼型的扭角分布，是风轮功率达到额定点后，减少升力提高阻力）来实现的。
贝茨功率系数——从风中含有的气流能量最额定大可以获取（59.3）%，从风中获取的（功率）与风中（包含的功率）之间的比例关系值。
变桨距控制——主要是通过（改变翼型仰角变化，是翼型升力变化）来进行调节的，变桨距控制多用于大型风力发电机组。
10、失速控制型风轮的优缺点：（1）优点：①叶片和轮毂之间无运动部件，轮毂结构简单，费用低②没有功率调节系统的维护③在时速后功率的波动相对小（2）缺点：①气动刹车系统可靠性设计和制造要求高②叶片、机舱的塔架上的动态载荷高③由于常需要刹车过程，在叶片和传动系统中产生很高的机械载荷④起动性差⑤机组承受的风载荷大⑥在低空气密度地区难于达到额定功率。
风力发电机组变桨距控制策略
2023-11-10CATALOGUE 目录•风力发电机组简介•变桨距控制策略的基本理论•变桨距控制策略的实现方法•变桨距控制策略的优化方法•变桨距控制策略在实际中的应用及案例分析01风力发电机组简介风力发电机组的基本构造风力发电机组的核心部件，由叶片和轮毂组成，用于捕捉风能并将其转化为机械能。
风轮齿轮箱发电机塔筒连接风轮和发电机的重要部件，将风轮的转速提升到发电机所需的速度。
将机械能转化为电能的重要部件，由定子和转子组成。
支撑风轮和发电机的高耸结构，通常由钢铁或混凝土制成。
风力发电机组通过旋转的风轮捕捉风的动能，并将其转化为机械能。
风的捕捉机械能的转化电能的产生机械能通过齿轮箱的传递，将转速提升到发电机所需的速度。
发电机将机械能转化为电能，通过电缆输送到电网。
03风力发电机组的运行原理0201按风向分类水平轴风力发电机组和垂直轴风力发电机组。
水平轴风力发电机组的风轮轴与地面平行，而垂直轴风力发电机组的风轮轴与地面垂直。
风力发电机组的分类按容量分类小型、中型和大型风力发电机组。
小型风力发电机组的功率通常在几百瓦到几千瓦之间，中型风力发电机组的功率在几兆瓦到几十兆瓦之间，而大型风力发电机组的功率通常在几百兆瓦到几兆瓦之间。
按运行原理分类恒速风力发电机组和变速风力发电机组。
恒速风力发电机组的风轮转速保持不变，而变速风力发电机组的风轮转速可以根据风速进行调整。
02变桨距控制策略的基本理论变桨距控制是一种用于调节风力发电机组功率输出的技术，通过改变桨叶的桨距角实现对风能捕获的优化控制。
在风速较高时，通过减小桨距角增加风能捕获，以提升发电机组的功率输出；在风速较低时，通过增大桨距角减小风能捕获，以避免过度捕获风能导致发电机组振动和疲劳损坏。
变桨距控制的概念和意义变桨距控制系统的基本结构变桨距控制系统主要由传感器、控制器和执行器组成。
传感器负责监测风速、风向和发电机组运行状态；控制器根据传感器信号和预设的控制逻辑对执行器进行指令输出；执行器根据指令调整桨叶的桨距角。
风力发电机的几种功率调节方式
风力发电机的几种功率调节方式作者：佚名发布时间：2009-5-5随着计算机技术与先进的控制技术应用到风电领域，并网运行的风力发电控制技术得到了较快发展，控制方式从基本单一的定桨距失速控制向变桨距和变速恒频控制方向发展，甚至向智能型控制发展。
作为风力资源较为丰富的国家之一，我国加快了风电技术领域的自主开发与研究，兆瓦级变速恒频的风力发电机组国产化已列入国家“863”科技攻关顶目。
本文针对当前并网型风力发电机组的几种功率凋节控制技术进行了介绍。
l 定桨距失速调节型风力发电机组定桨距是指桨叶与轮载的连接是固定的，桨距角固定不变，即当风速变化时，桨叶的迎风角度不能随之变化。
失速型是指桨叶翼型本身所具有的失速特性，当风速高于额定风速69，气流的攻角增大到失速条件，使桨叶的表面产生涡流，效率降低，来限制发电机的功率输出。
为了提高风电机组在低风速时的效率，通常采用双速发电机（即大/小发电机）。
在低风速段运行的，采用小电机使桨叶具有较高的气动效率，提高发电机的运行效率。
失速调节型的优点是失速调节简单可靠，当风速变化引起的输出功率的变化只通过桨叶的被动失速调节而控制系统不作任何控制，使控制系统大为减化。
2 变桨距调节型风力发电机组变桨距是指安装在轮载上的叶片通过控制改变其桨距角的大小。
其调节方法为：当风电机组达到运行条件时，控制系统命令调节桨距角调到45”，当转速达到一定时，再调节到0“，直到风力机达到额定转速并网发电；在运行过程中，当输出功率小于额定功率时，桨距角保持在0°位置不变，不作任何调节；当发电机输出功率达到额定功率以后，调节系统根据输出功率的变化调整桨距角的大小，使发电机的输出功率保持在额定功率。
随着风电控制技术的发展，当输出功率小于额定功率状态时，变桨距风力发电机组采用OptitiP技术，即根据风速的大风力发电机的几种功率调节方式作者：佚名发布时间：2009-5-5调整发电机转差率，使其尽量运行在最佳叶尖速比，优化输出功率。
风力发电机组的分类及各自特点
风力发电机组的分类及各自特点风力发电机组的分类及各自特点风力发电机组主要由两大部分组成：风力机部分――它将风能转换为机械能；发电机部分――它将机械能转换为电能。
根据风机这两大部分采用的不同结构类型、以及它们分别采用的技术方案的不同特征，再加上它们的不同组合，风力发电机组可以有多种多样的分类。
(1) 如依风机旋转主轴的方向（即主轴与地面相对位置）分类，可分为：“水平轴式风机”――转动轴与地面平行，叶轮需随风向变化而调整位置；“垂直轴式风机”――转动轴与地面垂直，设计较简单，叶轮不必随风向改变而调整方向。
(2) 按照桨叶受力方式可分成“升力型风机”或“阻力型风机”。
(3) 按照桨叶数量分类可分为“单叶片”﹑“双叶片”﹑“三叶片”和“多叶片”型风机；叶片的数目由很多因素决定，其中包括空气动力效率、复杂度、成本、噪音、美学要求等等。
大型风力发电机可由1、2 或者3 片叶片构成。
叶片较少的风力发电机通常需要更高的转速以提取风中的能量，因此噪音比较大。
而如果叶片太多，它们之间会相互作用而降低系统效率。
目前3 叶片风电机是主流。
从美学角度上看，3叶片的风电机看上去较为平衡和美观。
(4) 按照风机接受风的方向分类，则有“上风向型”――叶轮正面迎着风向（即在塔架的前面迎风旋转）和“下风向型”――叶轮背顺着风向，两种类型。
上风向风机一般需要有某种调向装置来保持叶轮迎风。
而下风向风机则能够自动对准风向, 从而免除了调向装置。
但对于下风向风机,由于一部分空气通过塔架后再吹向叶轮, 这样, 塔架就干扰了流过叶片的气流而形成所谓塔影效应,使性能有所降低。
(5) 按照功率传递的机械连接方式的不同，可分为“有齿轮箱型风机”和无齿轮箱的“直驱型风机”。
有齿轮箱型风机的桨叶通过齿轮箱及其高速轴及万能弹性联轴节将转矩传递到发电机的传动轴,联轴节具有很好的吸收阻尼和震动的特性，可吸收适量的径向、轴向和一定角度的偏移，并且联轴器可阻止机械装置的过载。
第2章 恒速风力发电机组的运行和控制
第2章恒速风力发电机组的运行和控制2.1定桨距失速型风力发电机组定桨距风力发电机组的主要结构特点是，桨叶与轮毂的连接是固定的，即当风速变化时，桨叶节距角不能随之变化。
这一特点使得，当风速高于风轮的设计点风速(额定风速)时，桨叶必须能够自动地将功率限制在额定值附近，桨叶的这一特性称为自动失速性能。
运行中的风力发电机组在突甩负载的情况下，桨叶自身必须具备制动能力，使风力发电机组能够在大风情况下安全停机。
20世纪70年代失速性能良好的桨叶的出现，解决了风力发电机组的自动失速性能的要求，以及20世纪80年代以及叶尖扰流器的应用，解决了在突甩负载情况下的安全停机问题，这些使得定桨距失速型风电机组在过去20年的风能开发利用中始终处于主导地位，最新推出的兆瓦级风电机组仍有机型采用该项技术。
定桨距风电机组的执行机构包括液压系统和偏航系统。
液压系统是制动系统的驱动机构，主要用来执行风力机的开关指令;偏航系统使风轮轴线与风向保持一致。
定桨距失速型风电机组的最大优点是控制系统结构简单，制造成本低，可靠性高。
但失速型风电机组的风能利用系数低，叶片上有复杂的液压传动机构和扰流器，叶片质量大，制造工艺难度大，当风速跃升时，会产生很大的机械应力，需要比较大的安全系数。
定桨距失速型风电机组主要由以下几部分组成:叶轮、增速机构、制动机构、发电机、偏航系统、塔架、机舱、加温加压系统以及控制系统等[13]。
图2-1 定桨距失速型机组风力发电机组的输出功率主要取决于风速，同时也受气压、气温和气流扰动等因素的影响。
定桨距风机桨叶的失速性能只与风速有关，直到达到叶片气动外形所决定的失速调节风速，不论是否满足输出功率，桨叶的失速性能都要起作用。
定桨距风机的主动失速性能使得其输出功率始终限定在额定值附近。
同时，定桨距风电机组中发电机额定转速的设定也对其输出功率有影响。
定桨距失速型风电机组的节距角和转速都是固定不变的，这使得风电机组的功率曲线上只有一点具有最大功率系数，对应于某个叶尖速比。
定桨距风力发电机组的主动失速控制
/ I+ < 6):"V):"@:
)/"
!!表(给出了不同平均风速下机组年发电量随切
出风速的变化情 况! 可 以 看 出#在 不 同 的 平 均 风 速
下机组都有一个最 佳 的 切 出 风 速#在 该 切 出 风 速 下
机 组 的 年 发 电 量 最 大 ! 以 平 均 风 速 为 ! ?%9的 风 场 为 例 #切 出 风 速 设 置 为 "N ?%9时 机 组 的 年 发 电 量 最 高#比切出 风 速 设 置 在 "Q ?%9时 要 高 出 近 S6/l! 可 见 #与 变 桨 距 风 力 发 电 机 组 有 所 不 同 #对 于 采 用 主 动失速控制的定桨 距 风 力 发 电 机 组#并 非 切 出 风 速 越高就会使年发电 量 越 高#而 是 随 着 平 均 风 速 的 变 化而变化 的! 需 要 根 据 风 电 场 风 能 资 源 的 具 体 情 况 #对 机 组 的 切 出 风 速 进 行 针 对 性 的 优 化 设 计 #使 得
风力发电机组变桨距
风力发电机组变桨距风力发电机组变桨距：随着国家新能源发展战略的提出和实施，我国风电产业进入跨越式发展的阶段。
本文从分析我国风力发电的现状出发，在总结分析风力发电技术发展的基础上，对我国风电发展过程中存在的主要问题进行了探讨分析，提出了相关建议。
关键词：风力发电；现状；技术发展能源、环境是当今人类生存和发展所要解决的紧迫问题。
常规能源以煤、石油、天然气为主，它不仅资源有限，而且造成了严重的大气污染。
因此，对可再生能源的开发利用，特别是对风能的开发利用，已受到世界各国的高度重视。
风电是可再生、无污染、能量大、前景广的能源，大力发展风电这一清洁能源已成为世界各国的战略选择。
我国风能储量很大、分布面广，开发利用潜力巨大。
近年来我国风电产业及技术水平发展迅猛，但同时也暴露出一些问题。
总结我国风电现状及其技术发展，对进一步推动风电产业及技术的健康可持续发展具有重要的参考价值。
1我国风力发电的现状202*年2月，我国国家立法机关通过了《可再生能源法》，明确指出风能、太阳能、水能、生物质能及海洋能等为可再生能源，确立了可再生能源开发利用在能源发展中的优先地位。
202*年12月，我国政府向世界承诺到202X年单位国内生产总值二氧化碳排放比202*年下降40%~45%，把应对气和变化纳入经济社会发展规划，大力发展包括风电在内的可再生能源与核能，争取到202X年非化石能源占一次能源消费比重达到15%左右。
论文大全网编辑。
随着新能源产业成为国家战略新兴产业规划的出台，风电产业迅猛发展，有望成为我国国民经济增长的一个新亮点。
我国自上世纪80年代中期引进55kW容量等级的风电机投入商业化运行开始，经过二十几年的发展，我国的风电市场已经获得了长足的发展。
到202*年底，我国风电总装机容量达到2601万kW，位居世界第二，202*年新增装机容量1300万kW，占世界新增装机容量的36%，居世界首位[1,2]。
可以看出，我国风电产业正步入一个跨越式发展的阶段，预计202*年我国累计装机容量有望突破4000万kW。
变桨距调节的工作原理
变桨距调节的工作原理风力发电机组的叶片一般由几片叶片组成，叶片的角度决定了它们接收到的风力大小。
在风力发电机组运行过程中，风速的变化导致叶片所接收到的风力大小也会不断变化。
如果风速较小，叶片可以通过调小桨距来提高转速；如果风速较大，叶片可以通过调大桨距来减小转速。
因此，有效地调节叶片的桨距可以使风力发电机组在不同的风速条件下都能够保持最佳的转速工作，提高发电效率。
1.风速测量：为了准确地了解风速，风力发电机组通常会安装风速传感器，用于实时测量风速。
2.桨距调节装置：风力发电机组的桨距通常由调节装置控制。
调节装置一般由液压系统组成，利用液压油缸来调整叶片的角度。
液压油缸接收控制系统的信号，根据风速和其他相关参数的变化，控制叶片的桨距进行调节。
3.控制系统：风力发电机组的控制系统起着关键的作用，能够根据风速和其他相关参数对桨距进行精确和实时的调节。
控制系统一般是由风力发电机组的主控柜、传感器、执行机构和监测系统等组成。
通过分析风速传感器采集到的信号，控制系统能够判断当前风速环境，并根据预设的规则和算法，发出相关指令控制桨距调节装置进行相应的调节。
4.桨距调节策略：不同的发电机组会采用不同的桨距调节策略。
常见的策略有固定桨距策略、最大功率追踪策略和最佳历史桨距策略等。
固定桨距策略是将叶片的桨距设置为固定值，无论风速如何变化，叶片的角度不会改变。
最大功率追踪策略是根据当前风速环境追踪出最大功率点，将叶片的桨距调节到最佳状态以获取最大输出功率。
最佳历史桨距策略则是根据历史风速和功率数据，通过预测风速变化趋势，调节桨距以提前响应风速的变化，保持在最佳工作状态。
总的来说，变桨距调节的工作原理是通过风速测量、桨距调节装置、控制系统和桨距调节策略等相互协作，根据风速的变化实时调整叶片的桨距，使风力发电机组保持在最佳工作状态，提高发电效率。
这是一项关键的技术，对于提高风力发电机组的整体性能和可靠性具有重要意义。
变桨距系统在风力发电机组中的应用
谢谢
3
整叶片角度，降低机
组受损风险
2 变桨距系统的应用
风力发电机组的类型
水平轴风力发电机组 混合型风力发电机组 潮汐能风力发电机组
垂直轴风力发电机组 漂浮式风力发电机组 波浪能风力发电机组
变桨距系统在风力发电机组中的应用
变桨距系统可以 调节叶片的桨距 角，以适应不同 的风速和风向
01
04
变桨距系统可以 提高风力发电机 组的安全性，降 低事故风险
变桨距系统可以 提高风力发电机 组的发电效率，
降低运行成本
02
03
变桨距系统可以 减少风力发电机 组的机械应力，
延长使用寿命
变桨距系统在风力发电机组中的作用
01 控制风轮转速：通过改变桨距角，实现风轮转速的 调节，提高发电效率
02 优化风能捕获：根据风速和风向的变化，调整桨距 角，提高风能捕获效率
结构优化：通过优化结构设计 降低变桨距系统的重量和成本
智能控制：引入人工智能技术 提高变桨距系统的智能化水平
变桨距系统的市场前景
01 随着风力发电行业的快速发展， 变桨距系统需求持续增长
02 技术进步推动变桨距系统性能 提升，提高市场竞争力
03 政策支持推动变桨距系统在风 力发电领域的应用
04 国际市场对变桨距系统的需求 不断增加，出口市场潜力巨大
变桨距系统可以提高风力发电机组的效率和可靠 性，降低运行成本。
变桨距系统的优势
提高发电效率：通过调整 叶片角度，实现最大风能 1
捕获
降低维护成本：变桨距系 统可以实时监控叶片状态， 4 提前发现潜在问题，减少
停机时间和维护成本
降低噪音：通过优化
2
叶片角度，降低噪音
风力发电机组简介
风力发电机组构成与机组简介1.风电机组构成风力发电机组主要由风力机、传动装置、发电机、控制系统等部分组成。
电网风力机是风力发电机组的重要部件，风以一定的风速和攻角作用在风力机的桨叶上，使风轮受到旋转力矩的作用而旋转，同时将风能转化为机械能来驱动发电机旋转。
有定桨距和变桨距风力机之分。
风力机的转速很低，一般在十几r/min~几十r/min范围内，需要经过传动装置升速后，才能驱动发电机运行。
直驱式低速风力发电机组可以由风力机直接驱动发电机旋转，省去中间的传动机构，显著提高了风电转换效率，同时降低了噪声和维护费用，也提高了风力发电系统运行的可靠性。
发电机的任务是将风力机轴上输出的机械能转换成电能。
发电机的选型与风力机类型以及控制系统直接相关。
目前，风力发电机广泛采用感应发电机、双馈（绕线转子）感应发电机和同步发电机。
对于定桨距风力机，系统采用恒频恒速控制时，应选用感应发电机，为提高风电转换效率，感应发电机常采用双速型。
对于变桨距风力机，系统采用变速恒频控制时，应选用双馈（绕线转子）感应发电机或同步发电机。
同步发电机中，一般采用永磁同步发电机，为降低控制成本，提高系统的控制性能，也可采用混合励磁（既有电励磁又有永磁）同步发电机。
对于直驱式风力发电机组，一般采用低速（多级）永磁同步发电机。
控制系统由各种传感器、控制器以及各种执行机构等组成。
风力发电机组的控制系统一般以PLC为核心，包括硬件系统和软件系统。
传感信号表明了风力发电机组目前运行的状态，当与机组的给定状态不相一致时，经过PLC的适当运算和处理后，由控制器发出控制指令，是系统能够在给定的状态下运行，从而完成各种控制功能。
主要的控制功能有：变桨距控制、失速控制、发电机转矩控制以及偏航控制等。
控制的执行机构可以采用电动执行机构，也可能采用液压执行机构。
目前，风力发电机组主要有恒速恒频控制和变速恒频控制这两种系统控制方式。
前者采用“恒速风力机+感应发电机”，常采用定桨距失速调节或者主动失速调节来实现功率控制。
并网型风力发电机组的调节控制2
风机采用异步发电技术，存在 功率流向的不确定性，发电机可能 低于同步转速运行，也可能工作在 同步转速之上。在大小发电机软切 换控制过程中须慎重处理。
3、有风轮转速反馈的桨距调节 风力发电机 为了尽可能提高风力机风能转 换效率和保证风力机输出功率平稳， 风力机将进行桨距调整。在定桨距 风力机的基础上加装桨距调整环节， 称为变桨距风力机组。
机组在叶片设计上采用了变 桨距结构。 其调节方法是：
在起动阶段，通过调节变桨 距系统控制发电机转速，将发电 机转速保持在同步转速附近，寻 找最佳并网时机然后平稳并网；
4、变速恒频这种调节方式 是目前公认的最优化调节方式， 也是未来风电技术发展的主要方 向。
在额定风速以下时，主要调 节发电机反力转矩使转速跟随风 速变化，保持最佳叶尖速比以获 得最大风能；
速度控制和直接桨距控制常用 于风力发电机的起动、停止和紧急 事故处理。因而，变桨距风力机的 起动风速较定桨距风力机低，但对 功率的贡献没有意义；停机时对传 动机械的冲击应力相对缓和。
风机正常工作时，主要采用功 率控制。对于功率调节速度的反映 取决于风机桨距调节系统的灵敏度。 在实际应用中，由于功率与风速的 三次方成正比，风速的较小变化将 造成风能较大变化，风机输出功率 处于不断变化中。
通常系统设计有两个不同功率 不同极对数的异步发电机。大功率 高转速的发电机工作于高风速区， 小功率低转速的发电机工作于低风 速区，由此来调整尖速比λ ，实现追 求Cp最大下的整体运行控制。
定桨矩风机的攻角一般设定在0°。 在不同风频密度的地区可根据具体情况 在安装时予以调整，但须充分考虑到对 于风机失速点的影响。从设计的角度考 虑，叶片的翼形难以做到在失速点之后 功率恒定，通常都有些下降。因其发生 在高风速段，对发电量有一定影响。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2 变桨距调节型风力发电机组
变奖距是指安装在轮载上的叶片通过控制改变其桨距角的大小。其调节方法为：当风电机组达到运行条件时，控制系统命令调节桨距角调到45”，当转速达到一定时，再调节到0“，直到风力机达到额定转速并网发电；在运行过程中，当输出功率小于额定功率时，桨距角保持在0°位置不变，不作任何调节；当发电机输出功率达到额定功率以后，调节系统根据输出功率的变化调整桨距角的大小，使发电机的输出功率保持在额定功率。
l 定桨距失速调节型风力发电机组
定奖距是指桨叶与轮载的连接是固定的，桨距角固定不变，即当风速变化时，桨叶的迎风角度不能随之变化。失速型是指桨叶翼型本身所具有的失速特性，当风速高于额定风速69，气流的攻角增大到失速条件，使桨叶的表面产生涡流，效率降低，来限制发电机的功率输出。为了提高风电机组在低风速时的效率，通常采用双速发电机（即大/小发电机）。在低风速段运行的，采用小电机使桨叶县有较高的气动效率，提高发电机的运行效率。
桨距
螺旋桨的桨叶都与旋转平面有一个倾角。
假设螺旋桨在一种不能流动的介质中旋转，那么螺旋桨每转一圈，就会向前进一个距离，连续旋转就形成一段螺旋。
同一片桨叶旋转一圈所形成的螺旋的距离，就称为浆距。
显然，桨叶的角度越大，浆距也越大，角度与旋转平面角度为0，浆距也为0。
这个“距”，就是桨叶旋转形成的螺旋的螺距。
随着风电控制技术的发展，当输出功率小于额定功率状态时，变桨距风力发电机组采用OptitiP技术，即根据风速的大小，调整发电机转差率，使其尽量运行在最佳叶尖速比，优化输出功率。
变桨距调节的优点是桨叶受力较小，桨叶做的较为轻巧。桨距角可以随风速的大小而进行自动调节，因而能够尽可能多的吸收风能转化为电能，同时在高风速段保持功率平稳输出。缺点是结构比较复杂，故障率相对较高。
桨距指的是直升机的旋翼或固定翼的螺旋桨旋转一周360度，向上或向前行走的距离(理论上的)。就好比一个螺丝钉，您拧一圈后，能够拧入的长度。桨距越大前进的距离就越大，反之越小！然而要测量实际桨距的大小是比较困难的，所以一般固定翼飞机使用桨距不变的螺旋桨上都会标明其直径和桨距的大小(单位以英寸居多)，以便于和合适的发动机配套使用。绝大多数的固定桨距的直升机桨一般是专为某一级别的飞机定制的，所以只标明直径。可变桨距直升机可以非常容易的通过测量桨叶的攻角(迎风角度)大小来体现桨距的大小，和变化幅度。
3 主动失速调节型风力发电机组
将定桨距失速调节型与变桨距调节型两种风力发电机组相结合，充分吸取了被动失速和桨距调节的优点，桨叶采用失速特性，调节系统采用变桨距调节。在低风速肘，将桨叶节距调节到可获取最大功率位置，桨距角调整优化机组功率的输出；当风力机发出的功率超过额定功率后，桨叶节距主动向失速方向调节，将功率调整在额定值以下，限制机组最大功率输出，随着风速的不断变化，桨叶仅需要微调维持失速状态。制动刹车时，调节桨叶相当于气动刹车，很大程度上减少了机械刹车对传动系统的冲击。
变速恒频的优点是大范围内调节运行转速，来适应因风速变化而引起的风力机功率的变化，可以最大限度的吸收风能，因而效率较高；控制系统采取的控制手段可以较好的调节系统的有功功率、无功功率，但控制系统较为复杂。
欢迎大家发表自己的见解！
主动失速调节型的优点是其言了定奖距失速型的特点，并在此基础上进行变桨距调节，提高了机同频率后并入电网。机组在叶片设计上采用了变桨距结构。其调节方法是：在起动阶段，通过调节变桨距系统控制发电机转速，将发电机转速保持在同步转速附近，寻找最佳并网时机然后平稳并网；在额定风速以下时，主要调节发电机反力转矩使转速跟随风速变化，保持最佳叶尖速比以获得最大风能；在额定风速以上时，采用变速与桨叶节距双重调节，通过变桨距系统调节限制风力机获取能量，保证发电机功率输出的稳定性，获取良好的动态特性；而变速调节主要用来响应快速变化的风速，减轻桨距调节的频繁动作，提高传动系统的柔性。变速恒频这种调节方式是目前公认的最优化调节方式，也是未来风电技术发展的主要方向。