【文章內(nèi)容簡介】 圖二 槳葉的升力和阻力系數(shù)2．4渦流理論下的實(shí)際功率對于有限長的葉片，失速功率調(diào)節(jié)風(fēng)力機(jī)其葉輪功率控制是依靠葉片的失速調(diào)節(jié)特性來完成的。當(dāng)氣流流經(jīng)上下翼面形狀不同的葉片時，因上下翼面氣流速度不同形成壓差，產(chǎn)生升力，根據(jù)葉素理論的公式，當(dāng)轉(zhuǎn)速恒定來流角隨風(fēng)速的增大而增大，由于葉輪轉(zhuǎn)速的恒定，風(fēng)速增加葉片上的攻角隨之增加，直到最后氣流偏離到無法在葉片后翼面上流過而在上面產(chǎn)生氣流分離的現(xiàn)象，進(jìn)入失速狀態(tài)。葉片進(jìn)入失速狀態(tài)后，氣流在葉片后翼面形成分離區(qū)，分離區(qū)形成大的渦流，流動失去翼形效應(yīng)，翼面間壓差減小，致使葉片阻力增加 ，升力減小。在輪轂、葉尖和葉片三個空間形成以切線為軌跡的螺旋狀渦流。其實(shí)圖如下三所示 圖三 風(fēng)機(jī)螺旋形成的渦流尾跡 實(shí)際風(fēng)力機(jī)的葉片在運(yùn)行中存在尾流損失、葉尖損失和輪轂損失（即葉片根端不存在r=0處開始），加之葉片失速后使Cl減少且使Cd增大，因而影響Cp曲線的分布，如圖四所示。 A極限 B理想的Cp特性 C失速損失 D型阻損失 E實(shí)際的Cp特性 圖四 實(shí)際情況下的Cp曲線3．液壓系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)風(fēng)力機(jī)組的在不同風(fēng)速下的轉(zhuǎn)速控制和功率控制主要是靠液壓系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，液壓系統(tǒng)是控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，執(zhí)行風(fēng)力機(jī)的變槳距控制。變槳距控制系統(tǒng)采用非線性比例控制技術(shù)，它可以補(bǔ)償比例閥的死帶和極限，變距系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)是液壓系統(tǒng)，節(jié)距控制器的輸出信號經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后變成電壓信號控制比例閥（或電液伺服閥），驅(qū)動液壓缸活塞，推動變槳距機(jī)構(gòu)，使槳葉節(jié)距角變化?；钊奈灰品答佇盘栍晌灰苽鞲衅鳒y量，經(jīng)轉(zhuǎn)換后輸入比較器。如圖五，圖 6為設(shè)計的變槳距機(jī)構(gòu)液壓原理圖，槳葉通過機(jī)械連桿機(jī)構(gòu)與液壓缸相連接，節(jié)距角的變化同液壓缸位移基本成正比。當(dāng)液壓缸活塞桿向左移動到最大位置時，節(jié)距角為88176。，而活塞桿 向右移動最大位置時，節(jié)距角為5176。在系統(tǒng)正常工作時，兩位三通電磁換向閥 a、b、c都通電，液控單向閥打開，液壓缸的位移由電液比例閥換向閥進(jìn)行精確控制。風(fēng)速低于額定風(fēng)速時，不論風(fēng)速如何變化，電液比例換向閥維持槳葉節(jié)距角為3176。，考慮到油缸 的泄漏電液比例換向閥進(jìn)行微調(diào) ，保持節(jié)距角不變；當(dāng)風(fēng)速高于額定風(fēng)速時，根據(jù)輸出功率，利用電液比例換向閥精確改變輸出流量，圖五 變槳距機(jī)構(gòu)液壓原理圖 從而控制槳葉的節(jié)距角，使輸出功率恒定。如果系統(tǒng)出現(xiàn)故障需緊急制動時，立即斷開電源，泵緊急關(guān)閉，順槳的油液由蓄能器單獨(dú)提供。如果蓄能器內(nèi)的液壓油不夠液壓缸走完全程，即槳葉未達(dá)到順槳位置時，由風(fēng)力將槳葉自動調(diào)到順槳狀態(tài)。液壓缸內(nèi)所需的油液 由液壓缸前端的油通過兩位三通換向閥C和單向閥進(jìn)入油缸后端，并且部分油液在大氣壓的作用下通過單向閥從油箱進(jìn)入油缸后端，使槳葉達(dá)到順槳位置 。4．風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在風(fēng)速下的具體控制4．1 變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制技術(shù)變速恒頻發(fā)電機(jī)在變速驅(qū)動下發(fā)出恒定頻率的電能，它的轉(zhuǎn)速不受發(fā)電機(jī)輸出頻率的限制，而其輸出電壓的頻率、幅值和相位也不受轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的影響。風(fēng)力 機(jī)通過勵磁控制和變槳距調(diào)節(jié)可運(yùn)行于最佳工作狀態(tài)，在很寬的風(fēng)速范圍內(nèi)保持近乎恒定的最佳的葉尖速比，從而提高了風(fēng)力機(jī)的運(yùn)行效率和系統(tǒng)的穩(wěn)定性（其功率曲線如圖六所示）。風(fēng)速躍變產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩波動，通過風(fēng)力機(jī)的加速或減速以 圖六 變速發(fā)電機(jī)組功率曲線動能的形式存儲于風(fēng)輪中，從而避免了主軸及傳動機(jī)構(gòu)承受過大的轉(zhuǎn)矩及應(yīng)力。此外，通過變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)的勵磁控制，可以實(shí)現(xiàn)無電流沖擊的軟并網(wǎng)。變速恒頻風(fēng)力發(fā)電技術(shù)因其高效性和實(shí)用性正受到國內(nèi)外越來越多的重視。對風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)而言，輸入機(jī)械轉(zhuǎn)矩特性相當(dāng)重要，與之相對應(yīng)的是風(fēng)力機(jī)的輸出機(jī)械功率和轉(zhuǎn)速的關(guān)系曲線。風(fēng)力機(jī)在不同風(fēng)速下風(fēng)力機(jī)輸出機(jī)械功率和轉(zhuǎn)速的關(guān)系圖七所示,即為一組在不同風(fēng)速(v1v2v3)下風(fēng)力機(jī)的輸出機(jī)械功率特性曲線。圖七 輸出機(jī)械功率和機(jī)械角速度的關(guān)系曲線由圖七可以看出，不同風(fēng)速下風(fēng)力機(jī)輸出機(jī)械功率隨風(fēng)輪轉(zhuǎn)速變化而變化，每一種風(fēng)速下都存在一個最大輸出功率點(diǎn)，對應(yīng)于最大的風(fēng)能轉(zhuǎn)換系數(shù)C將各個風(fēng)速下的最大輸出功率點(diǎn)連接起來，就可以得到風(fēng)力機(jī)輸出機(jī)械功率的最佳曲線 P。要使風(fēng)力機(jī)運(yùn)行在這條曲線上，必須在風(fēng)速變化時及時調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，以保持最佳葉尖速比，風(fēng)力機(jī)將會獲得最大風(fēng)能捕獲，有最大機(jī)械功率輸出。交流勵磁變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖八所示。由風(fēng)力機(jī)、齒輪箱、變壓器、雙 PWM變頻器（整流器和逆變器）、雙饋異步發(fā)電機(jī)濾波器和變槳距機(jī)構(gòu)幾部分構(gòu)成。在低于額定風(fēng)速時，通過整流起及逆變器來控制發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)對風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)速控制；在高于額定風(fēng)速時，考慮系統(tǒng)對變化負(fù)荷的承受能力，一般采用節(jié)距調(diào)節(jié)的方法將多余的能量除去。這時機(jī)組有兩個控制環(huán)同時工作；內(nèi)部的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速（電磁轉(zhuǎn)矩）控制環(huán)，和外部的槳葉節(jié)距控制環(huán)。目前國內(nèi)使用的以雙饋異步機(jī)型為主。雙饋發(fā)電機(jī)是在異步發(fā)電機(jī)和同步發(fā)電機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型發(fā)電機(jī)，其定子結(jié)構(gòu)與異步發(fā)電機(jī)相同，轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)類似于繞線轉(zhuǎn)子異步電機(jī)，帶有滑環(huán)和電刷的轉(zhuǎn)子三相繞組結(jié)構(gòu)，可以輸入電能，也可以輸出電能。根據(jù)風(fēng)速（發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速）的變化，向轉(zhuǎn)子繞組饋入相應(yīng)頻率的勵磁電流，雙饋發(fā)電機(jī)就可以變速恒頻運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)電系統(tǒng)的柔性聯(lián)接，提高了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。雙饋發(fā)電機(jī)內(nèi)部的電磁關(guān)系既不同于同步發(fā)電機(jī)又不同于異步發(fā)電機(jī)，但它卻具有異步發(fā)電機(jī)的某些特點(diǎn)，同時又具有同步發(fā)電機(jī)的某些特點(diǎn)。圖八 交流勵磁變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組基本結(jié)構(gòu)按照空氣動力學(xué)