【正文】 槳距控制系統(tǒng)是一個隨動系統(tǒng)，、。左右變動。時，Cp相對最大。在風速低于額定風諫時，發(fā)電機輸出功率未達到額定功率，應盡可能地將風能轉化為輸出的電能。時風能利用系數(shù)Cp最大，并且風能利用系數(shù)Cp隨著槳葉節(jié)距角β增大而減小。從上圖可以得到兩點結論： (1)在節(jié)距角β不變的情況下，風能利用系數(shù)存在極限值，此處為最大值Cpmax。 (a)由PROPPC編碼的三維圖。變槳距風力機的風能利用系數(shù)Cp與尖速比λ和槳葉的節(jié)距角β成非線性關系。在風速變化頻繁，連續(xù)頻繁地調節(jié)槳葉時，電機將產(chǎn)生過量的熱負荷而易于損壞。 電機變槳距執(zhí)行機構利用電動機對槳葉進行單獨控制，和液壓變槳距機構相比，電機變槳距方案結構相對簡單，不存在非線性、泄漏、卡澀等現(xiàn)象。 液壓執(zhí)行機構通過液壓系統(tǒng)推動槳葉轉動，改變槳葉節(jié)距角。 變槳距風力機組的缺點是變槳距機構較為復雜，增加了故障的可能性，控制系統(tǒng)也更加復雜，要求更高的技術水平，但是隨著風電技術的進步已經(jīng)得到較好的解決。 對于變槳距風力發(fā)電機，當風速超過額定風速時，發(fā)電機組的出力會始終保持在一個接近理想化的水平，提高了發(fā)電效率。 變槳距功率調節(jié)技術則沒有上述缺點。優(yōu)點是結構簡單、故障概率低，但是因為限于風力發(fā)電機組的性能受到葉片失速性能，當風速高于額定值時發(fā)電功率會隨著風速的升高而下降。m；風輪軸角速度與發(fā)電機轉速之間關系由下式表示: （26） 變槳距控制理論研究 風力發(fā)電機變槳距技術介紹風力發(fā)電的失速功率調節(jié)方式和變槳距調節(jié)方式是收集和轉換風能的兩種最主要功率調節(jié)方式。(3)發(fā)電機本設計中所涉及到的發(fā)電機為繞線式三相異步發(fā)電機，因此是通過改變定子電壓而改變發(fā)電機反力矩和轉速來實現(xiàn)變速的。風輪通過增速比為n的增速器連接到轉動慣量Jg的發(fā)電機上，發(fā)電機將產(chǎn)生一反扭矩Te。由于葉尖速度的限制，風輪旋轉速度較慢，而發(fā)電機不能太重，而極對數(shù)較少，發(fā)電機轉速要盡可能的高，因此就要在風輪與發(fā)電機之間連接齒輪箱增速器，把轉速提高，達到發(fā)電機的轉速。 n一齒輪箱增速器的傳動比。 ωr一風輪轉動的角速度，rad/s。 風力發(fā)電機組的控制系統(tǒng)風力發(fā)電機組從控制系統(tǒng)角度來看分為三個子系統(tǒng)：風輪氣動特性、傳動系統(tǒng)動態(tài)特性和發(fā)電機模型。如果葉片裝好后安裝角不再變化，那么雖在某一風速下可能得到最好的氣動力性能，但在其它風速下則未必如此。這種安裝角沿葉片方向變化的葉片稱為螺旋槳型葉片，在實際風力機中應用較多?？紤]到風輪旋轉時，葉片不同位置處繞軸心線速度不同，在相同風速下，相同的安裝角在不同的位置對風形成的攻角a都將不同。氣流以相對速度ωr吹向葉片元，在葉片上產(chǎn)生氣動力F，參考葉輪靜止時受力分析，F(xiàn)可以分解為在風輪旋轉面內使槳葉旋轉的力以及對風輪正面的壓力。，此時槳葉與該葉片元的攻角。由于葉輪是對稱安裝的，另一槳葉II受力分析同上，故所有葉片升力Fy將對風輪軸向產(chǎn)生轉動力矩，當合力矩超過風輪啟動所需要的力矩時，風輪即開始轉動。風力機在偏航系統(tǒng)控制下，保持風輪軸向與風向一致。槳葉圍繞自身軸線轉過某個角度，即使得葉片的翼弦相對風輪旋轉平面(風輪旋轉時槳葉柄所掃過的平面)轉過一個角度β，即為節(jié)距角。目前通過采用變滑差發(fā)電機、葉片主動失速等技術，減少了變槳距機構的動作次數(shù)，降低了變槳距軸承的機械磨損，同時使其盡量運行在最佳葉尖速比，優(yōu)化輸出功率。由于節(jié)距角可以隨風速的大小而進行自動調節(jié)，因而能夠盡可能多的捕獲風能，又可以在高風速時段保持輸出功率平穩(wěn)。位置不變；第三階段，當發(fā)電機輸出功率到達額定后，變槳距系統(tǒng)即根據(jù)輸出功率的變化調整節(jié)距角的大小，使風力機在風速高于額定風速運行時，發(fā)電機的輸出功率基本保持不變。當轉速達到一定時，再調節(jié)到0176。其調節(jié)方法分為三個過程：第一個過程是開機階段，當風電機達到運行條件時，控制器調節(jié)節(jié)距角。本文中所指的風力機即水平軸風力發(fā)電機。垂直軸風力機主要分為兩個主要類別：一是利用空氣動力的阻力做功的S型風輪，二是利用翼形升力做功的(Darrieus)型風力機。任何方向的風都能驅動其轉動，可以免去自動對風機構，整體的機構可以相對簡化。100kW以上的中型風力發(fā)電機以及1MW以上的大型風力發(fā)電機組皆配有微機或者可編程控制器(PLC)組成的控制系統(tǒng)來實現(xiàn)控制、自檢、和顯示功能。調向機構是用來調整風力機風輪葉片旋轉平面與空氣流動方向相對位置的機構。上風向風力機需要有對風機構，而下風向風力機在風的作用下自動對準風向。風輪安裝在塔架前面的，稱為上風向風力機。用于風力發(fā)電的風力機一般葉片數(shù)取24，普遍采用全翼展或者1/3翼展槳距控制或葉尖失速控制。如果以轉換風能的主要部件風輪來分，風力機按照收集風能的結構形式以及在空間的布置，可分為兩類，一為水平軸風力機；二為垂直軸風力機。此時的液壓系統(tǒng)不再是簡單的執(zhí)行機構，它自身已組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，采用了電液比例閥或電液伺服閥，使控制系統(tǒng)的水平提高到一個新的階段。這就大大簡化了控制技術和相應的伺服傳動技術。發(fā)電機的轉速則由電網(wǎng)頻率決定。定槳距風力發(fā)電機組主要解決了風力發(fā)電機組的并網(wǎng)問題和運行的安全性與可靠性問題，采用了軟并網(wǎng)技術、空氣動力剎車技術、偏航與自動解纜技術，這些都是并網(wǎng)運行的風力發(fā)電機組需要解決的最基本的問題。八：控制系統(tǒng)與一般工業(yè)控制過程不同，風力發(fā)電機組的控制系統(tǒng)是綜合性控制系統(tǒng)。七：塔架用來支撐風力機及機艙內各種設備，并使之離開地面一定高度，以使風力機能處于良好的風況環(huán)境下運轉。在小型風力機中多采用機械抱閘剎車方式實現(xiàn)制動停車，可以手動也可自動實現(xiàn)停車。紐纜開關控制的安全鏈保護：若凸輪控制的自動解纜未能執(zhí)行，則紐纜情況可能會更加嚴重，當紐纜達到極值圈數(shù)時，紐纜開關將動作，此開關動作將會觸發(fā)安全鏈動作，向中心控制器發(fā)出緊急停機信號和不可自復故障信號，等待進行人工解纜操作。首先松偏航閘，封鎖傳感器故障的報告，當需要解纜且記錄數(shù)字為負時，控制偏轉電機正轉，當需要解纜且記錄數(shù)字為正時，控制偏轉電機反轉。自動解纜包括計算機控制的凸輪自動解纜和紐纜開關控制的安全鏈動作計算機報警兩部分，以保證風電機組安全。若因故障，自動解纜未起作用，風力發(fā)電機也規(guī)定了一個極值圈數(shù)，在紐纜達到極值圈數(shù)左右時，紐纜開關動作，報紐纜故障，停機等待人工解纜。不同的風力發(fā)電機需要解纜時的纏繞圈數(shù)都有其規(guī)定。由于風向的不確定性，風力發(fā)電機就需要經(jīng)常偏航對風，而且偏航的方向也是不確定的，由此引起的后果是電纜會隨風力發(fā)電機的轉動而扭轉。四：偏航系統(tǒng)　偏航系統(tǒng)是用來調整風力機的風輪葉片旋轉平面與空氣流動方向相對位置的機構，因為當風輪葉片旋轉平面與氣流方向垂直時，風力機從流動的空氣中獲取的能量最大，因而風力機的輸出功率最大。所以，有些風力發(fā)電系統(tǒng)采用無刷雙反饋電機，該電機定子有兩套極數(shù)不同的繞組，轉子為籠型結構，無須滑環(huán)與電刷，可靠性高。風力發(fā)電機所用的發(fā)電機一般采用異步發(fā)電機，對于定槳距風力發(fā)電機組，一般還采用單繞組雙速異步發(fā)電機，這一方案不僅解決了低功率時發(fā)電機的效率問題，而且還改善了低風速時的葉尖速比。同時在齒輪箱的使用中，應根據(jù)使用地點的不同添加潤滑油冷卻或加溫機構，以確保齒輪箱的潤滑，增加其使用壽命。在大型風力發(fā)電機中，發(fā)電機的極數(shù)愈多，增速箱的傳動比就可以越小，但第二章風力機的結構與基本理論極數(shù)愈多，發(fā)電機的效率也就越低。增速箱的特點是：(1)高速級采用行星架浮動，低速級采用太陽輪浮動，這樣使結構簡化而緊湊，同時均載效果好。二：齒輪箱系統(tǒng)槳葉的轉速達不到發(fā)電機所需的同步轉速，這就需要增速箱。由于葉尖部分處于距離軸的最遠點，整個葉片作為一個長的杠桿，擾流器產(chǎn)生的氣動阻力相當高，足以使風力機在幾乎沒有任何磨損的情況下迅速減速，這一過程即是槳葉空氣動力剎車。(1)定槳距系統(tǒng)就是根據(jù)計算所得的實際安裝角將其固定到輪毅上，不能變動葉片安裝角。一：槳葉系統(tǒng)風能是隨機性能源，當風力變化時，風力機軸上輸出功率也將隨之發(fā)生變化，因此如何調節(jié)風力機的輸出功率對并網(wǎng)運行的風力發(fā)電機而言是十分重要的關鍵技術之一。第二章 風力發(fā)電機的結構與基本理論 風力發(fā)電機組總體概述 風力發(fā)電機的結構及各組成部分的功能風力機就其整體結構來看，除去風輪轉子(槳葉)這一捕獲風能并將其轉化為機械能輸出的主要部件外，還包括塔架、機艙、回轉體、升速齒輪箱、調速裝置、偏航系統(tǒng)及剎車系統(tǒng)等。這時隨著風速的升高，槳葉開始失速，功率反而有所下降。，同樣的兩臺風力機組，在相同的額定功率點，采用變槳距調節(jié)技術的機組額定風速要比采用定槳距失速調節(jié)技術的機組低。由于大型風力發(fā)電機組的單個葉片已重達數(shù)噸，變槳距調節(jié)的響應速度要跟上風速的變化是相當困難的。附近，不作變化，可認為等同于定槳距風力發(fā)電機組，發(fā)電機的輸入功率根據(jù)葉片的氣動性能隨風速的變化而變化。變槳距風力發(fā)電機組的功率調節(jié)不完全依靠葉片的氣動性能。（2）變槳距調節(jié)技術從空氣動力學角度來考慮，當風速過高時，只有通過調整槳葉節(jié)距，改變氣流對葉片攻角，從而改變風力發(fā)電機組獲得的空氣動力轉矩，才能使功率輸出保持穩(wěn)定，同時，風力機在起動過程中也需要通過變距來獲得足夠的起動轉矩，這就是風力機的變槳距調節(jié)技術。為了解決上述問題，定槳距風力發(fā)電機組普遍采用雙速發(fā)電機，即采用兩個不同額定功率、不同極對數(shù)的異步發(fā)電機。在整個運行風速范圍內（3m/s≤v≤25m/s）,由于氣流的速度是不斷變化的，如果風力機的轉速不能隨風速的變化而調整，就必然要使風輪在低風速時的效率降低（若設計低風速時效率過高，會使槳葉過早進入失速狀態(tài)）。變漿距風力發(fā)電機組 定漿距風力發(fā)電機組 變漿距和定漿距調節(jié)特性這種方式調節(jié)簡單可靠，控制大大簡化。這種技術的基本原理是利用槳葉翼型本身的失速特性，即高于額定風速時，氣流的攻角增大到失速條件，使槳葉表面產(chǎn)生渦流，降低效率，從而自動地將功率限制在額定值附近。當風速變化時，功率系數(shù)隨之改變。按風力機的控制方式劃分，風力發(fā)電技術大體可分為定槳距失速調節(jié)和變槳距調節(jié)兩種。所以，也許對于風能來說，現(xiàn)在的一切只不過是剛剛開始。大自然對于善待她的人無疑是非?？犊?。 目前全世界的風電裝機容量正在以每年25%以上的增速高速增長，越來越多的國家開始致力于這一完全清潔能源的開發(fā)。根據(jù)美國能源部的測算，美國風能每年可發(fā)電6億兆瓦時，可供應美國20%的電力。全球風能資源蘊藏量巨大，其中可利用的風能為2000萬兆瓦，比地球上可開發(fā)利用的水能總量還要大10倍。澳大利亞的發(fā)電能源主要依靠煤炭。風力發(fā)電已成為世界各國和地區(qū)新建發(fā)電廠的“主流選擇”之一。而來自全球風能理事會的統(tǒng)計資料顯示，%。美國風能協(xié)會日前發(fā)表的最新年度報告指出，美國風力發(fā)電新增裝機容量連續(xù)3年排名世界第一，2007年美國風力發(fā)電的新增裝機容量達5244兆瓦，較上年增加45%，占當年美國新增裝機發(fā)電總容量的30%。2002年美國德州的風電容量為118萬kW。這些政策吸引了大量的資金采購風電機組，使剛剛建立起來的丹麥風電機組制造業(yè)獲得了大批量生產(chǎn)和改進質量的機會。美國政府為鼓勵開發(fā)可再生能源，在20世紀80年代初出臺了一系列優(yōu)惠政策。丹麥風電技術的發(fā)展策略是政府不直接支持制造廠商，而是對購買風電機組的用戶提供補貼。h）年份19831985198719891991199319951997199819992000容量1494144171216298478764101513931845成本歐洲發(fā)展風電的動力主要來自于改善環(huán)境的壓力，將風電的發(fā)展作為減少二氧化碳等氣體排放的措施。許多國家建立了眾多的中型和大型風力發(fā)電場，并形成了一整套有關風力發(fā)電場的規(guī)劃方法、運行管理和維護方式、投融資方式、國家扶持的優(yōu)惠政策及規(guī)范、法規(guī)等。日本的風電裝機容量46萬kW，運行較穩(wěn)定的是海岸線或島上的風力發(fā)電站，已達576臺風電設備。丹麥風電技術也很先進。居世界第2位。然而在海上建造難度也大：巨大的基座必須