【正文】 轉(zhuǎn)換過程 221mvE ?321 SvE ?? Sv1 Sv Sv2 )(21 2221 vvSvE ??? ?2 21 vvv ??))((41 212221 vvvvSP ??? ?02?dvdP 12 31vv ? 31max 278 SvP ?? axm ax ??? EP?North China Electric Power University 風(fēng)能利用系數(shù) ： 風(fēng)力機(jī)的實(shí)際功率 其中 CP為風(fēng)能利用系數(shù)，它小于 葉尖速比 為了表示風(fēng)輪在不同風(fēng)速中的狀態(tài)，用葉片圓周速度與風(fēng)速比來衡量，稱葉尖速比 PS SCvP 3121 ??一、 風(fēng)力機(jī)的主要特性系數(shù) PC?vRn?? 2?第二章 風(fēng)力機(jī)控制基礎(chǔ) North China Electric Power University 槳葉的翼型 l二、 槳葉的幾何參數(shù)與空氣動(dòng)力特性 ?0?i 功角 升力角 零升力角 風(fēng)向 弦長 vivA B 攻角 ：來流方向與弦線的夾角 零升力角 ：弦線與零升力線夾角 升力角 ：來流方向與零升力線夾角 槳葉上的氣動(dòng)力 221 SvCF r?? 總的氣動(dòng)力 ， S — 槳葉面積， Cr — 總氣動(dòng)系數(shù) C 壓力中心 221 SvCF ll ??221 SvCF dd ??升力 ，與氣流方向垂直， Cl — 升力系數(shù) 阻力 ，與氣流方向平行， Cd — 阻力系數(shù) 221 Sl vCM M??相對前緣點(diǎn)由 F產(chǎn)生的 力矩 ， Cd、 Cl 是由設(shè)計(jì)的葉片決定的固有參數(shù)，也是氣動(dòng)力計(jì)算的原始依據(jù)。 North China Electric Power University 第一章 緒 論 ? 圖中看出，系統(tǒng)的特性除了與機(jī)組特性有關(guān)外，還受控制器影響。改善了高次諧波對電網(wǎng)影響，提高了功率因數(shù)，高效高質(zhì)地向電網(wǎng)供電。 ?基于變速恒頻技術(shù)的變速型機(jī)組 采用變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)。 ?全槳葉變距型機(jī)組 啟動(dòng)時(shí)可進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制，并網(wǎng)后可進(jìn)行功率控制。 North China Electric Power University 第一章 緒 論 三、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制技術(shù) ?定槳距失速型機(jī)組 解決了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)問題和運(yùn)行安全性與可靠性問題，采用了軟并網(wǎng)技術(shù)、空氣動(dòng)力剎車技術(shù)、偏航與自動(dòng)解纜技術(shù)。 ?全槳葉變距型機(jī)組 監(jiān)控系統(tǒng)任務(wù)：控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)與脫網(wǎng)；優(yōu)化功率曲線；監(jiān)視機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)、電網(wǎng)狀況與氣象情況；異常工況保護(hù)停機(jī)；產(chǎn)生并記錄風(fēng)速、功率、發(fā)電量等機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)。 ?含微處理器的控制系統(tǒng)。 ?設(shè)計(jì)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速： 2030r/min，通過增速器與發(fā)電機(jī)匹配。North China Electric Power University 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組檢測與控制 —— 華北電力大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院 呂 躍 剛 North China Electric Power University 一、機(jī)組的總體結(jié)構(gòu) 第一章 緒 論 控 制 系 統(tǒng) 風(fēng)輪 增速器 發(fā)電機(jī) 主繼電器 主開關(guān) 熔斷器 變壓器 晶閘管 電網(wǎng) 風(fēng) 變槳 風(fēng)速 轉(zhuǎn)速 并網(wǎng) 功率 無功補(bǔ)償 風(fēng) ?定槳： ，一般采用雙速發(fā)電機(jī)來提高效率。 ?變槳：隨風(fēng)速改變攻角，超過額定風(fēng)速保持額定功率。 ?采用晶閘管軟切入并網(wǎng)，并網(wǎng)容易，擾動(dòng)小。 North China Electric Power University 第一章 緒 論 二、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主要類型與控制要求 ?定槳距失速型機(jī)組 監(jiān)控系統(tǒng)任務(wù)：控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)與脫網(wǎng)；自動(dòng)相位補(bǔ)償；監(jiān)視機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)、電網(wǎng)狀況與氣象情況；異常工況保護(hù)停機(jī)；產(chǎn)生并記錄風(fēng)速、功率、發(fā)電量等機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)。 ?基于變速恒頻技術(shù)的變速型機(jī)組 監(jiān)控系統(tǒng)任務(wù)除去上述功能外主要包括： 基于微處理器及先進(jìn) IGBT電力電子技術(shù)的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子變頻勵(lì)磁；脈寬調(diào)制技術(shù)產(chǎn)生正弦電壓控制發(fā)電機(jī)輸出電壓與頻率質(zhì)量；低于額定風(fēng)速的最大風(fēng)能（功率）控制與高于額定風(fēng)速的恒定額定功率控制。 固定的節(jié)距角及電網(wǎng)頻率決定的轉(zhuǎn)速，簡化了控制與伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 。 電液伺服機(jī)構(gòu)與閉環(huán)變距控制提高了機(jī)組效率。 根據(jù)風(fēng)速信號(hào)控制，低于額定風(fēng)速跟蹤最佳功率曲線，高于額定風(fēng)速柔性保證額定功率輸出。 習(xí)題：各不同類型機(jī)組的控制技術(shù)有何功能特點(diǎn) 。 ? 運(yùn)行中控制器可改變功率輸出，風(fēng)能看成是擾動(dòng) 。 第二章 風(fēng)力機(jī)控制基礎(chǔ) North China Electric Power University ilCdC二、 升力和阻力的變化曲線 30o 20o 10o 0o 10o 20o 30o 40o minlC?升力系數(shù)與阻力系數(shù)是隨攻角變化的 ?升力系數(shù)隨攻角的增加而增加，使得槳葉的升力增加，但當(dāng)增加到某個(gè)角度后升力開始下降；阻力系數(shù)開始上升。 ?截面形狀（翼型彎度、翼型厚度、前緣位置）、表面粗糙度等都會(huì)影響升力系數(shù)與阻力系數(shù)。葉素的推力可寫為 1122212221 32,3194)(2 vvvvSvSvvvSFa ?????? ，???r d rvdSvdF ??? 222 ??第二種方法： i?v u w I 傾斜角 相對 速度 dF dL dD dFa dFu ε c oss in21c os21c os/ 222 l drIvCl drwCdLdF ll ???? ???Iε B個(gè)葉片投影到軸向的推力 dFa為 : a ldrIIvbCdF a l ? ?? c os )c os (s in21 22 ??令兩式相等，得 )cos ( cossin42? ?? ?? I IrblC l IIIrblC l tantan1 costan42????即 最佳運(yùn)轉(zhuǎn)條件下， v = 2/3 v1 即 ???2323c ot 1 ??? v rvrI因此上式可寫成： )tan321(949162 ???????? rblC l949162 ????? r 因 tanε =dD/dL=Cd/Cl很小 葉尖速比 λ o確定后 Rr0???9491622200 ??RrRblCl???即 North China Electric Power University 第二章 風(fēng)力機(jī)控制基礎(chǔ) 四、簡化風(fēng)力機(jī)理論（ 2） 與設(shè)計(jì)有關(guān)的幾個(gè)問題： 如安裝角 β 確定了，攻角也即確定了（ｉ =Iβ ），由翼型氣動(dòng)力曲線即可確定升力系數(shù) Cl。 r增加， l減少。 葉尖速比 λ o增加，即風(fēng)輪的額定轉(zhuǎn)速高， l越小，重量越輕。 氣動(dòng)效率和最佳攻角 氣動(dòng)效率 ： 埃菲爾極線（ Eiffel Polar） 0 4 8 12 16 lC210?dCdlCC??tano3?o9?o9auatu vdFudFvdFdTdPdP ??? ??dr段葉片產(chǎn)生的風(fēng)輪功率 流過 dr段葉片的風(fēng)的功率 因軸向推力 旋轉(zhuǎn)推力 傾斜角 及 所以，效率 IdDIdLdF a sinco s ??IdDIdLdF u co ssin ??vuI /cot ??tan// ?? ld CCdLdDIItantan1 cottan1 ??? ???即當(dāng) ?tan 較小時(shí)，效率較高 ε M North China Electric Power University 第二章 風(fēng)力機(jī)控制基礎(chǔ) 五、渦流理論（誘導(dǎo)速度的確定） 風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，在風(fēng)輪下游存在尾跡渦流。 在風(fēng)輪平面內(nèi)，氣流速度為下游的 1/2（貝茲理論），所以相對葉片氣流旋轉(zhuǎn)速度為： ?? )212 h???? （半徑 r處的圓周速度為 rhur ?)21( ??。 令 12 kvv ? k為 軸向速度因子 ，則風(fēng)輪處的軸向風(fēng)速為 I 121