风力发电对变桨距及定桨距叶片气动性能与功率控制方式的分析

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摘要：依据风力发电厂实际的发电工作情况,并且从气动性和功率的控制这两方面对变桨距和定桨距叶片气的运行状况展开了叙述,针对风力发电机在安装运行中的问题提出了解决的措施。

关键词：变桨距 定桨距 气动性能 功率控制

风力发电所用的机械能是由叶片来进行对风能的吸收从而转化而来的,因此叶片就成为风力机的主要部件。为了保证叶片在时时变化的风速下依然能够运行同时达到一定的稳定因素,从而不出现由于输出的功率过大而导致的事故发生,就一定要在叶片在进行功率的输出时做出相应的控制。对于控制的原则不同,所以使用的机型也就不同,本文针对变桨距及定桨距这了两种不同类型的机型的特点进行了分析。

1、变桨距叶片的运行方式

对于变桨距叶片运行的方式:它主要是依据对桨距角的改变。改变叶片剖面攻角,适应风速的变化、是的在其在低风速运行的状态下最大限度的发挥风能的利用价值,提高气动输出的性能;在风速较高的状态下运行时,要降低叶片的气动性能,可以对攻角进行改变,降低叶片在高风速运行下的功率,从而达到在低功率下进行调速的目的。

1.1 对变桨距进行控制的操作原理

由于变桨距的叶片在变距时,可分为两种情况:正调和负调。对于变距系统来说它可以保证叶片在任何运行状态下做到最优良的运行。

现以美国100kW变桨距风力机变距控制为例:当达到启动风速时,风速仪信号传至监控单板机,驱动变距伺服系统使桨距角以很小的幅度向功率方位发展,并且幅度间歇上有允许叶片加速的过程,同时单板机监测加速率并调整幅度和间歇,以使叶片和驱动系统在没有重负荷情况下平稳加速。如果突然有阵风引起的速度加快,单板机发出信号降低或退回至最后一次的桨距变化幅度;如果启动过程中有多于12次的退回出现,系统就会有报警并停机。变距驱动至输出这一动作一直持续到测速系统显示的发电机转速达1500.5r/min时,风力机进入运行状态。风力机进入运行状态后,单板机从功率变送器不断读出输出功率,并指示变距伺服系统据此改变桨距角来保持叶片运行平稳。

1.2 变桨距叶片运行特点

变桨距是对叶片进行控制的装置,他的特点是结构平均,所受到的荷载小,并且运行稳定的一种空气制动方式,它可以对叶片的运行速度减慢,同时它停机时的动荷载小,还是的在高风速区域功率饿曲线变得丰满、是的年发电量提高,对于叶片被污染。淤积污垢可以进行自动的补偿,保证稳定输出的功率。对其不足的方面,就是变距伺服监控驱动系统的结构复杂,出现故障的几率很高,加大了设备的维护工作。

2、定桨距叶片运行的方式

所谓定桨距叶片的运行,是将翼剖面气动失速的运行原理,应用到叶片上。运用叶片来进行功率输出的控制,其实就是取用叶片的气动外形来进行实现的:叶片的逆流现象对低风速区进行控制。而在风速高的区域则是受到叶片失速性能的控制。

2.1 失速调节原理

当气流流经上下翼面形状不同的叶片时,因上翼面的突出而使气流加速,压力较低;下翼面较平缓使气流缓慢,因而压力较高,升力产生。失速性能是指它在最大升力系数CLm&’附近的性能,失速调节叶型的升阻曲线说明,随功角! 增大,升力系数CL 线性增大,在CLm&’附近时增加迟缓,到达CLm&’后开始减小。另外,阻力系数C的急剧增大是由于气流在叶片上的分离随攻角增大,分离区形成大的涡流,流动失去翼型效应,与未分离时相比,上下翼面压力差减少,致使阻力激增,升力减小,造成叶片失速而达到叶片功率控制的目的。失速调节叶片的攻角沿轴向分布,由根部向叶尖逐渐减小,因而根部剖面先进入失速,随风速增大失速剖面向叶尖处扩展,原来已失速的剖面,失速程度加深,未失速的剖面逐渐进入失速,失速剖面使功率减小,未失去速剖面仍有功率增加。

2.2 定桨距叶片的运行特点

对比与变桨距叶片而言,定桨距叶片的优势就是当取替了变距监控服伺系统,使得运行结构从而简便、发生故障的机率降低、运行工作安全可靠,并且当进入高风速区域工作时所承受的动载荷降低,特别是在湍流较多的地区,有较好的适应能力。定桨距叶片的不足之处就是叶片结构、工艺复杂、投入的成本高、启动性能差、叶片承受气动推力大,随着机型功率的提升和叶片加长,从而使得叶片的刚度逐渐的减弱,失速动态性能不易控制。

2.2.1 改善、调整叶片功率输出的控制方式

根据上文的介绍,明显的可以体现出叶片输出的功率控制的方法是风力机专有的特点,对于现今的技术,这两项对功率输出的控制方法都存在着很大的缺点,对于利用风进行发电的工作者,在引进高科技的风力机的基础前提,通过合理的方式来使用和调整,叶片的运行状况,确保发挥其最合理的功效,从而取得最大的经济效益。

2.2.2 进行合理的厂址选择

由于设计的原因,从而造成对变桨距叶片限制的作用。当风电场对变桨距叶片等使用时,不要对其有所改进,但对如何保证变距系统故障出现的几率减少,从而达到人们所理想的效果。根据变桨距风力机近些年出现的故障分析来看,变距伺服系统是随风速的变化而变化的,在剧变的不稳定风速、风向、湍流都不平稳的状态,在加上风力机尾流的扰动,不断的进行循环变距的工作,从而提高的构件的磨损程度和减少使用的寿命特别是桨距螺母的磨损。

由湍流引起的结构振动同样会导致各部件联接的精确度,从而产生误差,最终造成各部件之间出现不准备、不连贯的衔接动作和承载冲击力的提升,从而出现不可避免的故障。可为此可以体现出风流的质量是决定变距系统故障出现的程度。

3、结语

综上所述,通过对变桨距和定桨距叶片的气动性能、功率控制这两种方式特点的总结,在根据现今社会和凤电厂运行的具体情形,让我们了解到其在安装运行中的错误之处,从而有针对行的对其进行改良,保证高效率的加强风力机的发电电量。