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对变桨距及定桨距风轮气动性能与功率控制方式


  维普资讯 年第 2 期 风力发电 总第 68 期( 季刊) 区并 且在 安 全 桨距 角 26。之前 反 复 调整 桨 距 不能使其调下来 ,风力机就会停机并且报警 。 如果 叶片在 功率输出位置 O。时 ,得不到 额定功率 ,控制方式会继续处 于降低功率并 且无改变桨距角 的迹象,指示刹车和报警信 号出现的刹车都会使单板机驱动变距伺服系 统将桨距改变至顺桨位置。 2.2 变 桨距风 轮 特点 可 以说变桨距是一种较好 的控制方式 , 它具有结构平均受载较小、运行平稳的空气 制动方式使风轮减速 ,停机动载荷小 、在高风 速区功率曲线丰满、年发电量高 ...

  维普资讯 年第 2 期 风力发电 总第 68 期( 季刊) 区并 且在 安 全 桨距 角 26。之前 反 复 调整 桨 距 不能使其调下来 ,风力机就会停机并且报警 。 如果 叶片在 功率输出位置 O。时 ,得不到 额定功率 ,控制方式会继续处 于降低功率并 且无改变桨距角 的迹象,指示刹车和报警信 号出现的刹车都会使单板机驱动变距伺服系 统将桨距改变至顺桨位置。 2.2 变 桨距风 轮 特点 可 以说变桨距是一种较好 的控制方式 , 它具有结构平均受载较小、运行平稳的空气 制动方式使风轮减速 ,停机动载荷小 、在高风 速区功率曲线丰满、年发电量高 ,叶片如因油 污 、积垢 、轻微雾淞、可 以自动补偿 ,不会降低 出力等优点 。其缺点是变距伺服监控驱动系 统结构复杂,故障率较高 ,增加了维护量和维 护成 本 。 3 定桨距风 轮气动性能 定桨距风轮运行是将翼剖面气动失速原 理成 功的应用到风轮叶片,即利用叶片的气 动外形来实现功率控制的,在低风速区(额定 功率前) 受叶片逆流现象的控制 ,在高风速区 受叶片失速性能的限制 。 3.1 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 C厶一附近 的性 能 ,失 速 调 节 叶 型 的升 阻 曲线说 明 ,随攻角 a 增大,升力系数 CL 线性 增 大 ,在 C厶一附 近 时 增 加 迟 缓 ,到 达 CL” 后 开始减小 ,另一方面阻力系数 Cd 急剧增 大,这是 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,上下翼面压力差减小 , 致使阻力激增 ,升力减小,造成叶片失速而达 到风率控制的目的。 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 4 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 ,未失速 剖面仍有功率增加 。 . 3.2 定 桨距 风轮特 点 ● 与变桨距风轮相 比,定桨距风轮的最大 优点是取 消了变距 监控伺服系统后 结构简 . 便、故障率少 、运行可靠,同时在高风速 区工 作时动载荷小,特别是在湍流较多的地区,有 较好的适应能力 。该风轮的缺点是叶片结构 工艺复杂、成本高、起动性 能差、叶片承受气 动推力大 ,随着机型功率的增 大,叶片加长 , 使叶片的刚度减弱 ,失速动态性能不易控■ . 4 对 改善与调整风 率控制方 式的 . 探讨 综上所述 ,风率控 制方式是风力机 的技术特点之一 ,在 目前技术水平下 ,两种控 制方式都有不可避免的缺点,对风电场使用 者来说,如何在 已引进风力机设计制造的基 础上,加以合理的使用与调整,保证安全并发 挥其最大的经济效益 ,是值得关注和探讨的。 4.1 变桨距风轮与风场选址的适应性 变桨距风轮受其设计 所限镧 ,在风 电场 使用时,不可能对它进行改进或调整,但如何 改善它 的变距系统故障频发的缺陷,达到理 想的使用效果 ,从对朱 日和风电场 l OOkW 变 桨距风力机多年来故障分析可以看 出,变距 伺服系统是无时无刻 随风速的变化而 动作 的,在剧变 的不稳定风速、风 向、湍流及风力 机尾流扰动下,频繁 的往复变距动作加 速了 部件的磨损(仅从起机过程可以想像 ,一次变 距起机成功与二次变距起机成功其消耗和磨 损程度是大不相同的) ,特别是桨距螺母的磨 损。湍流引起的结构振动也会使得各部件联 接的精 确度产生误差 ,从而会造成各部件之 间出现不准确、不连贯的衔接动作和承载冲 击力 的加大 ,最终导致故 障。可以说风流质量 决定了变距系统的故障程度。 维普资讯 年第 2 期 风力发电 总第 68 期 (季刊) 欲改变这种情况 ,只有改善风轮的运行 条件 ,即:使风轮尽可能 的在剧 变阵风少 ,稳 定的风速、风向,湍流及风机尾流扰动较小的 环境 中运行 ,这就涉及到变桨距风力机与风 电场选址适应性及风力机安装位置布局的问 题 ,在对 内蒙古四个风 电场风力机运行资料 分析后认为 :变桨距风力机适应 于在简单平 坦 的地形 ,且 风速、风 向稳 定 的场址 内运行 (如朱 日和、辉腾锡勒、锡林风电场) 。避免安 装 于断层、山地、地 表面粗糙度 大的复杂地 形 。在风力机安装位置布局上 ,如果是一个多 台由变桨距和定桨距共 同组建 的风力机群 , 变桨距风力机尽可能要安装于整个机群的盛 行风向上方 ,以减少机群尾流扰动的影响。 4.2 对 定 桨距风 轮 功率控 制 的改 善 定桨距风轮叶片的安装角是 可调 的,为 了达到高、低风速区最佳的功率输出曲线 ,可 以调整 叶片的安装角来适应风 场的风况特 性 ,而近几年在风电技术中出现的叶片贴条 的方法也可以改善叶片的气动性能。 4.2.1 叶 片安 装 角的调 整 利用 失 速 调 节升 阻 比 的特 性 ,可 以进 行 风率控制 。由叶素理论可知,来流角 一 arctg (v/r ) ,当转速恒定 ,来流角随风速增 大而增大 ,而叶片安装角不变 ,则攻角必然增 大 ,使失速加深 ,因而可以适 当的调整攻角位 置 ,保证满意的功率输出。如公式 CL = CL (口) 所示 ,攻角 的变化决定 了升力 系数 的 变化,而攻角与安装角 的关系则是 :a: , 安装角增大则攻角减小 ,反之安装角减小 则攻角增大 ,因此可以通过增减叶片安装角 来达到增减攻角的目的。 安装角的改变会对 叶片高、低 风速 区气 动性能产生不 同的影响 ,高风速区输 出功率 随安装角增大而增 大,而低风速区功率却会 降低 ,因此需用风力机功率 曲线与现场风速 的概率密度分布对年输出功率计算 比较后 , 最佳安装角要兼顾高、低风速区性能 ,使功率 曲线幅度变化 (纵坐标) 和位移变化( 横坐标) 与年 内风况相匹配,获取最高发电量 。 安装角调整后 ,需细心观测 ,能满足功率 要求 ,又不使风力机各项运行参数突破原设 计最大指标 ,保证安全运行。 4.2.2 利用 叶 片贴条 的功 率控制 气流绕翼面流动时 ,由于粘滞性的作用 , 在 翼面附近 的气流流速将 小于主流 区的流 速 ,这层流速小于主流 区流速的气层称为边 界层 ,边 界层分离是在翼面 由突出变成平缓 之后产生 的,此时边 界层 内部的流动是扩压 减速,在靠近壁面处 的流体要克服相 当大的 磨擦力而消耗较多 的动能 ,在这种双重的阻 滞作用下 ,靠近壁面附近的流体速度很快减 小至停止前进 ,在正压梯度的作用下 ,壁面附 近的流体做逆向流动 ,从而形成 了边界层的 分离 ,分离使流动失去翼型效应 ,翼型上饲气 流速度下 降,压力上升 ,上下表 面压 力差减 小 ,升力下降,叶片进入失速。 叶片贴条通过改变叶片贴条区翼型和改 变贴条区叶片表面粗糙度的方法来改变叶片 的气动性能 。 如欲 改善并提高 高风速 区叶片气动性 能、贴条位置在叶片前缘部分迎风面方 向。如 果高风速区超发功率过大,可在叶片前缘 的 背风面贴条 。此外 ,对贴条 的材料、表面粗糙 度 、几何形状尺寸也要进行研究 ,这需要对现 场贴条效果的试验对 比后决定。 与贴条相 比,叶片安装角 的调整用于风 率控制,其方法更为简单快捷一些 ,但在 某些特定的风场 ,由于受到地形及风况条件 的限制 ,单纯 的叶片安装角的调整仍不能取 得令人满意的效果 ,则可 以采用两种方法共 同的调整方式 。 5 结 束 语 通过 了解和掌握变桨距及定桨距风轮的 气动性能 、功率控制方式的特点之后 ,结合风 电场实际情况 ,及时分析和合理应用 ,寻找风 力机在安装运行 中的不足之处 ,扬长避短 ,可 有效的提高发电量 。 5 _1 F嚣 维普资讯

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