750 kW风力机组特点探析

赵树富　方聪

摘 要 国内风力机组市场竞争日益激烈，技术先进优点突出的风力机组则在市场中尤为重要。但是目前我国各大风电场所使用750 kW的风力机组的功率调节方式可分为失速式调节和变桨式调节，此两种功率调节方式在此功率段都有相应的弊端，我公司推出的主动失速型风力机组成功的综合了这两种调节方式的优点，同时又回避了各自的缺点，而且机组的成本比较前两种传统的调节方式的风力机组变化不大。

关键词 失速；主动失速；变浆；叶尖扰流器；晶闸管

中图分类号：TM315 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）06-0126-01

目前我国各大风电场所使用750 kW的风力机组的功率调节方式可分为失速式调节和变桨式调节，此两种功率调节方式在此功率段都有相应的弊端。我公司生产的主动失速型风力机组较其他两种机组的具体优势如下。

1 主动失速型风力机组既采用失速型叶片的优点又综合变浆距系统的优点

失速型机组对安装角要求比较高，需要将叶片的安装角调整到尽量的最佳位置，否则在额定风速时影响机组的出力；另外失速型机组的叶片角度不能调节，在固定的角度下从空气中的吸收的功率只接受空气密度的影响，在空气稀薄的地区直接影响叶片吸收的能量，因此造成在高海拔地区的机组在额定风速下达不到其额定输出。

由于定浆型机组的叶浆不能自动调节，在启动风速下启动特性比较差；在风轮静止时，出现气流的扰动，那么起动力矩很小，主要是由于在叶片的表面上的流动气流变化而造成的，从而对叶片的抗扭力性能要求较高。

采取主动失速的风力机开机时，将浆叶节距推进到可获得最大功率位置，当风力发电机组超过额定功率后，桨叶节距主动向失速方向调节，将功率调整在额定值上，由于功率曲线在失速范围的变化率比失速前要低得多，控制相对容易，输出功率也更加平稳。在切入风速到额定风速以前主动失型比失速型风能发电机的功率输出饱满，而且使机组的启动性能好。

定浆型机组在超过额定风速时，迎角进入失速区，气动阻力变得很大，轴向推力随着风速的增加而增加，所以失速型风轮产生的轴向推力，随着风速的增加而增加，这样就要求失速型机组的各个部件比主动失速型机组所承受的载荷要大，各部件所要求的强度要高。

主动失速型机组的风轮的叶片可以根据风速进行调整，由此使得主动失速型风力机组的起动性能好，由此叶片根部承受风变动载荷小。同时对叶片，机舱和塔架上所承受的动载荷要小，使得该部件的重量和机械强度要求有所降低，从而这些部件的制作成本比失速型风机要低。

失速型机组受空气密度的影响也比较大，在高海拔地区有可能达不到其额定输出，主动失速型机组采用失速型叶片，其特点为利用空气动力学原理和叶栅原理根据叶片的长度和翼型的扭角分布的不同，控制风速在叶片表面产生升力和阻力之间的关系。 由于风轮的转速恒定，风速增加叶片上的迎角随之增加，直到最后气流在翼型上表面分离而产生脱落的失速特性。当风速处在额定风速到切出风速之间的速度范围时，使得主动失速型风力机组完全利用定浆距叶片的这些优点，从而不需要机组在利用控制系统在此速度范围段根据风速实况的不同做出实时的叶片角度调节，使得主动失速型风力机组的控制系统比变浆控系统的功率调节系统简单实用的多，完全取消掉了此风速段内的变浆调节。因此控制系统的控制逻辑要简单，控制元件少，故障少等的优点，则相应的维修维护成不仅容易而且成本很低。同时也消除掉了空气密度的影响输出功率的这一因素，风力机组输出的功率稳定，在额定功率点波动不大。

2 减少叶片的叶尖绕流器及液压系统的突开阀

气动刹车机构是由安装在叶尖的扰流器通过不锈钢丝绳与叶片根部的液压油缸的活塞杆相联接构成的。当风力发电机组正常运行时，在液压力的作用下，叶尖扰流器与叶片主体部分精密地合为一体，组成完整的叶片。当风力发电机需要停机时，叶尖刹车打开，当风轮在叶尖（气动）刹车的作用下转速低到一定程度时，再由机械刹车使风轮刹住到静止。当然也有极个别风力发电机没有叶尖刹车，但要求有较昂贵的低速轴刹车以保证机组的安全运行。

主动失速型机组的叶片完全取消掉了通过叶尖扰流器降低风速的功能，叶片上完全不需要气动刹车这部分结构，在液压系统也不需要突开阀部分，风轮速度的降低是通过叶片角度的调整使得叶片受力面积减小实现的，调整叶片角度到顺浆位置即可使机组停止下来。完全不需要失速型机组气动刹车系统对制作要求严格和系统可靠性高的特点，由此使得主动失速型机组的叶片结构变得简单，制作变得容易，故障点少，维修维护方便。

3 稳定可靠的风的信号采集系统

上风向风机组其测风点的布置是人们常感到困难的问题，如果布置在机舱的后面，风速、风向的测量准确性会受到风轮旋转的影响，影响他们采集数据的准确性和真实性。

目前我公司采用两套风向仪和风速仪的风测量系统，这种方案增加了系统的稳定性和安全性。通过风向仪和风速仪同时采集风况信息后，再输入到风力机组的控制系统由控制器对信号进行比对处理后，再由控制器对控制个执行机构作出相应的动作。所以两套风向仪和风速仪的方式能够消除风轮旋转对采集数据的影响。

4 合理的晶闸管并网开关组合

随着电力电子元器件的性能的提高，经济成本的降低，高功率的晶闸管技术越来越成熟并且经济适用。750 kW机组采用晶闸管软并网方式，充分利用晶闸管的导通特性，减少机组并网时电流对电网的冲击实现软并网连接。同时在双向晶闸管两端并接有旁路并网自动开关，实现在晶闸管并网成功后自动切换到旁路的自动开关。从而降低异步发电机的额定电流的对晶闸管冲击，降底对晶闸管的高反压性能的要求。

5 小结

本文简要分析了我公司生产的750 kW风力发电机组优点，在对比其他两种功率调节方式的机组后，可以简单的概括为：1）机组的起动性能好；2）刹车机构简单，通过叶片顺浆后风轮转速可以逐渐下降；3）额定点以后的输出功率波动较小，同时受空气密度影响较小；4）机组的性价比其他两种机组要高的多。因此在同等的功率面积下，主动失速型机组在各个功率段都有很好地调节特性，输出功率比较稳定平滑，适合比较复杂的风况。

参考文献

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