风力机的功率调节

    功率调节是风力机的关键技术之一，目前，投入运行的风力机主要有两类功率调节方式：一类是定桨距失速控制；另一类是变桨距控制。    (1)定桨距失速控制    定桨距风力机的主要结构特点是：桨叶与轮毂的连接是固定的，即当风速变化时，桨叶的节距角不能随之变化。它具有结构简单、性能可靠的优点。风力机的功率调节完全依靠叶片气动特性。这种机组的输出功率随风速的变化而变化，通常难以保证在额定风速之前CP较大，特别是在低风速段。这种机组通常设计为有两台不同功率、不同极对数的异步发电机。大功率高转速发电机工作在高风速区，小功率低转速发电机工作在低风速区，由此来调整CP，当风速超过额定风速时，通过叶片的失速或偏航控制降低CP，从而维持功率恒定，但实际上难以做到功率恒定，通常有些下降，如图7-2所示。
    图7-2    风力机组功率特性曲线    (2)变桨距控制    为了尽可能提高风力机风能转换效率和保证风力机输出功率平稳，风力机需要进行桨距调整。在定桨距基础上安装桨距调节环节，构成变桨距风力机组。变桨距风力发电机组的功率调节不完全依靠叶片的气动特性，它要依靠叶片节距角（气流方向与叶片横截面的弦的夹角）的改变来进行调节。在额定风速以下时节距角处于零度附近，此时，叶片节距角受控制环节精度的影响，变化范围很小，可看作等同于定桨距风机。在额定风速以上时，变桨距机构发挥作用，调整叶片节距角，保证发电机的输出功率在允许范围以内。变桨距风力机的启动风速较定桨距风力机低，停机时传动机械的冲击应力相对缓和。风机正常工作时，主要采用功率控制，对于功率调节速度的反应取决于风机桨距调节系统的灵敏度。在实际应用中，风速的较小变化将造成风能较大的变化，风机输出功率处于不断变化中，桨距调节机构频繁动作。风机桨距调节机构对风速的反应有一定的时延，在阵风出现时，桨距调节机构如果来不及动作就会造成风机瞬时过载，不利于风机的运行。    比较来看，定桨距失速控制风力机结构简单，造价低，并具有较高的安全系数，利于市场竞争。但失速型叶片本身结构复杂，成型工艺难度也较大。随着功率增大，叶片加长，所承受的气动推力增大，叶片的失速动态特性不易控制，使制造更大机组受到限制。变桨距型风力机能使叶片的节距角随风速而变化，从而使风力机在各种工况下（启动、正常运转、停机）按最佳参数运行。它可以使发电机在额定风速以下的工作区段有较大的功率输出，而在额定风速以上的高风速区段不超载，不需要过载能力大的发电机等。当然，它的缺点是需要有一套比较复杂的变距调节结构。现在这两种功率调节方案在技术上都比过去的有很大改进，都在大、中型风力发电机组中得到了广泛应用。