实用科技 风力发电机功率调节技术综述 阎继生 封文岗 牛伟（中国铝业山西分公司北方工业大学） 摘要：本文介绍了风力发电机的两类功率调节方式，并进行了分析比 距的风力发电机的优越性显得更加突出和必要，从今后的发展趋势来 较。 看，在大型风力发电机组中将会普遍采用变桨距技术。 关键词：风力发电机功率调节变桨距控制 ２变桨距控制原理及其控制过程 Ｏ引言 随着全球经济的发展和人口的增长，人类正面临着能源利用和 环境保护两方面的压力。一方面，煤炭、石油和天然气等石化燃料的 储量，由于上世纪下半叶的大量开采而日益减少：另一方面，是大量使 用石化燃料对自然环境产生了严重的污染和破坏。这两方面的问题 已经引起世界各国政府和人民的高度重视，并在积极寻求能源的可 持续发展。风能作为一种蕴藏量丰富的自然资源因其使用便捷，可再 生、成本低、无污染等特点，在世界范围内得到了较为广泛的使用和 迅速发展，发展潜力巨大。而随着世界经济的快速发展和激烈的竞 争，新能源发电尤其是风力发电技术越来越受到世界各国的普遍重 视。 １风力发电机的功率调节 变桨距控制（Ａｃｔｉｖｅ Ｐｉｔｃｈ Ｃｏｎｔｒｏ１）技术简单来讲，就是通过调 节桨叶的节距角，改变气流对桨叶的攻角，进而控制风轮捕获的气 动转矩和气动功率。从目前的国内外风电控制技术发展来看，变桨 距控制主要有两种方案，即统一变桨距控制（Ｃｏｌｌｅｃｔｉｖｅ Ｐｉｔｃｈ Ｃｏｎｔｒｏ１）和独立变桨距控制（Ｉｎｄｉｖｉｄｕａｌ Ｐｉｔｃｈ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏ ２．１统一变桨距控制统一变桨距是指风力机所有叶片的节距 功率调节是风力发电机关键技术之一，目前投入运行的机组主 角１３均同时改变相同的角度。统一变桨距是最先发展起来的变桨 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 距方法，目前应用也最为成熟。统一变桨控制根据系统运行状态分 为速度控制和功率控制，其控制框图如图一所示。 制。 １．１定桨距失速控制叶片固定安装在风轮上，角度不能改变， ２＿２独立变桨距控制独立变桨距是指风力机的每支叶片根据 风力机的功率调节完全依叶片的气动特性，称为定桨距风力发电机 自己的控制规律独立地变化节距角Ｂ。独立变桨距控制是近几年在 组。这种机组的输出功率随风速的变化而变化，从Ｃｐ的关系看，难 统一变桨距的基础上发展起来的新型变桨距控制理论和方法。由于 塔影效应等不可避免的干 以保证在额定风速之前Ｃ。最大，特别是在低风速段。这种机组通常 水平轴大型风力发电机组存在风切效应、设计有两个不同功率，不同极对数的异步发动机。大功率高转速的 发动机工作于高风速区，小功率低转速的发动机工作于低风速区， 由此来调整入，追求最佳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。实际上难以做到功率 恒定，通常有些下降。 １－２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，风力机可进行桨距调整。叶片不是固定在风轮轮 毅上，在定桨距基础上加装桨距调节环节，使桨叶可绕自身轴转动，称 为变桨距风力机组。比较来看，定桨距失速控制风力机机构简单，部件 少，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，随着功率增加，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。变桨距型风力机在各种工况下《起动、正常运转、停 可按最 佳参数运行，使输出功率曲线得到优化，可使桨叶和整机的受力状况 扰因素，使得作用在风轮叶片和塔架等部件上的载荷存在时间上和 空间上的不均匀性。风力发电机组容量越大，风轮直径越大，载荷的 不均匀性越严重。 ３变桨距系统驱动方案 目前，国内外已投入使用的风力发电机组的变桨距系统主要有 两种驱动方案，一是液压驱动，另一是电机驱动。液压驱动变桨距系 统具有响应快、扭矩大、运行平稳、可与偏航、制动等系统共用油源 便于集成化布置等优点，多用于大型风力发电机组的统一变桨距结 构，其主要缺点是油液的泄漏问题。电机驱动变桨距系统具有结构 简单、无泄漏等优点，便于实现独立变桨距控制，其主要缺点是随着 机组容量的增大，电机惯量也增大，使动态响应特性变坏，而且频繁 的调节桨叶，容易使电机因过热损坏。 参考文献： ［１】马洪飞，徐殿国．几种变速恒频风力发电系统控制方案的对比分析【Ｊ】． ２０００，１０：１—４ 大为改善，还可以使发动机在额定风速以下的工作区段有较高的发电 电工技术杂志．【２】叶杭冶．风力发电机组的控制技术．北京：机械工业出版社．２００２． 量，而在额定风速以上高风速区段不超载，不需要过载能力大的发动 ｆ３】张洋，李强，张晓东．“风力发电机组控制技术综述”．水利电力机械． 机，当然它的缺点是需要有一套比较复杂的变距调节机构。随着风力 ２００７年７月第２９卷第７期 发电机技术的不断成熟与发展，风力发电机的自动化程度提高，变桨 （上接第２２５页） ＋２５．４７＋２４．８４＋２４．７９＋２４．８５＋２４．６２＋２４．７６＋２４．６５＋２４．４３ 计算），效果显著。 ５结束语 ＋２４７２＋２４４６十２４９＋２４＃２＋２４３２＋２４７＋２４．５７＋２４．７）／２４＝１４２６ＫＷ 送热风机Ｐ＝Ｉ ７３２×ＵＸＩ×ｃｏｓＯ ， 日耗功率Ｐ＝１．７３２×０．８５×３８０×（３１．２２＋３１ ２＋３１．１６＋３１．２８ ＋３１．３４＋３５．７１＋３５．６９＋３５．７１＋３４．７１＋３０．８７＋２６．６５＋２７．１ ７＋２８．６３ ＋２７．６５＋２９．８９＋２９．８５＋２９．８３＋２７．９９＋２７．４７＋２７．４１＋２７ １ ７＋２６．０５ 这次变频技术改造获得很大的成功，因此，我们决定对全厂风机 进行技术改造。提高控制精度，节能降耗，使砖厂在市场竞争中处于有 利位置。 参考文献： ＋３０．３３＋ ）／２４＝１ ６．９６ＫＷ 四台风机每日共耗电＝（１４．２６Ｘ２４×２）十（１６．９６Ｘ２４×２） ＝１４９８．８８度 变频改造后风机日耗电量平均节省１３８１．１２．度，。每年（按工 作９个月计算）可节省电费侣６４５１．２元（按平均每度电费０．５元 ｆ１ｌ白铭声，陈祖苏．流体机械．煤炭工业出版社．１９８３年１２月 【２增 淑华．电机学．煤炭工业出版社．１９８６年３月 【３】程隆贵．低压电器．福建科学技术出版社．２００７年５月 【４］￣ｌｊ美俊．变频应用与维护技术．中国电力出版社．２００８年１月 【５】方承远．工厂电气控制技术．机械工业出版社．２０００年１ Ｏ月 ２２６
