750 kW風力機組特點探析

趙樹富　方聰

摘 要 國內風力機組市場競爭日益激烈，技術先進優點突出的風力機組則在市場中尤為重要。但是目前我國各大風電場所使用750 kW的風力機組的功率調節方式可分為失速式調節和變槳式調節，此兩種功率調節方式在此功率段都有相應的弊端，我公司推出的主動失速型風力機組成功的綜合了這兩種調節方式的優點，同時又回避了各自的缺點，而且機組的成本比較前兩種傳統的調節方式的風力機組變化不大。

關鍵詞 失速；主動失速；變漿；葉尖擾流器；晶閘管

中圖分類號：TM315 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）06-0126-01

目前我國各大風電場所使用750 kW的風力機組的功率調節方式可分為失速式調節和變槳式調節，此兩種功率調節方式在此功率段都有相應的弊端。我公司生產的主動失速型風力機組較其他兩種機組的具體優勢如下。

1 主動失速型風力機組既采用失速型葉片的優點又綜合變漿距系統的優點

失速型機組對安裝角要求比較高，需要將葉片的安裝角調整到盡量的最佳位置，否則在額定風速時影響機組的出力；另外失速型機組的葉片角度不能調節，在固定的角度下從空氣中的吸收的功率只接受空氣密度的影響，在空氣稀薄的地區直接影響葉片吸收的能量，因此造成在高海拔地區的機組在額定風速下達不到其額定輸出。

由于定漿型機組的葉漿不能自動調節，在啟動風速下啟動特性比較差；在風輪靜止時，出現氣流的擾動，那么起動力矩很小，主要是由于在葉片的表面上的流動氣流變化而造成的，從而對葉片的抗扭力性能要求較高。

采取主動失速的風力機開機時，將漿葉節距推進到可獲得最大功率位置，當風力發電機組超過額定功率后，槳葉節距主動向失速方向調節，將功率調整在額定值上，由于功率曲線在失速范圍的變化率比失速前要低得多，控制相對容易，輸出功率也更加平穩。在切入風速到額定風速以前主動失型比失速型風能發電機的功率輸出飽滿，而且使機組的啟動性能好。

定漿型機組在超過額定風速時，迎角進入失速區，氣動阻力變得很大，軸向推力隨著風速的增加而增加，所以失速型風輪產生的軸向推力，隨著風速的增加而增加，這樣就要求失速型機組的各個部件比主動失速型機組所承受的載荷要大，各部件所要求的強度要高。

主動失速型機組的風輪的葉片可以根據風速進行調整，由此使得主動失速型風力機組的起動性能好，由此葉片根部承受風變動載荷小。同時對葉片，機艙和塔架上所承受的動載荷要小，使得該部件的重量和機械強度要求有所降低，從而這些部件的制作成本比失速型風機要低。

失速型機組受空氣密度的影響也比較大，在高海拔地區有可能達不到其額定輸出，主動失速型機組采用失速型葉片，其特點為利用空氣動力學原理和葉柵原理根據葉片的長度和翼型的扭角分布的不同，控制風速在葉片表面產生升力和阻力之間的關系。 由于風輪的轉速恒定，風速增加葉片上的迎角隨之增加，直到最后氣流在翼型上表面分離而產生脫落的失速特性。當風速處在額定風速到切出風速之間的速度范圍時，使得主動失速型風力機組完全利用定漿距葉片的這些優點，從而不需要機組在利用控制系統在此速度范圍段根據風速實況的不同做出實時的葉片角度調節，使得主動失速型風力機組的控制系統比變漿控系統的功率調節系統簡單實用的多，完全取消掉了此風速段內的變漿調節。因此控制系統的控制邏輯要簡單，控制元件少，故障少等的優點，則相應的維修維護成不僅容易而且成本很低。同時也消除掉了空氣密度的影響輸出功率的這一因素，風力機組輸出的功率穩定，在額定功率點波動不大。

2 減少葉片的葉尖繞流器及液壓系統的突開閥

氣動剎車機構是由安裝在葉尖的擾流器通過不銹鋼絲繩與葉片根部的液壓油缸的活塞桿相聯接構成的。當風力發電機組正常運行時，在液壓力的作用下，葉尖擾流器與葉片主體部分精密地合為一體，組成完整的葉片。當風力發電機需要停機時，葉尖剎車打開，當風輪在葉尖（氣動）剎車的作用下轉速低到一定程度時，再由機械剎車使風輪剎住到靜止。當然也有極個別風力發電機沒有葉尖剎車，但要求有較昂貴的低速軸剎車以保證機組的安全運行。

主動失速型機組的葉片完全取消掉了通過葉尖擾流器降低風速的功能，葉片上完全不需要氣動剎車這部分結構，在液壓系統也不需要突開閥部分，風輪速度的降低是通過葉片角度的調整使得葉片受力面積減小實現的，調整葉片角度到順漿位置即可使機組停止下來。完全不需要失速型機組氣動剎車系統對制作要求嚴格和系統可靠性高的特點，由此使得主動失速型機組的葉片結構變得簡單，制作變得容易，故障點少，維修維護方便。

3 穩定可靠的風的信號采集系統

上風向風機組其測風點的布置是人們常感到困難的問題，如果布置在機艙的后面，風速、風向的測量準確性會受到風輪旋轉的影響，影響他們采集數據的準確性和真實性。

目前我公司采用兩套風向儀和風速儀的風測量系統，這種方案增加了系統的穩定性和安全性。通過風向儀和風速儀同時采集風況信息后，再輸入到風力機組的控制系統由控制器對信號進行比對處理后，再由控制器對控制個執行機構作出相應的動作。所以兩套風向儀和風速儀的方式能夠消除風輪旋轉對采集數據的影響。

4 合理的晶閘管并網開關組合

隨著電力電子元器件的性能的提高，經濟成本的降低，高功率的晶閘管技術越來越成熟并且經濟適用。750 kW機組采用晶閘管軟并網方式，充分利用晶閘管的導通特性，減少機組并網時電流對電網的沖擊實現軟并網連接。同時在雙向晶閘管兩端并接有旁路并網自動開關，實現在晶閘管并網成功后自動切換到旁路的自動開關。從而降低異步發電機的額定電流的對晶閘管沖擊，降底對晶閘管的高反壓性能的要求。

5 小結

本文簡要分析了我公司生產的750 kW風力發電機組優點，在對比其他兩種功率調節方式的機組后，可以簡單的概括為：1）機組的起動性能好；2）剎車機構簡單，通過葉片順漿后風輪轉速可以逐漸下降；3）額定點以后的輸出功率波動較小，同時受空氣密度影響較小；4）機組的性價比其他兩種機組要高的多。因此在同等的功率面積下，主動失速型機組在各個功率段都有很好地調節特性，輸出功率比較穩定平滑，適合比較復雜的風況。

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