solidworks风力机调速稳速装置的设计(3)
图1.3定速定桨风机控制过程 图1.4定速定桨风机功率和风能利用系数变化
1.3.2定速变桨距风力发电机
定速变桨风机提高了定速定桨风力发电机在超过额定风速时的风能捕获的特性,采取变换桨距角（安装角）增加风能捕获量的控制策略,使风力发电机输出功率平稳保持在额定功率值左右。其控制策略如图1.5所示。 段工作曲线,在额定风速 以下运作时,它的运作点与定速定桨的一致,在 曲线上只有在 点运作,当风速额定风速值以上时,变桨机构就会使桨距角（安装角）改变,使得风力机在额定功率值附近稳定运作,即在 点附近运行。从图1.6可看出定速变桨风力发电机的调速控制策略所对应的功率捕获和风能利用系数变化之间的关系。因为对风轮的转速缺乏控制,于是这种风力发电机在来流风速低于额定风速时,依然运行在 曲线以下, 在额定风速下段没有使风力发电机实现最优的运行。由于风力发电机调速稳速技术的飞速发展,这种风机也逐渐淡出了商业风电的大舞台。[4]
图1.5定速变桨风机控制过程 图1.6定速变桨风机功率和风能利用系数变化
1.3.3 变速定桨风力发电机
在额定风速以下区域变速定桨风机实现了最优工作状态的目标，使得风力发电机在 曲线上运行，提高风力发电机对风能的捕获量同时还有风机的动态特性和风力发电的质量也得到了一定程度的提高，所以这种风力发电机占有商用风力发电机的主流市场。这种风力发电机的控制策略由1.7图可看出。曲线 或者 都可以作为它的工作曲线。当 为工作曲线运行的时候,风速小于额定风速值时，在 段上风力发电机在最大风能系数 曲线上工作， 点达到额定转速值的时候，风速小于额定风速时风力发电机在恒转速 段工作，来流的风速大于设计的额定风速的时候，风力机的叶片就会发生失速现象，然后空气气动转矩下降，直到最大的风速工作点 ；曲线 的工作方式是使风力发电机的额定转速值对应的转矩值低于额定转矩值。在来流风速在额定风速以下时，叶片在 曲线的 段、恒转速段 与恒功率段 上工作, 在 点风力发电机达到了额定风速值和额定转矩。当来流风速大于设计的额定风速值的时候,采取调节风轮转速方式可以使得风力发电机在恒功率段 上工作，风机切出风速点在 点达到，这种调节的方式被称作为辅助式失速调节。这种风力发电机的控制策略相应的风机功率和风能利用系数关系曲线由1.8图可看出，红线为 运行控制策略，黑线为 运行控制策略。从图中可以看出来在恒功率运行段， 运行控制策略吸收功率较为理想。
图1.7变速定桨风机控制过程 图1.8变速定桨风机功率和风能利用系数变化
1.3.4 变速变桨风力发电机
变速变桨风机综合了变速和变桨速度体调节的优点，使风力发电机在全运行段的风能源的捕获量实现了最佳的优化。从而这种风力发电机日益受到厂家的重视。它的运行控制策略由图1.9可以看出， 是它的工作曲线，当来流风速低于额定风速值的时候风力发电机在 段工作，风力发电机最大的风能利用系数 在 段获得。风力发电机在 段曲线恒转速工作，风力发电机在 点达到风力机发电的额定功率。来流的风速大于设计风速值的时候，采取主动变桨控制的方法或者主动失速的方式来控制风力发电机的功率使其在额定功率附近达到稳定。此外 为额定转速值点时，那这种速度控制策略将会缺乏恒转速运行段。由这种风力发电机速度控制策略相对应的风机功率和风机风能利用系数变化图中功率曲线可看到，在整个工作范围里风力发电机实现了风能捕获量最大的目标。