定距桨变距桨与风力发电机组
第四讲 定桨距风力发电机组
作者 (Prepared By)：林俐 电气与电子工程学院
从小发电机向大发电机的切换
一般以平均功率或瞬时功率参数为预置切换 点。 例如NEC Micon 750kW机组以10min平均功 率达到某一预置值P1，或以4min平均功率 达到预置值P2作为切换依据。 采用瞬时功率参数时，一般以5min内测量的 功率值全部大于某一预置值P1，或1min内 的功率全部大于预置P2值作为切换的依据。
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一、控制系统的基本功能
根据风速信号自动进入起动状态或从电网切出。 根据功率及风速大小自动进行转速和功率控制。 根据风向信号自动对风。 根据功率因数自动投入（或切出）相应的补偿电容。 当发电机脱网时，能确保机组安全停机。 在机组运行过程中，监测和记录电网、风况和机组的运行 状况；判断异常，起动相应保护措施。 根据记录的数据，生成各种图表，以反映风力发电机组的 各项性能指标。 对在风电场中运行的风力发电机组还应具备远程通信的功 能。
作者 (Prepared By)距风力发电机组在低 风速区，不同的节距角所 对应的功率曲线几乎是重 合的。 在高风速区，节距角的变 化，对其最大输出功率的 影响是十分明显的。 事实上，调整桨叶的节距 角，改变了桨叶对气流的 失速点。根据实验结果， 节距角越小，气流对桨叶 的失速点越高，其最大输 出功率也越高。 定桨距风力机要在不同的空气密度下调整桨叶安装角
二、双速发电机
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V52-850千瓦风力发电机于不同噪音级别下的功率曲线
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三、功率输出
风力发电机组的功率输出主要取决于风速，此外，气压、气 温和气流扰动等因素也显著地影响其功率输出。 定桨距叶片的功率曲线是在空气的标准状态下测出的，空气 密度=1.225kg/m3，一般当温度变化±10℃，相应的空气密 度变化±4%。 当气温升高，空气密度就会降低，相应的功率输出就会减 少，反之，功率输出就会增大。 桨叶的失速性能只与风速有关。
第3章-风力发电机组整体结构-答案
风力发电技术与风电场工程第三章练习题及答案一、填空题1、并网型风力发电机的功能是将风轮获取的空气动能转换成机械能，再将机械能转换为电能，输送到电网中。
2、并网型风力发电机组的整体结构分为叶轮、机舱、塔架、和基础等几大部分。
3、机舱内布置的传动系统，由主轴、齿轮箱、联轴器和发电机等构成。
4、机舱底座是机组主驱动链和偏航机构固定的基础，并能将载荷传递到塔架上去。
5、铸造底座一般采用球墨铸铁制造，铸件尺寸稳定，吸振性和低温型较好。
6、整流罩是置于轮毂前面的罩子，其作用是整流，减小轮毂的阻力和保护轮毂中的设备。
7、风电机组的基础通常为钢筋混凝土结构，并且根据当地地质情况设计成不同的形式。
基础周围还要设置预防雷击的接地系统。
8、塔架的基本形式有桁架式塔架和圆筒式塔架两大类。
桁架式塔架优点为制造简单，成本低，运输方便，缺点为通向塔顶的上下梯子不好安排，塔架过于敞开，维护人员上下不安全。
塔筒式塔架优点是美观大方，塔身封闭，风电机组维护时上下塔架安全可靠。
9、塔架高度主要依据风轮直径确定。
10、风电机组的基础主要按照塔架的载荷和机组所在地的气候环境条件，结合高层建筑建设规范建造。
11、风力发电机组的机械传动系统包括轮毂、主轴、齿轮箱、制动器、联轴器以及安全装置等。
12、齿轮箱的作用是传递扭矩和提供转速，通过两到三级渐开线圆柱齿轮增速传动得以实现，一般常采用行星齿轮或行星加平行轴齿轮组合传动结构。
13、齿轮箱输出轴（高速轴）通过柔性联轴器与发电机轴连接。
14、联轴器通过绝缘构件阻止发电机磁化齿轮箱内的齿轮和轴承等钢制零件，避免这些零件发生电腐蚀现象。
联轴器上还设置有扭矩限制装置用以保护传动轴系，防止过载运行。
15、偏航系统功能就是跟踪风向的变化，驱动机舱围绕塔架中心线旋转，使风轮扫掠面与风向保持垂直。
16、机舱的偏航运动是由偏航齿轮装置自动执行的，它是根据风向仪提供的风向信号，由控制系统发出指令，通过传动机构使机舱旋转，让风轮始终处于迎风位置。
定桨距与变桨距-风力发电机组
2 变桨距调节型风力发电机组
变奖距是指安装在轮载上的叶片通过控制改变其桨距角的大小。其调节方法为：当风电机组达到运行条件时，控制系统命令调节桨距角调到45”，当转速达到一定时，再调节到0“，直到风力机达到额定转速并网发电；在运行过程中，当输出功率小于额定功率时，桨距角保持在0°位置不变，不作任何调节；当发电机输出功率达到额定功率以后，调节系统根据输出功率的变化调整桨距角的大小，使发电机的输出功率保持在额定功率。
l 定桨距失速调节型风力发电机组
定奖距是指桨叶与轮载的连接是固定的，桨距角固定不变，即当风速变化时，桨叶的迎风角度不能随之变化。失速型是指桨叶翼型本身所具有的失速特性，当风速高于额定风速69，气流的攻角增大到失速条件，使桨叶的表面产生涡流，效率降低，来限制发电机的功率输出。为了提高风电机组在低风速时的效率，通常采用双速发电机（即大/小发电机）。在低风速段运行的，采用小电机使桨叶县有较高的气动效率，提高发电机的运行效率。
桨距
螺旋桨的桨叶都与旋转平面有一个倾角。
假设螺旋桨在一种不能流动的介质中旋转，那么螺旋桨每转一圈，就会向前进一个距离，连续旋转就形成一段螺旋。
同一片桨叶旋转一圈所形成的螺旋的距离，就称为浆距。
显然，桨叶的角度越大，浆距也越大，角度与旋转平面角度为0，浆距也为0。
这个“距”，就是桨叶旋转形成的螺旋的螺距。
随着风电控制技术的发展，当输出功率小于额定功率状态时，变桨距风力发电机组采用OptitiP技术，即根据风速的大小，调整发电机转差率，使其尽量运行在最佳叶尖速比，优化输出功率。
浅谈定桨距风力发电机组的特点
长 的 杠杆 ，使 扰 流器 产生 的气 动 阻力 相 当高 ，足 以使 风力 机在 几乎 没 有任 何 磨损 的情 况 下迅 速减 速 ，这 一过 程 即为 桨叶 空气 动力 刹 车 。叶尖 扰流 器
是 风力 发 电机 组 的主要 制动 器 、每次 制动 时都 是它起 主要作 用 ４双 蘧发 电机 事 实上 ，定 桨距 风力 发 电机组 还存 在在 低风 速运 行 时的 效率 问题 。在 整 个运 行风 速 范 围内 ， 由于气 流 的速度 是在 不 断变 化 的， 如果风 力 机 的转
会对 整机 结 构强 度产 生严 重 的影 响 。为 了解 决上 述 问题 ，桨 叶 制造 商 首先 在２ 世 纪 ７年 代 用 玻璃 钢 复 合 材 料研 制 成功 了 失速 性 能 良好 的风 力 机 桨 ０ Ｑ 叶 ，解 决 了定桨 距风 力 发 电机组 在 大风 时 的功 率控 制 问题 ：２ 世纪 ８年 代 ０ ０
又将 叶尖 扰流 器 成功 地应 用 在风 力发 电机 组 上 ，解 决 了在突 甩 负载情 况 下 的安 全停 机 问题 ，使 定 桨距 （ 失速 型） 力发 电机 组 在近 ２年 的 风能 开发 利 风 ０ 用 中始终 占据 主 导地 位 ，直 到最 新推 出 的兆 瓦级 风力 发 电机 组 仍有机 型 采 用该 项技 术。 ２桨 叶的失 速调节 愿理 当气 流 流 经上 下 翼 面 形状 不 同的 叶片 时 ，因 突面 的弯 曲而使 气 流 加
中 图 分 类 号 ：Ｔ ９ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ： １ ７ － ７ ９ （０１ ）０ ２ ０ ０ ０ Ｍ１ ６１ ５７ ２ ０ ４０４ － １
并 网型 风 力发 电机 组从 ，２ 世纪８ 年 代 中期开 始逐 步 实现 了商 品化 、 ０ ０ 产 业化 。经过 二十 余年 的 发展 ，容 量 已从 数 十千 瓦级 增大 到 兆瓦 级 ，并 以 定桨距 （ 失速 型） 力发 电机组 为主 导机 型 。尽 管在 兆 瓦级 风 力发 电机 组 的 风 设计 中 已开始采 用 变桨 距 技术 和变 速恒 频 技术 ， 但 由此增 加 了控 制系 统与
风力发电机组变桨距控制系统的研究
风力发电机组变桨距控制系统的研究风力发电机组变桨距控制系统的研究近年来，随着环境问题的加剧和清洁能源的重要性逐渐凸显，风力发电作为一种潜在的可再生能源广泛应用。
风力发电机组是将风能转化为电能的关键设备，而变桨距控制系统则是提高风力发电效率的重要技术手段之一。
本文将对风力发电机组变桨距控制系统的研究进行探讨，从控制系统的结构、控制策略以及实际运行效果等方面进行分析。
1. 控制系统的结构风力发电机组的变桨距控制系统主要由传感器、执行器、控制器和信号传输部分组成。
传感器用于感知风力、转速以及叶片位置等信息，将这些信息传递给控制器。
控制器根据传感器获取的信息，通过控制策略对执行器发出信号，调节叶片角度，从而实现对风力发电机组的变桨距控制。
2. 控制策略目前，常用的控制策略主要有定角度控制和最大功率控制两种。
定角度控制是通过固定叶片角度来控制风力发电机组的输出功率，通常适用于恒定风速下的风机运行。
而最大功率控制则是根据风速大小实时调整叶片角度，以实现风力发电机组在不同风速下的最佳输出功率。
最大功率控制策略可以提高风力发电机组的效率，适应不同风速环境，并降低对外部条件的敏感性。
3. 实际运行效果根据实际应用情况和研究成果分析，风力发电机组的变桨距控制系统在提高发电效率、保护设备安全方面取得了显著效果。
通过使用最大功率控制策略，风力发电机组可以根据风速变化实时调整叶片角度，充分利用风能，并在恶劣天气条件下及时响应，减轻设备负荷。
同时，变桨距控制系统的应用也大大降低了由于风电机组运行时桨叶受损引起的事故风险，增加了设备的可靠性和安全性。
4. 研究展望尽管风力发电机组变桨距控制系统已取得一定的研究进展，但仍存在一些挑战和待解决的问题。
首先，尽管最大功率控制策略可以提高发电效率，但在不同风速区间的切换问题仍需要进一步优化。
其次，传感器的稳定性和可靠性也是需要关注的焦点，特别是在恶劣环境下的应用。
另外，随着风力发电技术的发展，新型的控制策略和技术工具也需要不断研发和应用，以进一步提高风力发电机组的性能和可靠性。
变桨距机组的控制技术
变桨距机组的控制技术本文对变桨距风力发电机组控制系统的特点以及控制策略分别进行详细介绍。
一、变桨距机组控制系统的特点从空气动力学角度考虑，当风速过高时，只有通过调整桨叶节距，改变气流对叶片的攻角，从而改变风力发电机组获得的空气动力转矩，才能使功率输出保持稳定。
同时，风力机在启动过程中也需要通过改变节距来获得足够的启动转矩。
采用变桨距机构的风力发电机组可使桨叶和整机的受力状况大为改善，这对大型风力发电机组的总体设计十分有利。
目前已有多种型号的变桨距600kW级风力发电机组进入市场。
其中较为成功的有丹麦VESTAS的V39/V42-600kW机组和美国Zand的Z 40-600kW机组。
从今后的发展趋势看，在大型风力发电机组中将会普遍采用变桨距技术。
变桨距风力发电机组又分为主动变桨距控制与被动变桨距控制。
主动变桨距控制可以在大于额定风速时限制功率，这种控制的实现是通过将每个叶片的部分或全部相对于叶片轴方向进行旋转以减小攻角，同时也减小了升力系数。
被动变桨距控制是一种令人关注的可替代主动变桨距限制功率的方式，其思路是将叶片或叶片的轮毂设计成在叶片载荷的作用下扭转，以便在高风速下获得所需的节距角。
但因为所必需的叶片随风速变换而扭转的变化量一般并不与叶片相应的载荷变化相匹配，所以很难实现。
对于独立运行的风力发电机组，发电量的最大化不是主要目标，被动变桨距控制方案有时候被采用，但是这一概念在并网运行的风力发电机组中尚未应用。
变桨距控制主要是通过改变翼型迎角变化，从而使翼型升力变化来进行调节的。
变桨距控制多用于大型风力发电机组。
变桨距控制是通过叶片和轮毂之间的轴承机构转动叶片减小迎角，由此来减小翼型的升力，以达到减小作用在风轮叶片上的扭矩和功率的目的。
变桨距调节时叶片迎角可相对气流连续地变化，以便得到风轮功率输出达到希望的范围。
在90°迎角时是叶片的顺桨位置。
在风力发电机组正常运行时，叶片向小迎角方向变化从而限制功率，一般变桨距范围为90°～100°。
风力发电机组及应用：第六章变桨距系统
变桨系统分布结构
变桨电机1
90度限位开关 0度接近开关
旋转编码器 电磁刹车 动力电源线
变桨柜1
滑环
连接器
变桨电机2
90度限位开关 0度接近开关
旋转编码器 电磁刹车 动力电源线
变桨柜1
变桨电机3
90度限位开关 0度接近开关
旋转编码器 电磁刹车 动力电源线
变桨柜1
变桨系统驱动原理
状态 自动/手动切换
编 码 电机 器
机械部分
减速比 减速机
回转支承 及小齿
叶片 齿数比
回转支承内齿圈
变桨距系统
电动变桨距伺服系统
电动变桨距系统就是可以允许三个叶片独立实现变桨，它
提供给风力发电机组功率输出和足够的支承刹外圈车制动能力，这样可
以避免过载对风机的破坏。
传感器
内齿圈
放大器
内
齿
实现对叶片 的节距角的
位置1：变桨限位撞块与变桨轴承连接时定位导向 螺钉孔。
位置2：顺桨接近撞块安装螺栓孔，与变桨限位撞 块连接。
位置3：变桨限位撞块安装螺栓孔，与变桨轴承连 接。
极限工作位置撞块和限位开关
变桨超级电容
❖ 型号：4-BMOD2600-6 ❖ 额定电压：60VDC ❖ 总容量：125F ❖ 总存储能量：150kJ ❖ 四组串联 ❖ 单组电容电压：16VDC ❖ 单组电容容量：500F
第六章 变桨系统
变桨系统
液压驱动 变桨系统
电动驱动 变桨系统
变桨控制器
变桨系统维护
变桨距系统
变桨距系统是对叶片的桨距角进行调解以控制风轮对风 能吸收的装置。
作用：
❖当风机启动时，可以通过变桨距来获得足够的启动转 矩；
风力发电机的几种功率调节方式
风力发电机的几种功率调节方式作者：佚名发布时间：2009-5-5随着计算机技术与先进的控制技术应用到风电领域，并网运行的风力发电控制技术得到了较快发展，控制方式从基本单一的定桨距失速控制向变桨距和变速恒频控制方向发展，甚至向智能型控制发展。
作为风力资源较为丰富的国家之一，我国加快了风电技术领域的自主开发与研究，兆瓦级变速恒频的风力发电机组国产化已列入国家“863”科技攻关顶目。
本文针对当前并网型风力发电机组的几种功率凋节控制技术进行了介绍。
l 定桨距失速调节型风力发电机组定桨距是指桨叶与轮载的连接是固定的，桨距角固定不变，即当风速变化时，桨叶的迎风角度不能随之变化。
失速型是指桨叶翼型本身所具有的失速特性，当风速高于额定风速69，气流的攻角增大到失速条件，使桨叶的表面产生涡流，效率降低，来限制发电机的功率输出。
为了提高风电机组在低风速时的效率，通常采用双速发电机（即大/小发电机）。
在低风速段运行的，采用小电机使桨叶具有较高的气动效率，提高发电机的运行效率。
失速调节型的优点是失速调节简单可靠，当风速变化引起的输出功率的变化只通过桨叶的被动失速调节而控制系统不作任何控制，使控制系统大为减化。
2 变桨距调节型风力发电机组变桨距是指安装在轮载上的叶片通过控制改变其桨距角的大小。
其调节方法为：当风电机组达到运行条件时，控制系统命令调节桨距角调到45”，当转速达到一定时，再调节到0“，直到风力机达到额定转速并网发电；在运行过程中，当输出功率小于额定功率时，桨距角保持在0°位置不变，不作任何调节；当发电机输出功率达到额定功率以后，调节系统根据输出功率的变化调整桨距角的大小，使发电机的输出功率保持在额定功率。
随着风电控制技术的发展，当输出功率小于额定功率状态时，变桨距风力发电机组采用OptitiP技术，即根据风速的大风力发电机的几种功率调节方式作者：佚名发布时间：2009-5-5调整发电机转差率，使其尽量运行在最佳叶尖速比，优化输出功率。
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桨距
螺旋桨的桨叶都与旋转平面有一个倾角。
假设螺旋桨在一种不能流动的介质中旋转，那么螺旋桨每转一圈，就会向前进一个距离，连续旋转就形成一段螺旋。
同一片桨叶旋转一圈所形成的螺旋的距离，就称为浆距。
显然，桨叶的角度越大，浆距也越大，角度与旋转平面角度为0，浆距也为0。
这个“距”，就是桨叶旋转形成的螺旋的螺距。
桨距指的是直升机的旋翼或固定翼的螺旋桨旋转一周360 度，向上或向前行走的距离（理论上的）。
就好比一个螺丝钉，您拧一圈后，能够拧入的长度。
桨距越大前进的距离就越大，反之越小！然而要测量实际桨距的大小是比较困难的，所以一般固定翼飞机使用桨距不变的螺旋桨上都会标明其直径和桨距的大小（单位以英寸居多），以便于和合适的发动机配套使用。
绝大多数的固定桨距的直升机桨一般是专为某一级别的飞机定制的，所以只标明直径。
可变桨距直升机可以非常容易的通过测量桨叶的攻角（迎风角度）大小来体现桨距的大小，和变化幅度。
l 定桨距失速调节型风力发电机组
定奖距是指桨叶与轮载的连接是固定的，桨距角固定不变，即当风速变化时，桨叶的迎风角度不能随之变化。
失速型是指桨叶翼型本身所具有的失速特性，当风速高于额定风速69 ，气流的攻角增大到失速条件，使桨叶的表面产生涡流，效率降低，来限制发电机的功率输出。
为了提高风电机组在低风速时的效率，通常采用双速发电机（即大/ 小发电机）。
在低风速段运行的，采用小电机使桨叶县有较高的气动效率，提高发电机的运行效率。
失速调节型的优点是失速调节简单可靠，当风速变化引起的输出功率的变化只通过桨叶的被动失速调节而控制系统不作任何控制，使控制系统大为减化。
其缺点是叶片重晏大（与变桨距风机叶片比较），桨叶、轮载、塔架等部件受力较大，机组的整体效率较低。
2 变桨距调节型风力发电机组
变奖距是指安装在轮载上的叶片通过控制改变其桨距角的大小。
其调节方法为：当风电机组达到运行条件时，控制系统命令调节桨距角调到45”，当转速达到一定时，再调节到0“，
直到风力机达到额定转速并网发电；在运行过程中，当输出功率小于额定功率时，桨距角保持在0°位置不变，不作任何调节；当发电机输出功率达到额定功率以后，调节系统根据输出功率的变化调整桨距角的大小，使发电机的输出功率保持在额定功率。
随着风电控制技术的发展，当输出功率小于额定功率状态时，变桨距风力发电机组采用
OptitiP 技术，即根据风速的大小，调整发电机转差率，使其尽量运行在最佳叶尖速比，优化输出功率。
变桨距调节的优点是桨叶受力较小，桨叶做的较为轻巧。
桨距角可以随风速的大小而进行自动调节，因而能够尽可能多的吸收风能转化为电能，同时在高风速段保持功率平稳输出。
缺点是结构比较复杂，故障率相对较高。
3 主动失速调节型风力发电机组
将定桨距失速调节型与变桨距调节型两种风力发电机组相结合，充分吸取了被动失速和桨距
调节的优点，桨叶采用失速特性，调节系统采用变桨距调节。
在低风速肘，将桨叶节距调节
到可获取最大功率位置，桨距角调整优化机组功率的输出；当风力机发出的功率超过额定功
率后，桨叶节距主动向失速方向调节，将功率调整在额定值以下，限制机组最大功率输出，随着风速的不断变化，桨叶仅需要微调维持失速状态。
制动刹车时，调节桨叶相当于气动刹车，很大程度上减少了机械刹车对传动系统的冲击。
主动失速调节型的优点是其言了定奖距失速型的特点，并在此基础上进行变桨距调节，提高
了机同频率后并入电网。
机组在叶片设计上采用了变桨距结构。
其调节方法是：在起动阶段，通过调节变桨距系统控制发电机转速，将发电机转速保持在同步转速附近，寻找最佳并网时
机然后平稳并网；在额定风速以下时，主要调节发电机反力转矩使转速跟随风速变化，保持最佳叶尖速比以获得最大风能；在额定风速以上时，采用变速与桨叶节距双重调节，通过变桨距系统调节限制风力机获取能量，保证发电机功率输出的稳定性，获取良好的动态特性；而变速调节主要用来响应快速变化的风速，减轻桨距调节的频繁动作，提高传动系统的柔性。
变速恒频这种调节方式是目前公认的最优化调节方式，也是未来风电技术发展的主要方向。
变速恒频的优点是大范围内调节运行转速，来适应因风速变化而引起的风力机功率的变化，可以最大限度的吸收风能，因而效率较高；控制系统采取的控制手段可以较好的调节系统的有功功率、无功功率，但控制系统较为复杂。
欢迎大家发表自己的见解！。