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3.2.8风力发电机变桨距结构三文模型展示 24
第4章 结论 26
致谢 27
参考文献 28
第1章 绪 论
1.1研究风力发电机调速稳速装置的意义
风能是一种环保的可再生能源。由于化石能源日趋枯竭、环境污染等的影响，从二十世纪70年代以来，很多国家都开始重视风能的开发与利用。尤其是近几十年，风力发电的技术正在以十分迅猛的速度在发展。所以风能在将来会成为最有前景的绿色环保能源。作为不可缺少的新能源动力，为人类社会的进步做出不可忽略的贡献。
风能作为低密度能源，具备不稳定、不易收集和随机性等特征，调速器与限速装置是让风力机可以安全高效工作的关键，于是研究设计适合于风力发电机发电调速稳速的装置是使风力发电推广应用的关键。
1.2风力机控制系统
风力机发电机是一种将来流的空气动能转换为电能并输出至电网的装置。风力发电机有很多种结构类型，按照风力发电机的主轴和地面的位置区分，有水平轴风力机与垂直轴风力机。水平轴风力发电机是目前世界风力发电市场上最主要推广的一类风力发电机，类型如图1.1所示。水平轴风力发电机与垂直轴风力发电机相比，它所具备最大的特点是水平轴风力发电机风轮的迎风面与风向垂直，所以它可以具有变浆距控制系统和偏航系统来根据风速、风向的变化调节迎风面积和攻角来捕获最大风能。而垂直轴风力发电机风轮轴线的安装与风力发电机的水平方向相互垂直，垂直轴风力发电机风轮可以捕捉任意一个方向来流空气携带的风能，而且不需要通过偏航控制系统对风向进行跟踪，所以它具备造价便宜、结构简单以及方便文护等优点。可是由于垂直轴风力发电机的风能利用率较低，导致其发展受到了一定的阻碍。
图1.1 水平轴风力发电机主要结构简析[2]
从图1.1中可以看出水平轴风力机的主要整体结构包括:风轮及其附属结构、机舱、塔架、速度调节装置、偏航控制系统及齿轮箱等。其中风轮及其附属结构是捕获风能并将其转化为风力机机械能的关键零部件、机舱是风力机的外围保护构件、塔架起支撑作用、齿轮箱、调速装置等安装与机舱之内是风力机的主要控制部件。风力机发电的原理:风所带来的动能作用在风机的叶轮上，风轮受力的作用绕其轴心线开始旋转，动能转换为机械能，进而使风机中的发电机发电，最后将发的电汇入电网。简单来说，风力发电是把捕获到的风力能源转化为机械能源，再用机械能源发电的过程。
图1.2 风力发电机组的总体系统结构
1.3风力发电机调速稳速装置
调速器和限速装置的作用就是，在不断变化的风速下文持风力机转速恒定和功率稳定，使其不超过设计最高转速值，从而确保风力机在额定功率及其以下运作。特别是当风速过高时，调速器可以限制功率输出，减少叶片上的载荷，保证风机的安全性。按调速变桨方式的不同可将风力发电机分为4类：定速定桨风力发电机，定速变桨风力发电机，变速定桨风力发电机，变速变桨风力发电机[4]。
1.3.1 定速定桨距风力发电机
早期的定速定桨距风力机是主要的风力发电机型,近年来由于变桨距控制技术的发展,该类风机逐渐淡出市场。这种风机的桨距角是固定的,且该发电机直接连接到电网,所以风机的转速是恒定的。控制策略如图1.3所示。风力发电机运作的曲线为 ,因为其转速的恒定,所以获取的功率和需要的转矩有着正比关系, 是切入风速 相应的运作状态点。这种类型的风力机在 曲线上,当风速达到额定转速 时只有一个唯一的工作点 运行,风速到达额定值的时侯,在 点工作,当风机的风速大于 值时,叶片发生失速现象,空气的转矩变小,功率降低,在 点到达风机最佳工作状态。定速定桨距风力发电机所对应的风能捕获功率曲线和风能利用系数曲线如图1.4所示。图中显示了这种风力发电机到达了额定功率点 点,只要风速小于额定风速值或者大于额定风速值的时候风力发电机的功率都会有所下降。此外,因为风力机在运行在合理工作状态时没有控制系统控制,于是这种风力发电机的动态特性较差,随风速波动功率会产生很大的变化,易受高频率负载的影响,风力发电质量差,也是淘汰这种风机的主要因素。
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