1、被動(dòng)變槳控制技術(shù)在小型風(fēng)力發(fā)電被動(dòng)變槳控制技術(shù)在小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的應(yīng)用機(jī)組中的應(yīng)用 浙江華鷹風(fēng)電設(shè)備有限公司浙江華鷹風(fēng)電設(shè)備有限公司總經(jīng)理、電氣高級(jí)工程師：徐學(xué)根總經(jīng)理、電氣高級(jí)工程師：徐學(xué)根2011.2.25 中國(guó)北京中國(guó)北京20112011年小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)國(guó)際論壇年小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)國(guó)際論壇一、國(guó)內(nèi)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組當(dāng)前的主要技術(shù)類型、特點(diǎn)和存在的問題一、國(guó)內(nèi)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組當(dāng)前的主要技術(shù)類型、特點(diǎn)和存在的問題 隨著近幾年世界范圍內(nèi)對(duì)低碳經(jīng)濟(jì)的重視，作為分布式供電系統(tǒng)重隨著近幾年世界范圍內(nèi)對(duì)低碳經(jīng)濟(jì)的重視，作為分布式供電系統(tǒng)重要組成部分的中小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，同時(shí)也存在一些要組成

2、部分的中小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，同時(shí)也存在一些技術(shù)和質(zhì)量方面的問題。從目前國(guó)內(nèi)主流的中小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)看，主要技術(shù)和質(zhì)量方面的問題。從目前國(guó)內(nèi)主流的中小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)看，主要技術(shù)類型有兩種：技術(shù)類型有兩種：1.上風(fēng)向、帶尾舵、被動(dòng)偏航限速；上風(fēng)向、帶尾舵、被動(dòng)偏航限速；2.上風(fēng)向、無尾舵、上風(fēng)向、無尾舵、風(fēng)速風(fēng)向儀對(duì)風(fēng)、主動(dòng)偏航限制。（如圖風(fēng)速風(fēng)向儀對(duì)風(fēng)、主動(dòng)偏航限制。（如圖1、圖、圖2） 圖圖1：上風(fēng)向、帶尾舵、被動(dòng)：上風(fēng)向、帶尾舵、被動(dòng)偏航限速。偏航限速。 圖圖2：上風(fēng)向、無尾舵、風(fēng)速風(fēng)：上風(fēng)向、無尾舵、風(fēng)速風(fēng)向儀對(duì)風(fēng)、主動(dòng)偏航限制。向儀對(duì)風(fēng)、主動(dòng)偏航限制。 這兩種類型的主要特點(diǎn)是：

3、這兩種類型的主要特點(diǎn)是：A.對(duì)風(fēng)采用尾舵對(duì)風(fēng)或采用風(fēng)速風(fēng)向儀自動(dòng)對(duì)風(fēng)，一般效對(duì)風(fēng)采用尾舵對(duì)風(fēng)或采用風(fēng)速風(fēng)向儀自動(dòng)對(duì)風(fēng)，一般效果較好。果較好。B.風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，發(fā)電機(jī)、機(jī)艙、輪轂設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，發(fā)電機(jī)、機(jī)艙、輪轂設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，成本較成本較低。低。C.在大風(fēng)中限速采用被動(dòng)偏航或主動(dòng)偏航控制。在大風(fēng)中限速采用被動(dòng)偏航或主動(dòng)偏航控制。 同時(shí)這兩種類型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)在實(shí)同時(shí)這兩種類型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)在實(shí)際使用也存在明顯的不足，存在一些際使用也存在明顯的不足，存在一些由于控制技術(shù)方面存在的問題：由于控制技術(shù)方面存在的問題：1. 風(fēng)機(jī)限速功能較差風(fēng)機(jī)限速功能較差: 在大風(fēng)中風(fēng)機(jī)限速問題成為小型風(fēng)力

4、發(fā)電機(jī)組運(yùn)行安全性、在大風(fēng)中風(fēng)機(jī)限速問題成為小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行安全性、可靠性的首要問題。上述的兩種風(fēng)力機(jī)類型，是定槳矩類型，風(fēng)可靠性的首要問題。上述的兩種風(fēng)力機(jī)類型，是定槳矩類型，風(fēng)輪隨著受風(fēng)風(fēng)力的加大而不斷增加轉(zhuǎn)速，發(fā)電機(jī)輸出電壓和功率輪隨著受風(fēng)風(fēng)力的加大而不斷增加轉(zhuǎn)速，發(fā)電機(jī)輸出電壓和功率以三次方的比例上升，第一種上風(fēng)向帶尾舵被動(dòng)偏航限速，可靠以三次方的比例上升，第一種上風(fēng)向帶尾舵被動(dòng)偏航限速，可靠性較差，常常在大風(fēng)中無法有效偏航限速導(dǎo)致轉(zhuǎn)速失控、電壓上性較差，常常在大風(fēng)中無法有效偏航限速導(dǎo)致轉(zhuǎn)速失控、電壓上升擊毀控制器，甚至風(fēng)葉飛出、風(fēng)機(jī)吹掉；第二種上風(fēng)向無尾舵升擊毀控制器，甚至風(fēng)葉飛

5、出、風(fēng)機(jī)吹掉；第二種上風(fēng)向無尾舵主動(dòng)偏航限速，性能已優(yōu)于第一種類型，但它不停地測(cè)風(fēng)速和風(fēng)主動(dòng)偏航限速，性能已優(yōu)于第一種類型，但它不停地測(cè)風(fēng)速和風(fēng)向，偏航回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)不停地工作，控制系統(tǒng)及偏航電機(jī)都靠電力驅(qū)向，偏航回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)不停地工作，控制系統(tǒng)及偏航電機(jī)都靠電力驅(qū)動(dòng)，電的傳輸和儲(chǔ)存都存在問題，一旦偏航回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)失靈后果不動(dòng)，電的傳輸和儲(chǔ)存都存在問題，一旦偏航回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)失靈后果不不堪設(shè)想，會(huì)出現(xiàn)在大風(fēng)中偏航不靈敏、風(fēng)輪轉(zhuǎn)速失控上升，嚴(yán)不堪設(shè)想，會(huì)出現(xiàn)在大風(fēng)中偏航不靈敏、風(fēng)輪轉(zhuǎn)速失控上升，嚴(yán)重時(shí)會(huì)風(fēng)葉飛出、機(jī)組損毀重時(shí)會(huì)風(fēng)葉飛出、機(jī)組損毀 。2. 剎車停機(jī)功能缺乏：剎車停機(jī)功能缺乏： 目前這兩種機(jī)型都缺乏必要

6、的剎車停機(jī)手段，采用的電磁制動(dòng)是目前這兩種機(jī)型都缺乏必要的剎車停機(jī)手段，采用的電磁制動(dòng)是控制器上人為地將發(fā)電機(jī)三相輸出短接，這種方式在風(fēng)輪轉(zhuǎn)速較快控制器上人為地將發(fā)電機(jī)三相輸出短接，這種方式在風(fēng)輪轉(zhuǎn)速較快的情況下會(huì)造成大電流沖擊燒壞發(fā)電機(jī)，同時(shí)對(duì)主軸、塔桿造成嚴(yán)的情況下會(huì)造成大電流沖擊燒壞發(fā)電機(jī)，同時(shí)對(duì)主軸、塔桿造成嚴(yán)重機(jī)械沖擊，這種方式應(yīng)該淘汰。重機(jī)械沖擊，這種方式應(yīng)該淘汰。 3. 后端配置偏大后端配置偏大 ： 由于對(duì)于風(fēng)輪轉(zhuǎn)速缺乏有效的控制，為了避免對(duì)后端的控制器、由于對(duì)于風(fēng)輪轉(zhuǎn)速缺乏有效的控制，為了避免對(duì)后端的控制器、逆變器系統(tǒng)造成損害，所以很多逆變系統(tǒng)生產(chǎn)廠家通過加大卸荷逆變器系統(tǒng)造成

7、損害，所以很多逆變系統(tǒng)生產(chǎn)廠家通過加大卸荷電阻功率，加大匹配功率，如電阻功率，加大匹配功率，如10kw風(fēng)力發(fā)電機(jī)配風(fēng)力發(fā)電機(jī)配20kw控制器、控制器、逆變器等系統(tǒng)以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，增加了機(jī)組整體成本，削弱逆變器等系統(tǒng)以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，增加了機(jī)組整體成本，削弱了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。 因此現(xiàn)有的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組技術(shù)，由于是定槳矩設(shè)因此現(xiàn)有的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組技術(shù)，由于是定槳矩設(shè)計(jì)，偏航限速控制，存在問題突出表現(xiàn)在低風(fēng)速計(jì)，偏航限速控制，存在問題突出表現(xiàn)在低風(fēng)速下啟動(dòng)困難，高風(fēng)速下限速困難，且無有效停車下啟動(dòng)困難，高風(fēng)速下限速困難，且無有效停車機(jī)構(gòu)，在國(guó)內(nèi)國(guó)際市場(chǎng)應(yīng)用上也出現(xiàn)一定的負(fù)面機(jī)構(gòu)，在國(guó)內(nèi)國(guó)

8、際市場(chǎng)應(yīng)用上也出現(xiàn)一定的負(fù)面影響，影響了中國(guó)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)行業(yè)的發(fā)展和影響，影響了中國(guó)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)行業(yè)的發(fā)展和國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。二、變槳矩技術(shù)在中小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中應(yīng)用的必要性和緊迫性二、變槳矩技術(shù)在中小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中應(yīng)用的必要性和緊迫性 我國(guó)現(xiàn)有小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組存在的問題，都是與它的主要結(jié)構(gòu)定槳矩分不開的，如果能把定槳矩改為變槳矩，把偏航限速、卸荷限速這種“從后控制”方式改為控制風(fēng)輪轉(zhuǎn)速“從頭控制”方式，將徹底解決這些存在的問題。因此在目前大多數(shù)廠家還在沿用以往帶尾舵限速和定槳偏航風(fēng)機(jī)的情況下，推廣使用變槳矩風(fēng)機(jī)，對(duì)現(xiàn)有風(fēng)力發(fā)電機(jī)升級(jí)換代，提升國(guó)內(nèi)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)品質(zhì)和技術(shù)水

9、平，具有十分重要的必要性和緊迫性。變槳矩指在葉片根部加裝變槳軸承，葉片可以沿自身的軸線旋轉(zhuǎn)，改變風(fēng)輪的槳矩角，進(jìn)而改變攻角。（如上圖）變槳矩技術(shù)的原理與優(yōu)勢(shì)變槳矩技術(shù)的原理與優(yōu)勢(shì)變槳矩與變槳矩風(fēng)機(jī)的比較優(yōu)勢(shì)變槳矩與變槳矩風(fēng)機(jī)的比較優(yōu)勢(shì) 定槳矩是指槳葉與輪轂的連接是固定的，槳矩角固定不變，即當(dāng)風(fēng)速變化時(shí)，槳葉的迎風(fēng)角度不能隨之變化，故減速比一定，啟動(dòng)風(fēng)速高，限速困難，輸出功率不穩(wěn)定。（如圖三） 變槳矩調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)是槳葉受力較小，槳矩角可以隨風(fēng)速的大小而進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，因而盡可能多地吸收風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能，同時(shí)在高風(fēng)速能有效控制轉(zhuǎn)速，保持功率穩(wěn)定輸出，缺點(diǎn)是機(jī)構(gòu)和制作工藝相對(duì)復(fù)雜。（如圖四） 三、下風(fēng)向被

10、動(dòng)變槳技術(shù)原理、機(jī)組特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)三、下風(fēng)向被動(dòng)變槳技術(shù)原理、機(jī)組特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì) 把變槳矩控制技術(shù)應(yīng)用到小型風(fēng)力發(fā)把變槳矩控制技術(shù)應(yīng)用到小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，首先考慮的是成本問題，采用電機(jī)組中，首先考慮的是成本問題，采用類似大風(fēng)機(jī)電子主動(dòng)變槳控制技術(shù)應(yīng)用到類似大風(fēng)機(jī)電子主動(dòng)變槳控制技術(shù)應(yīng)用到50kw以下的機(jī)型中是不現(xiàn)實(shí)的，因此我們以下的機(jī)型中是不現(xiàn)實(shí)的，因此我們采用的下風(fēng)向被動(dòng)變槳技術(shù)，解決了這一采用的下風(fēng)向被動(dòng)變槳技術(shù)，解決了這一技術(shù)與成本難題。技術(shù)與成本難題。下風(fēng)向被動(dòng)變槳風(fēng)力發(fā)電機(jī)組原理簡(jiǎn)介下風(fēng)向被動(dòng)變槳風(fēng)力發(fā)電機(jī)組原理簡(jiǎn)介 通過風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)時(shí)離心錘所產(chǎn)生的離心力，來控制調(diào)節(jié)風(fēng)葉的槳矩角，使

11、風(fēng)輪在低風(fēng)速時(shí)處于正的啟動(dòng)角度可以產(chǎn)生一個(gè)較大的啟動(dòng)力矩；接近額定風(fēng)速時(shí)保持在最佳迎風(fēng)角位置，達(dá)到最佳尖速比，獲得大的風(fēng)能利用系數(shù)；當(dāng)超過額定風(fēng)速時(shí)，風(fēng)葉槳矩角在離心力的作用下趨向負(fù)角，對(duì)風(fēng)輪限速?gòu)亩冀K將風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制在額定轉(zhuǎn)速以內(nèi)，限制發(fā)電機(jī)輸出電壓過大達(dá)到功率平穩(wěn)輸出；還可以通過剎車裝置在遇強(qiáng)風(fēng)或臺(tái)風(fēng)時(shí)，對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行人工或自動(dòng)停機(jī)保護(hù)。風(fēng)機(jī)變槳技術(shù)原理 機(jī)組特點(diǎn)：機(jī)組特點(diǎn)： 1 1、下風(fēng)向設(shè)計(jì)、下風(fēng)向設(shè)計(jì)a.下風(fēng)向設(shè)計(jì)就是風(fēng)輪相對(duì)風(fēng)向處在塔桿的下側(cè)，通過風(fēng)輪自身承受的風(fēng)壓來自動(dòng)對(duì)風(fēng)，解決風(fēng)機(jī)的對(duì)風(fēng)問題。b.不需要其他對(duì)風(fēng)裝置，省去尾舵、偏航等機(jī)構(gòu)，外形更緊湊美觀。2 2、采用被動(dòng)變槳技

12、術(shù)、采用被動(dòng)變槳技術(shù)當(dāng)風(fēng)速改變時(shí)，通過風(fēng)機(jī)自身的離心裝置和復(fù)位裝置自動(dòng)去改變槳葉的槳矩角；相對(duì)主動(dòng)電子變槳省去控制器、風(fēng)速風(fēng)向儀、plc偏航等巨額成本。3 3、與下風(fēng)向風(fēng)力發(fā)電機(jī)有機(jī)結(jié)合、與下風(fēng)向風(fēng)力發(fā)電機(jī)有機(jī)結(jié)合因?yàn)橛辛俗儤夹g(shù)，所以不需要限速機(jī)構(gòu)，如偏航齒輪或尾舵；正因?yàn)榭梢匀サ酏嫶蟮奈捕嫦匏贆C(jī)構(gòu)，可以設(shè)計(jì)成下風(fēng)向結(jié)構(gòu)。 機(jī)組特點(diǎn)：機(jī)組特點(diǎn)： 4、.主機(jī)與塔桿之間采用減震裝置，避免風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中振動(dòng)造成的機(jī)械損害，可以有效消除“塔影”效應(yīng)。5、.剎車機(jī)構(gòu)：主動(dòng)變槳柔性剎車停機(jī)，通過塔桿底部的停車機(jī)構(gòu)將風(fēng)葉槳矩角調(diào)整到一定的負(fù)角，通過持續(xù)的風(fēng)壓產(chǎn)生反轉(zhuǎn)力矩，從而達(dá)到風(fēng)速停機(jī)。機(jī)組特點(diǎn)：機(jī)組特

13、點(diǎn)： 6、功率輸出明顯優(yōu)于定槳矩風(fēng)機(jī)備注備注:上圖為上圖為10KW變槳風(fēng)機(jī)在變槳風(fēng)機(jī)在25m/s風(fēng)速以下輸出功率曲線風(fēng)速以下輸出功率曲線機(jī)組特點(diǎn)：機(jī)組特點(diǎn)： 6、功率輸出明顯優(yōu)于定槳矩風(fēng)機(jī)備注備注:上圖為上圖為10KW定槳風(fēng)機(jī)在定槳風(fēng)機(jī)在16m/s風(fēng)速以下輸出功率曲線風(fēng)速以下輸出功率曲線機(jī)組特點(diǎn)：機(jī)組特點(diǎn)： 7、變槳風(fēng)機(jī)在各級(jí)年平均風(fēng)速下發(fā)電量圖表備注備注:上圖為變槳風(fēng)機(jī)在正常運(yùn)行狀態(tài)下采集的發(fā)電數(shù)據(jù)上圖為變槳風(fēng)機(jī)在正常運(yùn)行狀態(tài)下采集的發(fā)電數(shù)據(jù)機(jī)組特點(diǎn)：機(jī)組特點(diǎn)： 7、變槳風(fēng)機(jī)在各級(jí)年平均風(fēng)速下發(fā)電量曲線圖備注備注:曲線圖表所用數(shù)據(jù)來自變槳風(fēng)機(jī)在正常運(yùn)行狀態(tài)下采集形成曲線圖表所用數(shù)據(jù)來自變槳風(fēng)

14、機(jī)在正常運(yùn)行狀態(tài)下采集形成四、工程應(yīng)用案例與發(fā)展前景四、工程應(yīng)用案例與發(fā)展前景 一）工程應(yīng)用案例一）工程應(yīng)用案例 1.海濱公園海濱公園2KW離網(wǎng)供電運(yùn)行離網(wǎng)供電運(yùn)行 2.上海滴水湖生態(tài)園上海滴水湖生態(tài)園2KW離網(wǎng)運(yùn)行工離網(wǎng)運(yùn)行工程案例（世界自然基金會(huì)河口管理綜程案例（世界自然基金會(huì)河口管理綜合項(xiàng)目點(diǎn)）合項(xiàng)目點(diǎn)）一）工程應(yīng)用案例一）工程應(yīng)用案例 5.愛爾蘭愛爾蘭5KW并網(wǎng)運(yùn)行并網(wǎng)運(yùn)行 6.泰國(guó)泰國(guó)5KW并網(wǎng)運(yùn)行并網(wǎng)運(yùn)行四、工程應(yīng)用案例與發(fā)展前景四、工程應(yīng)用案例與發(fā)展前景 一）工程應(yīng)用案例一）工程應(yīng)用案例 7.10KW移動(dòng)基站風(fēng)光互補(bǔ)供電運(yùn)行移動(dòng)基站風(fēng)光互補(bǔ)供電運(yùn)行 8. 10KW上海世博會(huì)離網(wǎng)運(yùn)行工程案例上海世博會(huì)離網(wǎng)運(yùn)行工程案例 四、工程應(yīng)用案例與發(fā)展前景四、工程應(yīng)用案例與發(fā)展前景 一）工程應(yīng)用案例一）工程應(yīng)用案例 9. 30KW加拿大并網(wǎng)運(yùn)行工程案例加拿大并網(wǎng)運(yùn)行工程案例 10.30KW意大利并網(wǎng)運(yùn)行工程案例意大利并網(wǎng)運(yùn)行工程案例 四、工程應(yīng)用案例與發(fā)展前景四、工程應(yīng)用案例與發(fā)展前景 一）工程應(yīng)用案例一）工程應(yīng)用案例 9. 10.30KW “973風(fēng)電風(fēng)電”項(xiàng)項(xiàng)目在海水淡化供電運(yùn)用目在海水淡化供電運(yùn)用四、工程應(yīng)用案例與發(fā)展前景四、工程應(yīng)用案例與發(fā)展前景 10.30KW “973風(fēng)電風(fēng)電”項(xiàng)目在油田供電運(yùn)用項(xiàng)目在