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變槳距、變速恒頻風力發(fā)電機

2009-02-16 瀏覽數(shù):2679

  現(xiàn)代風力發(fā)電機技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)主要在于如何進一步提高效率、增加強度、降低成本這三方面。隨著風力機的單機容量的不斷增大,變槳距(blade/autocoarse pitch,variable pitch blades)調(diào)速方式和變速恒頻(VSCF,variable speed constant frequency)技術(shù),因其在額定風速下能提高捕獲風能效率,獲得最佳能量輸出,因而變速恒頻變槳矩型風力機逐漸占據(jù)了風力發(fā)電機的主導(dǎo)地位。 

  變槳距風力機的葉片沿其縱向軸轉(zhuǎn)動來調(diào)節(jié)功率,因此與定槳距風力發(fā)電機組相比,具有在額定功率點以上輸出功率平穩(wěn),在額定點具有較高的風能利用系數(shù),確保高風速段的額定功率,具有更強的的轉(zhuǎn)輪制動性能等特點[1]。經(jīng)使用,市場中較為成熟的有丹麥的VESTAS的V39/V42/V44-600kW機組和美國Zand的Z-40-600kW機組[2]
 
  為了達到變速控制的要求,變速風力發(fā)電機組通常包含變速發(fā)電機、整流器、逆變器和變槳距機構(gòu)。變速發(fā)電機目前主要采用雙饋異步發(fā)電機。在低于額定風速時,通過整流器及逆變器來控制雙饋異步發(fā)電機的電磁轉(zhuǎn)矩,實現(xiàn)對風力機的轉(zhuǎn)速控制;在高于額定風速時,考慮傳動系統(tǒng)對變化負荷的承受能力,一般采用節(jié)距調(diào)節(jié)的方法將多余的能量除去。
 
  美國GE的兆瓦級風力機基本都采用變速變槳距調(diào)速控制來確保空氣動力效率,減小驅(qū)動負載,降低成本,延長壽命。目前的兆瓦級電機都采用了GE特有的核心技術(shù):WindVAR電子控制系統(tǒng),將風力機的變速運行轉(zhuǎn)換至所需要的恒頻動力,可以實時調(diào)整電壓的波動,控制網(wǎng)內(nèi)電力輸送的質(zhì)量,提高傳動效率[3]。并以無刷式雙饋電機替代籠型異步電機,應(yīng)用于調(diào)速驅(qū)動,可降低30%的成本[4]
 
  德國的VENSYS62/1200型1.2MW變速恒頻直接驅(qū)動型風力發(fā)電機組應(yīng)用于農(nóng)村電氣化領(lǐng)域風力發(fā)電及農(nóng)村新能源開發(fā)技術(shù),主要性能指標為——

功率
1200KW
葉片數(shù)
3葉片
類型
葉輪
直徑
62m
掃風面積
3018m2
輪轂高度
69m
葉輪轉(zhuǎn)速
11-20rpm
額定風速
12m/s
切入風速
3m/s
切出風速
25m/s
最高安全風速
59.7m/s
風力機概念
無齒輪箱
變速變槳發(fā)電機
1200KW同步永磁電機
 
 

(資料來源:中國水利科技網(wǎng))
 
  國內(nèi)金風科技股份有限公司和德國企業(yè)合作開發(fā)的金風62/1200風力發(fā)電機組采用水平軸、三葉片、上風向、變漿距調(diào)節(jié)、變速恒頻、直接驅(qū)動、永磁同步發(fā)電機并網(wǎng)的設(shè)計方案,其中省去的齒輪箱使傳動系統(tǒng)部件減少,降低機械損失,提高機組的可靠性和生產(chǎn)、運行效率[7,8]。下表為部分風力機制造商所申請的變槳距、變速恒頻風力機的相關(guān)專利:

【延伸閱讀】

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閱讀上文 >> 風電類專利申請量及法律狀態(tài)分析
閱讀下文 >> 風力發(fā)電機組齒輪箱監(jiān)控設(shè)施

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