用于控制現(xiàn)代風(fēng)力渦輪機(jī)的電流傳感器

    礦物燃料一直以來(lái)都是發(fā)電的首選能源。但是，隨著對(duì)礦物燃料供應(yīng)的可持續(xù)性以及溫室效應(yīng)氣體生成的關(guān)注，以及有關(guān)減少燃燒所產(chǎn)生的二氧化碳排放量協(xié)議的出臺(tái)，許多舉措正朝著可再生能源的方向發(fā)展。
    通過(guò)使用現(xiàn)代材料來(lái)滿足機(jī)械要求以及使用現(xiàn)代電子元件和電力電子元件來(lái)有效地為主網(wǎng)送電，制造具有高達(dá)5MW額定功率的現(xiàn)代風(fēng)能渦輪機(jī)（WET）（目前尚處于試驗(yàn)階段）才有可能。為了對(duì)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行最優(yōu)控制，各種規(guī)格的電流傳感器在風(fēng)能渦輪機(jī)中是每個(gè)轉(zhuǎn)換器必不可缺的元件。
    從人類(lèi)發(fā)展的早期開(kāi)始，已經(jīng)將風(fēng)能作為一種能源使用。風(fēng)車(chē)將風(fēng)中所含的能量轉(zhuǎn)換為可以用來(lái)磨粒或抽水的機(jī)械可用能量。

    20世紀(jì)上半頁(yè)，許多現(xiàn)代風(fēng)力渦輪機(jī)的物理和設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)得以發(fā)現(xiàn)。德國(guó)工程師Albert Betz在其于1926年出版的著作中計(jì)算出了理想風(fēng)力渦輪機(jī)的最大理論效率大約為59.3%。20世紀(jì)40年代，Ulrich Hütter研究出了用于具有兩片或三片轉(zhuǎn)子葉片的所有現(xiàn)代自由和高速運(yùn)行風(fēng)能轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)（源于其出色的航空知識(shí)）[1]。
    但是直到20世紀(jì)90年代初期當(dāng)政治結(jié)構(gòu)發(fā)生變革時(shí)，許多國(guó)家才提供用于可再生能源的政府援助。這種政府行為推動(dòng)了風(fēng)能渦輪機(jī)（WET）的集約化商業(yè)發(fā)展。越來(lái)越多的風(fēng)力渦輪機(jī)和風(fēng)力發(fā)電廠安裝和建立起來(lái)；現(xiàn)在首批4.55MW風(fēng)力渦輪機(jī)正處于試驗(yàn)階段。德國(guó)以總裝機(jī)容量占全世界39151MW風(fēng)能中的14609MW而名列前茅，領(lǐng)先于美國(guó)、西班牙和丹麥[2]。
    風(fēng)力渦輪機(jī)的功率控制
    風(fēng)是空氣團(tuán)交換的結(jié)果，主要由太陽(yáng)輻射效應(yīng)形成的局部甚或大面積溫差而引起。諸如森林、高山和建筑等障礙物會(huì)產(chǎn)生影響風(fēng)速持久變化的湍流。風(fēng)力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子將風(fēng)中所含的能量轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)動(dòng)（動(dòng)）能，從而驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電流。
    風(fēng)能以及由此可以使用的量與風(fēng)速的立方成正比。在由轉(zhuǎn)子直徑而計(jì)算出的轉(zhuǎn)子面積和從流經(jīng)該面積的風(fēng)而產(chǎn)生的能量之間還存在著一個(gè)簡(jiǎn)單的相關(guān)關(guān)系。當(dāng)風(fēng)速超出一個(gè)固定限值時(shí)，為了避免機(jī)械和/或電氣過(guò)載，風(fēng)能渦輪機(jī)必須配有功率控制器。一般來(lái)說(shuō)，發(fā)電機(jī)的額定功率是一個(gè)必須給予關(guān)注的閾值電平。

    還有一個(gè)同樣重要的功率控制原因。為了給電網(wǎng)提供持續(xù)的電能，盡管風(fēng)速每秒都在變化，使發(fā)電機(jī)以最佳狀態(tài)運(yùn)行還是必要的。

圖3

    渦輪機(jī)使用各種功率控制。控制程度可以通過(guò)轉(zhuǎn)子葉片被動(dòng)或主動(dòng)實(shí)現(xiàn)。被動(dòng)限制可以通過(guò)一種特殊形狀的單轉(zhuǎn)子葉片而實(shí)現(xiàn)。在一定的風(fēng)速下，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的氣流突然消失（所謂的失速），轉(zhuǎn)子也停止轉(zhuǎn)動(dòng)（失速控制）。