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风力发电设备动态性能优化

【摘要】:图3-1风能利用系数与叶尖速比和桨距转角的关系曲线风能利用系数Cp对桨距角的变化规律:当桨距角逐渐增大时,Cp曲线将显著缩小。

1.风能利用系数与叶尖速比的关系

风能利用系数与叶尖速比和桨距转角的关系如图3-1所示,图中β为桨距转角,λm为最佳叶尖速比,它所对应的能量利用系数为最大风能利用系数Cpmax

图3-1 风能利用系数与叶尖速比和桨距转角的关系曲线

风能利用系数Cp对桨距角的变化规律:当桨距角逐渐增大时,Cp曲线将显著缩小。由于风速的变化范围可以很宽,而叶尖速比可以在很宽范围内变化,因此它只有很小的机会运行在最佳功率点,即Cp取最大值所对应的工况点Cpmax,而且Cpmax对应唯一的叶尖速比λopt。如果在任何风速下,风力机都能在最佳功率点运行,便可增加其输出功率。因此,风速变化且发电机功率没有超过额定时,只要调节风轮转速,使叶尖速比保持不变,同时使桨距角处于最佳角度时就可获得最佳功率。但是由于风速测量的不可靠性,很难建立转速与风速之间直接的对应关系。实际上不是根据风速变化来调整转速的。为了不用风速控制风力机,可按已知的Cpmax和λopt计算风轮输出功率。

图3-2 风力机功率与转速和风速之间的关系曲线

2.风力机的功率与转速和风速的关系

风力机功率与转速和风速之间的关系如图3-2所示,以风速为变量,风力机的输出功率和转速之间的关系。在每个风速,都对应一个最大功率。图中虚线为最大功率线,即为实际风力发电机运行中可能达到的最大功率运行曲线。对于变速风力发电机,对风力机运行速度的控制目标,即为当风速变化时,系统的实际工作点要沿着该运行曲线而变化。