風力發(fā)電機科技的論文

          時間:2021-06-13 11:04:36 論文 我要投稿

          風力發(fā)電機科技的論文

            摘 要:利用風能來發(fā)電是新能源應用的一種主要形式。就風力發(fā)電過程中涉及的控制技術進行闡述,分析該技術存在的三個主要問題及發(fā)展趨勢,提出解決相關問題的關鍵技術。

          風力發(fā)電機科技的論文

            關鍵詞:風力發(fā)電 機械控制 電路控制

            中圖分類號:TM614 文獻標識碼:A 文章編號:1007-3973(2013)012-171-02

            風能資源的開發(fā)利用這項技術,從最早的單機組運行到現(xiàn)在的全國連網(wǎng)并列運行,相應的發(fā)電機組的容量也從開始的數(shù)十千瓦級發(fā)展到海上風電場的兆瓦級;對機組的機械控制方式從定槳距失速控制到變槳距運行,電力電子控制從恒速恒頻發(fā)展到現(xiàn)在雙饋異步等形式的變速恒頻。風力發(fā)電技術在能源開發(fā)利用方面要想有更好的發(fā)展前景,和火力水利等傳統(tǒng)發(fā)電技術相抗衡,關鍵還是要解決控制問題。而控制問題區(qū)別于其它形式發(fā)電技術的關鍵還是風力發(fā)電輸入風能不穩(wěn)定,而要求輸出電能頻率要求穩(wěn)定的問題。解決問題主要可以從以下三個方面考慮:

            (1)風力發(fā)電由于風速變化大,輸入風能不穩(wěn)定,風力機轉(zhuǎn)速不好控制,風力發(fā)電機的輸入部分存在技術開發(fā)的空間,即從機械方面考慮改進措施,進行機械控制。

            風力發(fā)電的機型按照并網(wǎng)時速度是否改變主要分為兩種,恒速恒頻型機組和變速恒頻型機組。不論哪種機型,目前風力發(fā)電機的葉輪都采用水平軸、三葉片,上風向布置;額定轉(zhuǎn)速約27r/min。風能通過風力機轉(zhuǎn)換成為動能,風力機通過轉(zhuǎn)軸驅(qū)動后面聯(lián)動的風力發(fā)電機。從而實現(xiàn)風能-機械能-電能的轉(zhuǎn)換。

            風力機的風輪一般采用三槳葉與輪轂剛性相連的結構,即定槳距風輪。主要是因為三葉片具有平衡和美觀等優(yōu)良性能。為了實現(xiàn)對其很好的控制,一般在槳葉尖部1.5~2.5m處,設計成可調(diào)控的葉尖擾流器,葉尖擾流器起氣動剎車的作用。當風速過大時,葉尖擾流器釋放并旋轉(zhuǎn)形成阻尼板,影響風能在葉片上的受力分布,改變風力機轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速。特別當風力發(fā)電機組需要脫網(wǎng)停機時,它可以用作機械制動,效果特別明顯。

            風力發(fā)電機組從定槳距發(fā)展到變槳距經(jīng)歷了很長一段時間。早期的定槳距具有以下性能優(yōu)點:采用軟并網(wǎng)技術、空氣動力剎車技術、偏航與自動解纜技術,使風力發(fā)電機組的并網(wǎng)問題和運行的安全性與可靠性大大提高。但是,由于葉片的安裝角在裝配時已經(jīng)固定,其功率輸出是由槳葉自身的性能來調(diào)節(jié)的,因此,在允許的風速范圍內(nèi),定槳距風力發(fā)電機組的控制系統(tǒng)在運行過程中對由于風速變化引起輸出能量的變化是無能為力的。這就大大降低了風能利用效率,使得定槳距風力發(fā)電機組的推廣得到限制。

            針對上述特點,大型風力發(fā)電機組,特別是兆瓦級機組(1000kw以上)的風力發(fā)電機組在設計,葉片采用變槳距連接,即葉片與輪轂中間采用可轉(zhuǎn)動的推力軸承或?qū)iT為變距機構設計的`回轉(zhuǎn)支撐聯(lián)接,變槳距風力發(fā)電機的葉片較薄,結構相對簡單,重量小很多,使得變槳距風力發(fā)電機風輪轉(zhuǎn)動慣量小,設計容易,易于制造大型風力發(fā)電機組。這樣風力機可根據(jù)風速的變化適時調(diào)整葉片連接角度,改善葉片周圍的流場分布,即使風速不在額定風速的工況下,機組的輸出功率也可以保持在額定功率上。特別是在大風情況下,風力機可以使葉片順槳,保證整個機組風能利用大大提高。

            現(xiàn)在,大型風力發(fā)電機組一般都采用變槳距的結構形式。這樣可以在起動時對轉(zhuǎn)速進行控制,并網(wǎng)后可對功率進行控制,使風力機的起動性能和功率輸出特性都有顯著和改善。機組的液壓系統(tǒng)作為變距系統(tǒng)執(zhí)行機構的一部分,在整個閉環(huán)控制系統(tǒng)中占有很大作用,大大提高了發(fā)電系統(tǒng)的運行自動化程度。

            (2)風力機轉(zhuǎn)軸帶動風力發(fā)電機轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。風力機在風力的推動下旋轉(zhuǎn),由于輸入風能時刻在改變,不穩(wěn)定,而且風力機在風能向機械能轉(zhuǎn)換過程中存在轉(zhuǎn)換效率問題,再加上受到設計制造的局限,風力機的轉(zhuǎn)速不能很高,但是傳統(tǒng)發(fā)電機轉(zhuǎn)速相對要求高,所以連接部分―風力發(fā)電機需要進行技術方面的改進。

            由于風力發(fā)電機組體積龐大,重量達到幾噸到幾十噸,工作時具有很大的轉(zhuǎn)動慣量;另一方面,受到風力發(fā)電機制造技術和葉片材料的約束,風輪的轉(zhuǎn)速不能太高,一般運行在20~30r/min。機組容量越大,轉(zhuǎn)速越低。為了在此基礎上發(fā)電機得到更多的動能輸入,需要設置增速齒輪箱。齒輪布置時采用沿軸線分布的結構特點。但是由于增加了龐大的機械設備,齒輪間存在高速運行易磨損的問題,使風力發(fā)電機組發(fā)生故障的可能性提高了,現(xiàn)在直驅(qū)式風力發(fā)電機組(即機組連接部分不用增速齒輪箱)正在慢慢受到設計者的青睞。

            風力發(fā)電機組中的發(fā)電機一般采用異步發(fā)電機,異步發(fā)電機的轉(zhuǎn)速取決于電網(wǎng)的頻率,只能在同步轉(zhuǎn)速附近很小的范圍內(nèi)變化。對于定槳距風力發(fā)電機組,一般還采用高滑差異步發(fā)電機和變速恒頻的雙饋異步發(fā)電機。這樣可以使機組的運行風況范圍大大增加即雖然風速遠離額定值,但是發(fā)電機的效率不會降低,風能利用系數(shù)得到提高的同時,發(fā)電機組的噪聲降低。發(fā)出電能的頻率也會符合電網(wǎng)要求。

            現(xiàn)在,大型風電場一般都采用變速風力發(fā)電機組。它的關鍵技術在于采用了繞線型異步發(fā)電機(其轉(zhuǎn)速可以有很大的變化)或同步電機,再在輸出電能的電路中增加相應的變頻技術。同步發(fā)電機的并網(wǎng)一般有兩種方式:一種是準同期直接并網(wǎng),這種方法在大型風力發(fā)電中極少采用;另一種是交-直-交并網(wǎng)。控制技術主要任務是對最佳葉尖速比的測量監(jiān)控,使得機組在允許風速的任何情況下都可以獲得理想的功率輸出。

            (3)如果直接用風力機帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn),即直驅(qū)式風力發(fā)電機,輸出電能頻率與電網(wǎng)頻率存在銜接問題,即從電力電子方面考慮改進措施,進行電路控制。

            風力發(fā)電機組發(fā)出的電能頻率可以不為50HZ,但是經(jīng)過變頻電路處理,使電能質(zhì)量達到并網(wǎng)要求,穩(wěn)定可靠得給電網(wǎng)提供電能。

            控制技術和監(jiān)測技術是風力發(fā)電系統(tǒng)的關鍵技術。因為風能不穩(wěn)定,風速大小和方向隨著季節(jié)和氣候的改變而改變,風力資源豐富的地區(qū)通常都是海島或邊遠地區(qū)甚至海上,風力發(fā)電機組一般安裝在無人值守區(qū),占地面積較大。所以對輸入功率的限制、風輪的主動對風以及對運行過程中故障的檢測和維護必須實行自動化控制。分散布置的風力發(fā)電機組通常要求遠程監(jiān)控,自動控制應該實施運行人員設置的控制策略,保證機組安全可靠地運行。

            風力發(fā)電技術未來的發(fā)展趨勢將是全實現(xiàn)整個電力系統(tǒng)的自動化,在風電場運行的風力發(fā)電機組全部可以實現(xiàn)中央集中控制和遠程控制。火力水利等發(fā)電系統(tǒng)的控制系統(tǒng),主要的任務是監(jiān)視電網(wǎng)、機組運行參數(shù),對機組進行并網(wǎng)與脫網(wǎng)控制,以確保運行過程的安全性與可靠性,而風力發(fā)電系統(tǒng)則在此基礎上,還要增加一些傳感器檢測技術,時刻監(jiān)測風速風向。根據(jù)對其變化趨勢的分析,做出判斷,提高系統(tǒng)的經(jīng)濟性和穩(wěn)定性。

            總之,隨著技術的不斷改進,基于變槳距技術的各種變速風力發(fā)電機組已經(jīng)在風電市場得到推廣。變速風力發(fā)電機組的優(yōu)點在不斷顯示出來。變速風力發(fā)電機組的可以在低于額定風速時,跟蹤最佳功率曲線,使風力發(fā)電機組具有最高的風能轉(zhuǎn)換效率;在高于額定風速時,增加傳動系統(tǒng)的柔性,穩(wěn)定輸出功率,向電網(wǎng)提供安全可靠經(jīng)濟的電能。

            參考文獻:

            [1] 宋海輝.風力發(fā)電技術及工程[M].北京:中國水利水電出版社,2009.

            [2] 王承熙,張源.風力發(fā)電[M].北京:中國電力出版社,2012.

          【風力發(fā)電機科技的論文】相關文章:

          風力發(fā)電機組控制技術學習心得體會01-21

          科技論文04-23

          科技論文10-21

          風力發(fā)電的特點10-10

          風力發(fā)電的原理09-24

          風力發(fā)電的好處08-20

          《風力的利用》教案11-26

          有關風力的諺語02-27

          關于風力的好句12-04

          国产精品好爽好紧好大_亚洲男人综合久久综合_欧美福利电影a在线播放www_国产精品99久久精品无码

                  日韩在线精品一二三区 | 香蕉97超级碰碰碰免费公开 | 中文久久精品一区二区 | 久久精品人人看人爽 | 五月六月婷婷中文字幕在线 | 亚洲中文字幕精品 |