現代變速雙饋風力發電機的工作原理

發佈日期: 2011 年 09 月 28 日 16:13 | 作者: | 分類: 綠能知識

現代變速雙饋風力發電機的工作原理就是通過葉輪將風能轉變為機械轉距(風輪轉動慣量),通過主軸傳動鏈,經過齒輪箱增速到非同步發電機的轉速後,通過勵磁變流器勵磁而將發電機的定子電能併入電網.如果超過發電機同步轉速,轉子也處於發電狀態,通過變流器向電網饋電.

最簡單的風力發電機可由葉輪和發電機兩部分構成,立在一定高度的塔幹上,這是小型離網風機. 最初的風力發電機發出的電能隨風變化時有時無,電壓和頻率不穩定,沒有實際應用價值.為了解決這些問題,現代風機增加了齒輪箱、偏航系統、液壓系統、刹車系統和控制系統等.

齒輪箱可以將很低的風輪轉速(1500千瓦的風機通常為12-22轉/分)變為很高的發電機轉速(發電機同步轉速通常為1500轉/分).同時也使得發電機易於控制,實現穩定的頻率和電壓輸出.偏航系統可以使風輪掃掠面積總是垂直於主風向.要知道,1500千瓦的風機機艙總重50多噸,葉輪30噸,使這樣一個系統隨時對準主風向也有相當的技術難度.

風機是有許多轉動部件的,機艙在水平面旋轉,隨時偏航對準風向;風輪沿水準軸旋轉,以便產生動力扭距.對變槳矩風機,組成風輪的葉片要圍繞根部的中心軸旋轉,以便適應不同的風況而變槳距.在停機時,葉片要順槳,以便形成阻尼刹車.

早期採用液壓系統用於調節葉片槳矩(同時作為阻尼、停機、刹車等狀態下使用),現在電變距系統逐步取代液壓變距.

就1500千瓦風機而言,一般在4米/秒左右的風速自動啟動,在13米/秒左右發出額定功率.然後,隨著風速的增加,一直控制在額定功率附近發電,直到風速達到25米/秒時自動停機.

現代風機的設計極限風速為60-70米/秒,也就是說在這麼大的風速下風機也不會立即破壞.理論上的12級颶風,其風速範圍也僅為32.7-36.9米/秒.

風機的控制系統要根據風速、風向對系統加以控制,在穩定的電壓和頻率下運行,自動地並網和脫網;同時監視齒輪箱、發電機的運行溫度,液壓系統的油壓,對出現的任何異常進行報警,必要時自動停機,屬於無人值守獨立發電系統單元.

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