1、獨立運行風電機組的最佳葉尖速比控制文摘：介紹了采用抓極無刷自勵發電機的5KW風電機組的性能特點，采用最佳葉速比控制和穩壓控制相結合的控制方法，使風力機在額定風速以下及蓄電池沒有充滿時按最佳效率運行。當蓄電池接近充滿時，控制風電系統穩壓運行，保證蓄電池安全可靠充電。該風電機組及其控制已實際應用。1、風機特性大風時通過離心力控制限速彈簧調節葉片角度限制風輪轉速風力機的參數：額定功率、啟動風速、額定風速、風輪直徑、風輪額定轉速、齒輪箱增速比、蓄電池標稱電壓。風機發電的電氣特點：若發電機為異步發電機，具結構簡單，控制方便，但需加電容器勵磁。發電機輸出的三相交流電壓為線電壓380V,要給120V標稱電壓

2、的蓄電池組供電，需加變壓器降壓后，再經整流器整流成直流輸出，供蓄電池充電。整個發電系統環節多，降低了總的運行效率。原機組采用異步發電機基本恒速運行，在大多數風速情況下不是運行在最佳效率狀態。原風電機組當蓄電池電壓達到設定的最高充電電壓值時，切斷發電機的輸出，這一方面使葉片和風輪在切斷瞬間承受很大的沖擊，容易損壞機組；另一方面在斷開發電機輸出時蓄電池不一定充滿，充電電源已經斷開，這樣就使蓄電池經常處于充不滿狀態，縮短其使用壽命。二、改進后風力發電機風力機最佳運行原理一臺風輪半徑為R的風力機，在風速V下運行時，它所產生的機械功率Pm為fm=1/Prw-CpV1(1)式中p為空氣密度，£a

3、v3為單位時間穿過風輪掃掠面積的風的能量；Cp稱2為風力機的功率系數，實質上也就是風力機將風能轉換為機械能的效率。對于已經設計定型的風力機，Cp是風輪葉尖線速度與風速之比九的函數。九通常稱為葉尖速比。Cp與九的關系曲線是風力機的基本性能之一，且只有九為某一特定值九m時，Cp達到其最大值Cpmax,所以九m稱為最佳葉尖速比。為了使風力機產生最大的機械功率，應使Cp達到其最大值Cpmax不變，為此，當風速變化時就必須使風力機的轉速隨風速正比變化，并保持一個恒定的最佳葉尖速比，即：3o/(nw>(v=k-.v在此條件下，風力機輸出最大機械效率，并與風速的三次方成正比，即也即與轉速的三次方成正比

4、。根據葉尖轉速比與Cp的關系及Cp與輸出功率之間關系，我們可以知道在風速固定時，不同的轉速即對應不同的葉尖轉速比，也即對應不同的Cp值，也即對應不同的輸出功率，這樣如果設定不同的風速，就可以得到哦啊風力機在不同風速下輸出功率與轉速的關系，如下圖所示：LOO15CZflOZ5G3的m/rEiinr”從上圖可以看出在某一種風速下，風力機的輸出機械功率隨轉速的不同而變化，其中有一個最佳的轉速。在該轉速下，風力機輸出最大的機械功率。它與風速的關系是最佳葉尖速比關系。在不同風速下均有一個最佳的轉速使風力機輸出最大機械功率。從而得到一條最大輸出機械功率曲線，處于這條曲線上的任何點，其轉速與風速的關系均為最

5、佳葉尖速比關系。綜上所述：只有在最佳葉尖速比情況下運行，風力機才能輸出最大機械功率。反過來說，如果要使風力機輸出最大機械功率，則必須使其按最佳葉尖速比關系運行。在上述運行情況下，風力機的轉速與風速成正比關系。在上述運行情況下，風力機的最大輸出機械功率與風速的三次方或轉速的三次方成正比。因此，在按最佳葉尖速比或按最大輸出功率運行的情況下，風力機的功率系數在各種風速下均保持為Cpmax不變，以下關系必定成立：口=fclVPmst=it2/1=tiV風力機最佳運行原理：采用風速信號控制測出風速信號，用它與風力機的轉速信號相比較，組成閉環控制系統，用來控制風力發電機的電功率輸出，使風力機的轉速正比于風

6、速而變化。其簡單的控制框圖如下圖所示：風力機轉速棒-0-凌電機轉速信號j耳w型!里4國J采用風速和臂速信號的控制方案當轉速與風速的關系偏離設定的比例時，則產生誤差信號，調節發電機的勵磁和電功率輸出，直到滿足設定的比例關系為止，從而實現最佳葉尖速比控制運行。實現本方案的主要困難在于難以取得準確的風速信號。由于風力機旋轉時，使周圍空氣產生很大的擾動。因此風速傳感器必須裝在遠離風力機的地方，這樣測得的風速與風力機安裝處的風速就有一定的誤差。此外從風速傳感器取得的風速信號還必須恩那個反映風力機跟蹤風向的偏差，否則又會造成誤差。所以這種方案看似簡單，實現起來卻有相當的困難。由于在最佳葉尖速比運行條件下，

7、風力機的機械功率與轉速的三次方成正比例，如果我們用風力機的機械功率信號與轉速信號三次方相比較，以比較所得的誤差信號來調節發電機的輸出，就可使風力機按最大功率運行，也即按最佳葉尖轉速比運行。其控制框圖如下：*V立方電路換墟功率1普.叁g帽速傳惑器阿力好卜二5增強幅Q-圖5采用機械功率信號和轉速立方信號的控制方案由于要取得風力機的機械功率信號比較困難，因此我們在實際電路中可以以發電機的輸出電功率來代替，應該指出，這個方案并不能保證風力機在額定風速一下的整個運行風速范圍內均能按最佳葉尖速比或最大功率運行。因為這個控制方案所得到哦啊的結果是發電機的電功率輸出與轉速的三次方成比例關系，而發電機的電功率為：Pm4Q式中，一個為增速箱效率，一個為發電機效率，只有在額定風速以上的整個運行風速范圍內，二者都保持很定不變，功率與