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風力發電機在設計上的基本原則是,能夠捕獲的空氣動能帶來的功率小于其額定功率時,盡可能得以高效率捕獲風能,但不能超過一些約束,比如其額定轉速。當能夠捕獲的空氣動能大于其額定功率時,主動降低對風能的捕獲并保持在額定功率。對其有進一步了解的朋友可能知道功率曲線這種東西,隨著風速從切入風速(cut-in speed)逐漸增大,穩態的功率曲線可以基本地分為三段線:
1. 低于額定轉速的部分載荷段,此時變槳角為最優,通過調節電機負載轉矩來調整葉尖速比為最優,從而維持葉輪的捕獲效率最優值。先進的低速型風機這一段的效率能達到50%+,很不錯了,但輸出功率也就是額定功率的一小半的樣子。在這個范圍內風力變大,轉速線性增加,在某個風速下達到葉輪額定轉速,接下來便是下一段:
2. 位于額定轉速的部分載荷段,此時變槳角仍在0度附近,葉輪始終工作在額定轉速(允許有波動但設定值就是額定轉速),通過調節電機負載轉矩來維持轉速,葉尖速比不再是最優。隨著風力變大,電機負載線性增大,在某個風速(即額定風速,rated/nominal wind speed)下達到滿發功率。風速超過額定風速后繼續來到下一段:
3. 滿發功率段,電機負載轉矩已經無法繼續增大來降低葉輪轉速,這時需要增大變槳角來降低對風能的捕獲。隨著風力變大變槳角逐步增大(非線性),最終達到切出風速(cut-off wind speed)時切出。
風力發電機在設計上的基本原則是,能夠捕獲的空氣動能帶來的功率小于其額定功率時,盡可能得以高效率捕獲風能,但不能超過一些約束,比如其額定轉速。當能夠捕獲的空氣動能大于其額定功率時,主動降低對風能的捕獲并保持在額定功率。對其有進一步了解的朋友可能知道功率曲線這種東西,隨著風速從切入風速(cut-in speed)逐漸增大,穩態的功率曲線可以基本地分為三段線:
1. 低于額定轉速的部分載荷段,此時變槳角為最優,通過調節電機負載轉矩來調整葉尖速比為最優,從而維持葉輪的捕獲效率最優值。先進的低速型風機這一段的效率能達到50%+,很不錯了,但輸出功率也就是額定功率的一小半的樣子。在這個范圍內風力變大,轉速線性增加,在某個風速下達到葉輪額定轉速,接下來便是下一段:
2. 位于額定轉速的部分載荷段,此時變槳角仍在0度附近,葉輪始終工作在額定轉速(允許有波動但設定值就是額定轉速),通過調節電機負載轉矩來維持轉速,葉尖速比不再是最優。隨著風力變大,電機負載線性增大,在某個風速(即額定風速,rated/nominal wind speed)下達到滿發功率。風速超過額定風速后繼續來到下一段:
3. 滿發功率段,電機負載轉矩已經無法繼續增大來降低葉輪轉速,這時需要增大變槳角來降低對風能的捕獲。隨著風力變大變槳角逐步增大(非線性),最終達到切出風速(cut-off wind speed)時切出。