金风S50_750型风力发电机组的失速特性分析

金风S50/750型风力发电机组的失速特性分析

王志强

（宁夏发电集团，宁夏银川市750011）

摘要：根据定浆距风力发电机的设计特点和能量传输特性及机组在不同空气密度及风速下的运行状况,分析机组的失速特性及有效失速保护，并通过改变桨距角来调整叶轮的能量捕获，改善风力发电机组失速性能，使机组运行在可靠的安全范围之内。关键词：风电机组；发电机；失速中图分类号：TK83

文献标志码：B

文章编号：1672-3643（2009）04-0055-04

ThestallcharacteristicanalysisonthetypeofJinfengS50/750windpowergeneratorsset

WANGZhi-qiang

(NingxiaPowerGenerationGroupCo,.Ltd.,Yinchuan,Ningxia750011,China)

Abstract:Accordingtothedesignfeatureandenergytransmissioncharacteristicofwindstickwindpower

generatorandtheoperationstatusoftheturbinesetindifferentairdensityandwindspeed,analyzesthestallcharacteristicandeffectivestallprotectionoftheturbineset,,throughchangingthewindstickangletoadjustenergycatchoftheimpeller,improvesthestallperformanceofwindturbinesetandmakesitoperatinginthereliableandsaferange.

Keywords:windpowergeneratorsset;generator;stall

1前言

风是由于空气的流动而形成的，因此可被看做是向量，包括空气流动的速度及流动的方向两个要素。风速是不稳定的随机量，甚至在很短的时间内也有很大的变化。一般而言，从地球表面到100m高空内，空气流动受到涡流，粘性和地面摩擦等因素的影响，靠近地面的风速较风能的大小与风速的立方成小，离地面越高则风速较大。正比。

风力发电机是一种利用“机翼理论”把风力资源转换为电能的机械装置。大中型并网型风力发电机组主要有2种型式：一类是定桨距失速调节型，属于恒速机型，这类风电机组并网后定子磁场旋转频率等于电网频率，转子、叶轮的变化范围小，捕获风能的效率低；另一类就是变速、变距型，叶轮转速可以跟随风速的变化在很宽的范围内变化，保持最佳叶尖速比运行,从而使阻力系数（Cp）在很大的风速变

化范围内均能保持最大值，能量捕获效率最大，发电机发出的电能通过变流器调节，变成与电网同频、同相、同幅的电能输送到电网。本文就金风S50/750型定浆距风力发电机组在宁夏地区实际应用过程中出现的功率调节问题提出以下问题和建议。

2失速产生的原因

2.1风力发电机组的工作原理

风力发电机组的每一个叶片都可以视作一片机翼。由流体力学可知，当具有一定速度v的的直线平行流（本处指空气）以某一冲角a（来流与翼弦的夹角）绕流二元孤立翼型（机翼）时，由于沿气流流动方向的两侧不对称，使得翼型上部区域的流线变密，流速增加，翼型下部区域的流线变稀，速度减小，根据伯努利方程：Z1＋P1/ρg＋v12＝Z2＋P2/ρg＋v22可知速度的提高将导致压强的降低，因此空气作用在翼型下

收稿日期：2009-03-16

作者简介：王志强（1969-），男，工程师，从事风力发电厂管理工作。

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部表面上的压强大于其作用在翼型上部表面上的压强，因此在翼型上形成一个向上的作用力，如果绕流流体是理想流体，则这个力和来流方向垂直，称为升力FL。由于空气是有粘性的，在空气流经翼型时，在翼型上形成的力并不和来流垂直，而是和来流形成一定的角度，根据平行四边形法则，可以将其分解成两个力：一个和来流垂直，称为升力FL，一个和来流平行，称为阻力FD，其计算公式为：

FL＝CLblρv∞2/2FD＝CDblρv∞2/2式中：CL—升力系数；

CD—阻力系数；b—翼宽（翼展）（m）；l—翼弦长度（m）；ρ—来流密度（kg/m3）；

v∞—无穷远处的来流速度（m/s）。

升力系数和阻力系数取决于翼型的相对厚度、断面形状、冲角、表面粗糙度及雷诺数等。因此为了更好地获取风能，要对风轮转子叶片翼型、风轮结构及其气动性能进行研究、计算及实验。我国已自行设计、计算了直径为1.5m~32m的水平轴风轮直叶片及扭叶片；直径为0.6m~6m达里厄型、S型（萨沃尼厄斯型）、H型、帆翼型及可变几何翼为研究其气动性能，利用型的立轴风轮直叶片及弯曲叶片。

风洞吹风实验，测取了有关参数。当翼型（风机叶片）确定后，影响风能获取能力即升阻比（λ=CL/CD）的因素就是叶片雷诺数及冲角。表面粗糙度、

雷诺数（Reynoldsnumber）是一个用来表征流体流动情况的无量纲数，以Re表示，Re=ρvr/η，式中：v—流体的流速；

ρ—流体的密度；η—流体的黏性系数；

r—特征线度。利用雷诺数可区分流体的流动是层流或湍流，在流体确定时，雷诺数反应了流体的流速。

冲角а是指来流方向与翼弦的夹角。失速：机翼能够产生升力是因为机翼上下存在着压力差。但是这是有前提条件的，就是要保证上翼面的气流不分离。

但是如果机翼的特殊设计使得当风速大到了一定程度，靠近机翼翼面附近的气流在绕过上翼面时，由于自身粘性的作用，流速会减慢，甚至减慢到零，而上游尚未减速的气流仍然源源不断地流过来，减速了的气流就成为了阻碍，最后气流就不可能再沿着机翼表面流动了，它将从表面抬起进入外层的绕流，称之为边界层分离。当气流从机翼表面抬起时，受外层气流的带动，向后下方流动，最后就会卷成一个封闭的涡，叫做分离涡。像这样旋转的涡中的压力是不变的，它的压力等于

涡上方的气流的压力。而涡上方的气流流线弯曲程度并不大，所以其压力与下翼面的压力相比小不了多少，这样机翼的升力就比原来减小了。这种情况就叫作失速，对应的机翼迎角叫做失速迎角或临界迎角。机翼失速示意图见图1：

失速之后的机翼气动效率极低，已经不能够产生足够“失速保的有效升力。因此金风S50/750型风机叶片设计为护”型，即当风速大于16m/s后，叶片的特殊设计是作用在叶片上的升力减小，以此保证在此风速段内风机仍能很好地利用风能而保持发电状态，风机不会过负荷运行，同时保护风机不会由于风速增加而使叶轮转速增加，产生叶轮飞车的危险。

该机型特性曲线（空气密度为1.052kg/m3，安装角为-1.6°）见图2所示。

3金风S50/750风力发电机组的技术参数

机型：失速型、带叶尖气动刹车、水平轴、上风向、三

叶片；

额定功率：750kW；叶轮直径：50m；扫风面积：1963.5m2；发电机功率因数：>0.98；额定转速：1500r/min；

轮毂中心高：60m；切入风速：4m/s；

15m/s（与气候条件有关）；额定风速：

切出风速：25m/s（10min）；最大抗风：70m/s（3s）；工作寿命：≥20年；

-20℃~45℃（普通型）。工作环境温度：

其叶片结构特点:金风50/750风力发电机组的叶轮由3个叶片和1个轮毂组成。轮毂与叶片之间采用刚性连接，叶片的叶尖部分可绕主叶片轴线旋74°，产生空气制动力。风机的3个叶尖中只要有2个叶尖可靠展开，风机就能安全停止，因而风机的气动刹车是整个风力机组中最可靠的保护装置。叶片采用玻璃钢增强树酯制成，带有叶尖刹车。轮毂由球墨铸铁铸造而成。

结合该风机特性曲线，按照前节叙述，当翼型（风机叶片）确定后，影响风能获取能力即升阻比（λ=CL/CD）的因素就是叶片表面粗糙度、雷诺数及冲角，雷诺数取决于风速，因此为了获得更好的升阻比，首先应在风机投产运行后，定期检查叶片表面是否存在较多附着物，损伤或裂纹等。叶片 …… 此处隐藏：3177字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……