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术语表 · 风电

变桨控制

让风机叶片绕自身长轴旋转以改变攻角,用于在额定风速以上调节功率,以及启动和停止风轮。

现代风机的每支叶片都装在轮毂上的大型回转轴承上,可以由液压或电动执行机构单独转动(变桨)。改变桨距角就改变了叶片的攻角,升力和扭矩也随之变化。

变桨控制有三个作用:

  • 限制功率:风速超过额定风速后,叶片朝顺桨方向(前缘迎风)转动,把出力稳定在铭牌功率。变桨速率为每秒 5–10°,一两秒内就能响应阵风。
  • 启动和停机:停机时叶片处于约 90°(顺桨),启动时向 0° 方向变桨;顺桨是主要的气动刹车,规范要求每支叶片独立动作,这样即使一个执行机构失灵,也不会导致超速。
  • 降低载荷:独立变桨控制(IPC)在每一圈旋转中周期性地调整每支叶片,抵消风切变、塔影效应和偏航误差;公开研究显示,叶根疲劳载荷可降低约 10–20%。

早期的定桨距失速型风机在 1980 和 1990 年代的丹麦设计中很常见,靠叶片翼型在大风时失速来限功率。这类风机结构简单,但控制不够精确,也无法提供电网服务。变桨变速风机可以按指令降出力,提供快速频率响应,遇到风暴时平缓降载,而不是硬性切出。不过在可靠性数据库里,变桨轴承和执行机构仍是最常见的故障源之一。

相关术语

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  • 额定风速

    风机达到额定功率的最低风速,现代公用事业规模风机一般为 10–13 m/s。

  • 切出风速

    风机为避免载荷过大而停机或降功率的风速,公用事业规模机型一般为 25 m/s(10 分钟平均)。

  • 叶尖速比

    风机叶尖线速度与未受扰动风速之比;三叶片公用事业风机的设计值约为 7–10。

  • 偏航系统

    让风机机舱绕塔筒轴线转动、使风轮始终对准来风方向的电机、齿轮、轴承和制动器。

  • 功率曲线

    轮毂高度风速与风机电功率之间的关系,结合风速分布可估算年发电量。