风力发电机组原理和优点介绍

风力发电是一种可再生的洁净能源，不消耗化石资源也不污染环境，下面我们一起来看看风力发电机组原理和优点介绍。

    风力发电机组原理和优点介绍

    风力发电机工作原理就是通过叶轮将风能转变为机械转距（风轮转动惯量），通过主轴传动链，经过齿轮箱增速到异步发电机的转速后，通过励磁变流器励磁而将发电机的定子电能并入电网。如果超过发电机同步转速，转子也处于发电状态，通过变流器向电网馈电。

    最简单的风力发电机可由叶轮和发电机两部分构成，立在一定高度的塔干上，这是小型离网风机。最初的风力发电机发出的电能随风变化时有时无，电压和频率不稳定，没有实际应用价值。为了解决这些问题，现代风机增加了齿轮箱、偏航系统、液压系统、刹车系统和控制系统等。

    齿轮箱可以将很低的风轮转速（1500千瓦的风机通常为12-22转/分）变为很高的发电机转速（发电机同步转速通常为1500转/分）。同时也使得发电机易于控制，实现稳定的频率和电压输出。偏航系统可以使风轮扫掠面积总是垂直于主风向。要知道，1500千瓦的风机机舱总重50多吨，叶轮30吨，使这样一个系统随时对准主风向也有相当的技术难度。

    风机是有许多转动部件的，机舱在水平面旋转，随时偏航对准风向；风轮沿水平轴旋转，以便产生动力扭距。对变桨矩风机，组成风轮的叶片要围绕根部的中心轴旋转，以便适应不同的风况而变桨距。在停机时，叶片要顺桨，以便形成阻尼刹车。

    早期采用液压系统用于调节叶片桨矩（同时作为阻尼、停机、刹车等状态下使用），现在电变距系统逐步取代液压变距。

    就1500千瓦风机而言，一般在4米/秒左右的风速自动启动，在13米/秒左右发出额定功率。然后，随着风速的增加，一直控制在额定功率附近发电，直到风速达到25米/秒时自动停机。

    现代风机的设计极限风速为60-70米/秒，也就是说在这么大的风速下风机也不会立即破坏。理论上的12级飓风，其风速范围也仅为32。7-36。9米/秒。

    风机的控制系统要根据风速、风向对系统加以控制，在稳定的电压和频率下运行，自动地并网和脱网；同时齿轮箱、发电机的运行温度，液压系统的油压，对出现的任何异常进行报警，必要时自动停机，属于无人值守独立发电系统单元。

    风力发电机组主要由两大部分组成：

    风力机部分――它将风能转换为机械能；

    发电机部分――它将机械能转换为电能。

    根据风机这两大部分采用的不同结构类型、以及它们分别采用的技术方案的不同特征，再加上它们的不同组合，风力发电机组可以有多种多样的分类。

    （1）如依风机旋转主轴的方向（即主轴与地面相对位置）分类，可分为：

    “水平轴式风机”――转动轴与地面平行，叶轮需随风向变化而调整位置；

    “垂直轴式风机”――转动轴与地面垂直，设计较简单，叶轮不必随风向改变而调整方向。

    （2）按照桨叶受力方式可分成“升力型风机”或“阻力型风机”。

    （3）按照桨叶数量分类可分为“单叶片”﹑“双叶片”﹑“三叶片”和“多叶片”型风机；叶片的数目由很多因素决定，其中包括空气动力效率、复杂度、成本、噪音、美学要求等等。

    大型风力发电机可由1、2或者3片叶片构成。

    叶片较少的风力发电机通常需要更高的转速以提取风中的能量，因此噪音比较大。而如果叶片太多，它们之间会相互作用而降低系统效率。目前3叶片风电机是主流。从美学角度上看，3叶片的风电机看上去较为平衡和美观。

    （4）按照风机接受风的方向分类，则有“上风向型”――叶轮正面迎着风向（即在塔架的前面迎风旋转）和“下风向型”――叶轮背顺着风向，两种类型。

    上风向风机一般需要有某种调向装置来保持叶轮迎风。

    而下风向风机则能够自动对准风向，从而免除了调向装置。但对于下风向风机，由于一部分空气通过塔架后再吹向叶轮，这样，塔架就干扰了流过叶片的气流而形成所谓塔影效应，使性能有所降低。

    （5）按照功率传递的机械连接方式的不同，可分为“有齿轮箱型风机”和无齿轮箱的“直驱型风机”。

    有齿轮箱型风机的桨叶通过齿轮箱及其高速轴及万能弹性联轴节将转矩传递到发电机的传动轴，联轴节具有很好的吸收阻尼和震动的特性，可吸收适量的径向、轴向和一定角度的偏移，并且联轴器可阻止机械装置的过载。

    而直驱型风机则另辟蹊径，配合采用了多项先进技术，桨叶的转矩可以不通过齿轮箱增速而直接传递到发电机的传动轴，使风机发出的电能同样能并网输出。这样的设计简化了装置的结构，减少了故障几率，优点很多，现多用于大型机组上。

    （6）根据按桨叶接受风能的功率调节方式可分为：

    “定桨距（失速型）机组”――桨叶与轮毂的连接是固定的。当风速变化时，桨叶的迎风角度不能随之变化。由于定桨距（失速型）机组结构简单、性能可靠，在20年来的风能开发利用中一直占据主导地位。

    “变桨距机组”――叶片可以绕叶片中心轴旋转，使叶片攻角可在一定范围内（一般0－90度）调节变化，其性能比定桨距型提高许多，但结构也趋于复杂，现多用于大型机组上。