上一篇：雷诺数对升力系数和阻力系数的影响

我们已经知道雷诺数对升力系数和阻力系数的影响，我们今天主要讨论风力发电机组核心概念：功率曲线

（2）风力发电机组核心概念：功率曲线

功率曲线

理论计算得到的功率性能曲线需要经过现场试验验证。 IEC 61400—12标准详细规定了通过现场试验数据获得实际功率曲线的流程。与风速相关、反映功率特性的参数有三个：

1、切入风速。此风速下,风机开始发电。低于这个速度时,转矩太小不足以克服整个系统的惯性。大多数风机的切入风速在3∽5m/s 范围内。有些风机厂会宣称其产品的切入风速更低,但是要清楚在低风速下风机发出的电能极其有限。

2.额定风速。此风速下,风机发出额定功率。对于大多数风机,额定风速在11.5~15m/s。这是一个非常关键的数值,它确定了功率曲线的形状。具有较低额定风速值功率曲线,总体发电量更大,因为在风切入风速和额定风速之间会发出更多电量。当在给定的风速条件下评估风机的发电能力时,通常会比较容量系数,即年平均发电量除以额定风速功率下的全年发电量。额定风速较低的功率曲线, 其容量系数较高。叶片更长、效率更高,会使额定风速降低。有一种降低额定风速的方法很有欺骗性,就是将一台设计为例如1.65M的风机的额定功率标为1.5MW。

3.切出风速。在此风速下,风机停止运行。对于多数风机来说,切出风速是25m/s。风机制动的最主要考虑在于安全性。根据设计,风机各部件不能承受高切出风速以上的负荷。使风机停转的方法有很多种。

1)新式的变桨型风机通过增大桨距角就可以进入失速状态。控制算法含有个时间延迟,用来指定风速降低小于某一风速后,需要等待才能重新启机的时长。

2)第二个方法依靠叶片内的弹簧储能机构,将叶尖部分旋转到顺桨位置。

3)第三个方法是将风机绕垂直轴旋转 90°从而改变旋转轴向。这种方法仅见于少数小型风机。

注意,由于阻力突然增大,大多数失速型风机开始减速。这是攻角增大的结果,导致气流分离、阻力增大。

4.生存风速。这个风速与功率曲线无关,但很重要。它具体指定了包括塔筒在内的风机整体结构的设计风速,其值多在50~60m/s。

风机的功率调节,主要方法有三种:

1)变桨调节型。通过改变叶片桨距达到控制输出功率的目的,在风速高于"时保持输出功率不变。叶片沿纵向轴线旋转,桨距角增加、攻角减小。

2)主动失速型。类似于变桨调节,这种风机的叶片也是沿纵轴旋转,但不是迎着风向旋转,而是向着减小桨距角、增大攻角的方向旋转。其功率曲线与变桨调节型的曲线很相像。

3)被动失速型。风机的桨距角不受控。桨距角不变,风速增加时则攻角增大,导致阻力增大。失速型风机的特点是功率曲线中有一个隆起部分,风机在这部分出力最大;在此之后,输出功率急剧下降。