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5000W风力发电机的行为与控制

南京欧陆电气股份有限公司是一家追求永续经营及技术不断精进更新的企业。从早期技术层次较低的微型风力机、到层次较高之小型风力发电机、5000W风力发电机,近年来并响应政府推动从制造大国迈向制造强国之政策,深入研究及探讨风力机之运转行为及系统控制理论,克服重重困难及技术关卡,已建立起自我的风力机系统行为及控制理论,并已开发出风力机控制系统之软硬件且已成功运用于有变桨、转向及剎车之主动控制型风力机上,此控制系统也可应用到层次最高之中大型风力机上,突破了国外技术之封锁。


以下先阐述风力机之行为,依其行为及特性可分为四类(见上图):

a.      功率在1kW以下:微型风力机(Micro Wind Turbine)

此类风力机因体积小重量轻,多采用拉索塔架且无地基基座以降低成本;

特性为高转速运转一般大于500rpm甚至有些高达1000rpm以上且多越过一两个振频;多为被动式控制,转向系统为带尾翼之被动式系统内含滑环在内;转动惯量小、加减速非常快很难定速。一般多为Toy & Hobby使用。

保护机制:一般采超过保护转速即启动发电机三相短路剎车,少数会加泄荷电阻,先降转速再剎车以免发电机烧毁;

常用于风光互补系统。

b.      功率约在1kW至15kW:被动式控制之小型风力机(Small Wind Turbine with passive control);

特性为转速小于500rpm,转速变化快,会越过第一振频;必须注意高转速时之陀螺仪效应以免风力机被定住无法转向,导致摆尾机制(Auto Furl)无效。转向系统多为带尾翼之被动式系统包含滑环在内。5000W风力发电机

保护机制常为泄荷、摆尾、转尾翼、被动偏航、被动变桨、发电机三相短路剎车等。

常用于独立或联网之风光柴储能智能管理系统系统。

基于成本考虑以上两型风力机多为被动式控制。

 

c.      功率约在10kW至2MW:主动式小型风力机、中大型风力机。(Small Wind Turbine with active control, Large/Medium Wind Turbine);

运转多在第一振频以下;被动式(Stall)及主动式(Pitch)变桨系统;主动偏航转向;系统变形量较小可不考虑;传动系统有直驱及变速(采2点或3点支撑)两种;双馈式发电机(DFIG)较占优势。

d.      功率大于1.5MW:大型及超大型风力机(Large Wind Turbine)。

运转在第一振频以下;采用主动式变桨及转向控制;需考虑大变形;为减轻重量会采直驱或传动链简化措施如Compact、Hybrid;离岸风电用之风力机多已采5MW以上机种;发电机为减少滑环之维护有采永磁发电机(PMSG)之趋势。