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小型风电提水风力机的研究

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 风电提水风力机的提水效率是机械式提水风力机的两倍以上,系统的维护量极少,风力机与水泵之间的安装位置自由度大,在利用风能提水方面有着十分广阔的前景。在当今世界各国,越来越多的风电提水风力机取代了机械式提水风力机,广泛应用于农田灌溉,居民生活用水,牲畜饮水等方面。在风电提水系统中,风力机所发的电能是变频变压的,因此电动机一水泵机组变速运行。要提高系统的效率,就必须使风力机在较广的风速(特别是在大风速时)范围内稳定运行。在风力发电机与水泵负载之间接入电控器,动态地并联补偿电容及卸荷负载,正确地选择切入、切出参数(电压、频率、压频比),风电提水风力机的效率能显者提高。 2小型风电提水系统稳定运行的条件系统要保持稳定运行必须满足以下功率及转矩平衡方程。 为电动机电磁转矩;Tz为水泵负载转矩;Toi为发电机损耗转矩;TO2为水泵损耗转矩。 3小型风电提水系统参数分析根据系统的功率平衡方程及转矩平衡方程,可分析风速及发电机的端电压、频率对系统运行的影响。 速v的加,发电机的输出电压U或电流I迅速加。为了使发电机不过热,I不宜长期超过发电机的额定电流。风速加时,希望发电机端电压提高。 负载电流If或发电机内阻rF加而减小。要维持压频比,发电机的电流和温升不应超过额定值。在系统中动态地并联适当的补偿电容及卸荷负载,可限制发电机的电流和温升。保持风电提水系统的压频比在额定压频比(220/50 =4.4)附近,系统运行*稳定且提水效率高。一般情况下系统的压频比不应低于3. 5小型风电提水系统实例51系统的配置湘潭博力风能有限公司生产的10kWFS7―PDM3型风力机是一个典型的小型风电提水系统。 在测试项目中,配一台15极、90m扬程的深井泵,电动机的功率是5. 6kW,水泵的功率是3.固定补偿电容Ci=55F,动态投入电容C2=75MF,动态投入卸荷负载R2(1kW220V)。控制器监控系统频率、端电压、压频比、参数设置如下:①低切出频率(因风电频率太低,控制器切断风力机对电动机一水泵机组供电的风电频率)30Hz.②低切入频率(控制器允许风力机对电动机一水泵机组开始供电的*小风电频率):40Hz.高切出频率(因风电频率太高,控制器切断风力机对电动机一水泵机组供电的风电频率):90Hz.高复位频率(风电频率超过高切出频率后,控制器恢复风力机对电动机一水泵机组供电所必须达到的风电频率)70Hz.5Q2合闸频率:50Hz;切出压频比:3.1. 2测试结果在外场试验中,测试了系统的在线率、出水流率、功率、压频比。系统在线是指系统连续提水。是在线率曲线,风速从6~15m/s系统的在线率很高,系统运行稳定。是流率曲线,风速从4~13. 5m/s流率随风速同步加较快,*大值达11.8m3/h,系统的提水效率高。是功率曲线,风速从4~13.5m/s功率随风速同步加较快,*大值达11kW.3kW的卸荷电阻吸收多余能量。是压频比曲线,风速从6~11m/s,压频比均在4.3以上(接近额定压频比4. 4),特别是在大风(v为11~15m/s)时压频比迅速提高,使水泵在高转速时电动机能提供足够的转矩,保证系统在很广的风速范围内能稳定运行。 6结束语小型风电提水风力机具有较高的效率,系统结构简单安装灵活,维护量极小,可靠性高。当今在国际上,它是一种先进的风力提水系统。在我国幅员辽阔的西北地区,干旱少雨,很多村落至今还没有通电,人们的生活条件很艰苦,但该地区的风力资源却十分丰富。利用小型风电提水风力机提取地下水,用于生产生活,可提高他们的生活质量,符合国家关于开发大西北的战略决策。因此小型风电提水风力机在我国有极其广阔的推广应用前景。

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