第一篇：風力發電的工作原理視頻與講解

風力發電的工作原理視頻與講解：風力發電正在世界上形成一股熱潮，風力發電在芬蘭、丹麥等國家風力發電

很流行，我國也在西部地區大力提倡。因為風力發電沒有燃料問題，也不會產生輻射或空氣污染，是一種特別好的發電方式風力發電的原理，是利用風力帶動風車葉片旋轉，再透過增速機將旋轉的速度提升，來促使發電機發電。依據目前的風車技術，大約是每秒三公尺的微風速度（微風的程度），便可以開始發電。轉子葉片：捉獲風，并將風力傳送到轉子軸心。現代600千瓦風力發電機上，每個轉子葉片的測量長度大約為20米，而且被設計得很像飛機的機翼。

1、2、火力發電的工作原理視頻與講解

水力發電的工作原理視頻與講解：水力發電的基本原理是利用水位落差，配合水輪發電機產生電力，也就是利用水

三峽大壩 的位能轉為水輪的機械能，再以機械能推動發電機，而得到電力。科學家們以此水位落差的天然條件，有效的利用流力工程及機械物理等，精心搭配以達到 最高的發電量，供人們使用廉價又無污染的電力。

在河流高處建立水庫提高蓄水位，在較低的下游

3、太陽能發電的工作原理視頻與講解：

光—電直接轉換方式該方式是利用光電效應，將太陽輻射能直接轉換成電能，光—電轉換的基本裝置就是太陽能電池。太陽能電池是一種由于光生伏特效應而將太陽光能直接轉化為電能的器件，是一個半導體光電二極管，當太陽光照到光電二極管上時，光電二極管就會把太陽的光能變成電能，產生電流。當許多個電池串聯或并聯起來就可以成為有比較大的輸出功率的太陽能電池方陣了。太陽能電池是一種大有前途的新型電源，具有永久性、清潔性和靈活性三大優點.太陽能電池壽命長，只要太陽存在，太陽能電池就可以一次投資而長期使用；與火力發電相比，太陽能電池不會引起環境污染。

4、柴油發動機的工作原理視頻與講解

5、汽車發動機的工作原理視頻與講解

6、新能源汽車的工作原理視頻與講解

7、火力發電與汽柴油對環境的污染，柴靜的視頻

8、我們要怎樣才能環保：

1、走路

2、騎自行車

3、騎電動車、4、坐公交車

5、勸說父母出行少開私家車

6、做到隨手關燈的好習慣

9、收集一下本人的工作范疇：講解一下中國南車的業務范圍：高鐵、火車、風力發電、公交車并帶一段視頻

10、提問：哪個發電能源最環保：

11、電的來源：火力發電、風力發電、水力發電、核電、石油（柴油機）發電

12、水電要淹沒大量土地，有可能導致生態環境破壞，而且

13、水力：大型水庫一旦塌崩，后果將不堪設想。另外，一個國家的水力資源也是有限的，而且還要受季節的影響。

14、火電：火電需要燃燒煤、石油等化石燃料。一方面化石燃料蘊藏量有限、越燒越少，正面臨著枯竭的危險。據估計，全世界石油資源再有30年便將枯竭。另一方面燃燒將排出二氧化碳和硫的氧化物，因此會導致溫室效應和酸雨，惡化地球環境

核電：核電在正常情況下固然是干凈的，但萬一發生核泄漏，后果同樣是可怕的。前蘇聯切爾諾貝利核電站事故，已使900萬人受到了不同程度的損害；2011年3月11日13時46分，日本福島發生9.0級地震，引發震驚國際的福島核電站事故，造成核電站附近30公里成為無人區；方圓5公里的海洋資源將受到不同程度的影響或是海洋生物變異它是以核反應堆來代替火電站的鍋爐，以核燃料在核反應堆中發生特殊形式的“燃燒”產生熱量，來加熱水使之變成蒸汽。使核能轉變成熱能。蒸汽通過管路進入汽輪機，推動汽輪發電機發電，使機械能轉變成電能。一般說來，核電站的汽輪發電機及電器設備與普通火電站大同小異，其奧妙主要在于核反應堆。核反應堆

核反應堆，又稱為原子反應堆或反應堆，是裝配了核燃料以實現大規模可核反應堆工作原理圖

15、太陽能發電：太陽能照射的能量分布密度小，約100 W/m2；

年發電時數較低，平均1300 h；

不能連續發電，受季節、晝夜以及陰晴等氣象狀況影響大； 精準預測系統發電量比較困難；

光伏系統的造價還比較高，系統成本40000～60000元/kW。

16、風力發電：

17、風能為潔凈的能量來源。內蒙古草原上的風力發電機

風能設施日趨進步，大量生產降低成本，在適當地點，風力發電成本已低于發電機。

風能設施多為不立體化設施，可保護陸地和生態。

風力發電是可再生能源，很環保

18、優點19、1.核能發電不像化石燃料發電那樣排放巨量的污染物質到大氣中，因此核能發電不會造成空氣污染。

20、2.[2]。

21、3.核能發電所使用的鈾燃料，除了發電外，沒有其他的用途。

22、4.核燃料能量密度比起化石燃料高上幾百萬倍，故核能電廠所使用的燃料體積小，運輸與儲存都很方便，一座1000百萬瓦的核能電廠一年只需30公噸的鈾燃料，一航次的飛機就可以完成運送。

23、5.核能發電的成本中，燃料費用所占的比例較低，核能發電的成本較不易受到國際經濟情勢影響，故發電成本較其他發電方法為穩定。

24、缺點25、1.核能電廠會產生高低階放射性廢料，或者是使福島核電站用過之核燃料，雖然所占體積不大，但因具有放射線，故必須慎重處理，且需面對相當大的政治困擾。

26、2.核能發電廠熱效率較低，因而比一般化石燃料電廠排放更多廢熱到環境裏，故核能電廠的熱污染較嚴重。

27、3.核能電廠投資成本太大，電力公司的財務風險較高。

28、4.核能電廠較不適宜做尖峰、離峰之隨載運轉。

29、5.興建核電廠較易引發政治歧見紛爭。

30、6.核電廠的反應器內有大量的放射性物質，如果在事故中釋放到外界環境，會對生態及民眾造成傷害。

31、缺點

風力發電在生態上的問題是可能干擾鳥類，如美國堪薩斯州的松雞在風車出現之后已漸漸消失。目前的解決方案是離岸發電，離岸發電價格較高但效率也高。

在一些地區、風力發電的經濟性不足：許多地區的風力有間歇性，更糟糕的情況是如臺灣等地在電力需求較高的夏季及白日、是風力較少的時間；必須等待壓縮空氣等儲能技術發展。

風力發電需要大量土地興建風力發電場，才可以生產比較多的能源。

進行風力發電時，風力發電機會發出龐大的噪音，所以要找一些空曠的地方來興建。

現在的風力發電還未成熟，還有相當發展空間

第二篇：風力發電原理教學大綱

中等職業學校風力發電教學大綱

課程編號:?978-7-111-35345-4?

課程名稱：?風力發電原理?

總 學 時：?64?

先修課程：?風力發電基礎，電子電工技術，電力電子?

一、課程性質、目的和任務

本課程是風能與動力工程專業學生的重要專業課。通過本課程學習使學生了解國內外風力發電的發展趨勢，掌握風力發電的基本原理，風力發電機組的基本結構及各部分的特性，了解風能資源的基本情況及評估方法，熟悉風電場選址、運行、維護的基本概念和技術，為學習后繼課程以及從事本專業工程技術工作提供必要的理論基礎。

二、教學要求和內容

?基本要求?：深刻理解、掌握風力發電的基本原理，熟悉風力發電機風輪、發電機、齒輪箱、塔架、輔助裝置等各部件的基本結構，參數指標。了解風資源的分布和評估技術，為進行風電場的選址和管理打下初步基礎。熟練掌握風電場的運行、維護、并網控制和安全系統知識，為從事風電場工作奠定理論基礎。

?基本內容?：本課程主要內容為緒論（風力發電的發展歷史、機組結構，國內外的發展趨勢）；風能及其轉換原理（風的種類及其特性，風的測量及其評估，風能資源的評估及風電場選址概述，風能轉換的基本原理，風力機的特性）；風力發電機組的結構（水平軸風電機組的概述，風輪的結構，風電機組傳動系統，機艙、主機架與偏航系統，塔架與基礎，風電機組的其他部件）；風力發電機（發電機的工作原理，風力發電系統中的風力發電機，并網風力發電機）；風力發電機組的控制機安全保護（風力發電機組的控制技術，風力機控制，風電機控制，風力發電機組信號檢測，控制系統的執行機構，風電機組的安全保護）；垂直軸風力發電機組（垂直軸風力發電機組及其發展概況，垂直軸風力機的基本

原理）；離網風力發電系統（離網風力發電機組的應用，微、小型風力發電機組的結構，互補發電系統，儲能裝置）。

三、教學安排及方式

以課堂講授為主，課堂討論和實驗為輔的教學手段。本課程的課堂教學中安排專題講授，采取開放式教學方法，在課堂上學生可以隨時提出問題。

四、各教學環節學時分配

（一）學時安排

（二）教學方法

１ 重視實踐和實訓教學環節，堅持“做中學、做中教”，激發學生的學習興趣。在教學過程中注重培養學生嚴謹的工作作風、實事求是的工作態度和良好的職業素養。

２ 可以結合教學進程，組織學生開展常用工程材料、標準機械零部件的市場銷售情況調查；組織開展以小論文、小制作、小發明、小改革等為載體的創新思維訓練。

３ 階段性實習訓練和綜合實踐模塊是本課程的重要組成部分，是對學生進行風電原理基礎綜合能力訓練的重要環節。教學中可結合專業背景，選擇合適的課題，制作綜合實踐任務書，要求學生完成綜合實踐報告，強化綜合能力培養。

五、考核與評價

１ 注重評價內容的整體性，注重綜合素質與能力評價，注重學生愛護工具、節省原材料、節約能源、規范與安全操作和保護環境等意識與觀念的評價。

２ 堅持教師評價與學生自評、互評相結合，過程性評價和結果性評價相結合，定性描述和定量評價相結合，倡導采用表現性的評價方式。３ 根據不同學生的特點，對課程教學目標和教學要求可做進一步的細化，考核與評價的標準要與教學目標相對應。４ 對階段實習訓練和綜合實踐內容獨立考核

第三篇：學習《風力發電原理與應用》后的心得體會

學習《風力發電原理與應用》后的心得體會

在湛藍天空下，四周安靜的時候，給人印象深刻的就是風，它從你的耳畔掠過，從你的指尖流過，胸中濁氣滌蕩一空，在一呼一吸之間，身心也輕盈起來。在這個空氣清新、負氧離子濃密的地方，你可以自由自在地、毫無負擔地呼吸。這與清潔能源的大力發展，減少大氣污染有很大的關系，這也使得以風能為代表的清潔能源在近年來快速的發展。

現今調整能源結構、減少溫室氣體排放、緩解環境污染、加強能源安全已成為國內外關注的熱點，我國也對可再生能源的利用,特別是風能開發利用也給予了高度重視。我國風能資源總量約42億千瓦，技術可開發量約3億千瓦。目前東南沿海是最大風能資源區，風能密度為200W/M2～300W/M2，大于6m/s的風速時間全年3000h以上就可取得較大經濟效益。風能與其他能源相比，有其明顯的優點：蘊量巨大、可以再生、分布廣泛、沒有污染。風能和陽光一樣，是取之不盡、用之不竭的再生能源。風力發電沒有燃料問題，不會產生輻射或二氧化碳公害，也不會產生輻射或空氣污染。而且從經濟的角度講，風力儀器比太陽能儀器要便宜九成多。中國風能儲量很大、分布面廣，甚至比水能還要豐富。合理利用風能，既可減少環境污染，又可減輕越來越大的能源短缺的壓力。

近年來，工程師們嘗試發展其他更好的方法利用風力。風力雖不很穩定，但是比其他動力資源要來得便利，因為，風向自由、清潔、不會產生不良的副作用。而且風可以推陳出新、供應不斷。利用風力發電已越來越成為風能利用的主要形式，受到世界各國的高度重視，而且發展速度最快。風力發電通常有三種運行方式。一是獨立運行方式，通常是一臺小型風力發電機向一戶或幾戶提供電力，它用蓄電池蓄能，以保證無風時的用電。二是風力發電與其他發電方式（如柴油機發電）相結合，向一個單位或一個村莊或一個海島供電。三是風力發電并入常規電網運行，向大電網提供電力；而且，通過一個學期對《風力發電原理與應用》的學習，使得我對風力發電機組有了一定的了解，按照風輪形式分類：可分為垂直軸風力發電機組和水平軸風力發電機組。按照有無齒輪分類：可分為直驅式風力發電機和雙饋式風力發電機。直驅式風力發電機是一種由風力直接驅動發電機，亦稱無齒輪風力發動機，這種發電機采用多極電機與葉輪直接連接進行驅動的方式，免去齒輪箱這一傳統部件。由于齒輪箱是目前在兆瓦級風力發電機中屬易過載和過早損壞率較高的部件，因此，沒有齒輪箱的直驅式風力發動機，具備低風速時高效率、低噪音、高壽命、減小機組體積、降低運行維護成本等諸多優點。雙饋風電機組中，為了讓風輪的轉速和發電機的轉速相匹配，必須在風輪和發電機之間用齒輪箱來聯接，這就增加了機組的總成本；而齒輪箱噪音大、故障率高、需要定期維護，并且增加了機械損耗；機組中采用的雙向變頻器結構和控制復雜；電刷和滑環間也存在機械磨損。雙饋式風力發電機組的特點是采用了多級齒輪箱驅動有刷雙饋式異步發電機。它的發電機的轉速高，轉矩小，重量輕，體積小，變流器容量小，但齒輪箱的運行維護成本高且存在機械運行損耗。

通過一個學期對《風力發電原理與應用》的學習，也是得我對風力發電的優越性有了更加深刻的理解，其優越性可歸歸結為三點：第一，建造風力發電場的費用低廉，比水力發電廠、火力發電廠或核電站的建造費用低得多；第二，不需火力發電所需的煤、油等燃料或核電站所需的核材料即可產生電力，除常規保養外，沒有其他任何消耗；第三，風力是一種潔凈的自然能源，沒有煤電、油電與核電所伴生的環境污染問題。

更為重要的是風電資源的開發對環境來講，利遠大于弊。雖然大量的風能資源處于戈壁灘、大草原和沿海灘涂地區，給開發帶來不便，但依靠后方力量的支援一定能夠克服。此外，雖然風電建設要占用大面積的土地，旋轉的風機葉片可能產生噪音污染等，但在荒涼地區開發風電，對社會和環境影響非常少，不占用基本農田，不存在與民爭地的矛盾。因此，在這些地區的大風口建設風電，不僅可以利用荒地清潔生產電力，還可以削弱風速，減少冬春季節的揚沙浮塵天氣。

第四篇：風力發電機工作原理

北方電力論壇 bbs.cneclub.com 風力發電機工作原理

2007-04-16 15:57閱讀1139評論1

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現代變速雙饋風力發電機的工作原理就是通過葉輪將風能轉變為機械轉距（風輪轉動慣量），通過主軸傳動鏈，經過齒輪箱增速到異步發電機的轉速后，通過勵磁變流器勵磁而將發電機的定子電能并入電

網。如果超過發電機同步轉速，轉子也處于發電狀態，通過變流器向電網饋電。

最簡單的風力發電機可由葉輪和發電機兩部分構成，立在一定高度的塔干上，這是小型離網風機。最初的風力發電機發出的電能隨風變化時有時無，電壓和頻率不穩定，沒有實際應用價值。為了解決這些

問題，現代風機增加了齒輪箱、偏航系統、液壓系統、剎車系統和控制系統等。

齒輪箱可以將很低的風輪轉速（1500千瓦的風機通常為12-22轉/分）變為很高的發電機轉速（發電機同步轉速通常為1500轉/分）。同時也使得發電機易于控制，實現穩定的頻率和電壓輸出。偏航系統可以使風輪掃掠面積總是垂直于主風向。要知道，1500千瓦的風機機艙總重50多噸，葉輪30噸，使這

樣一個系統隨時對準主風向也有相當的技術難度。

風機是有許多轉動部件的，機艙在水平面旋轉，隨時偏航對準風向；風輪沿水平軸旋轉，以便產生動力扭距。對變槳矩風機，組成風輪的葉片要圍繞根部的中心軸旋轉，以便適應不同的風況而變槳距。在停機時，葉片要順槳，以便形成阻尼剎車。

早期采用液壓系統用于調節葉片槳矩（同時作為阻尼、停機、剎車等狀態下使用），現在電變距系

統逐步取代液壓變距。

就1500千瓦風機而言，一般在4米/秒左右的風速自動啟動，在13米/秒左右發出額定功率。然后，隨著風速的增加，一直控制在額定功率附近發電，直到風速達到25米/秒時自動停機。

現代風機的設計極限風速為60-70米/秒，也就是說在這么大的風速下風機也不會立即破壞。理論上的12級颶風，其風速范圍也僅為32.7-36.9米/秒。

風機的控制系統要根據風速、風向對系統加以控制，在穩定的電壓和頻率下運行，自動地并網和脫網；同時監視齒輪箱、發電機的運行溫度，液壓系統的油壓，對出現的任何異常進行報警，必要時自動停

機，屬于無人值守獨立發電系統單元。

第五篇：《風力發電原理》教案(2014版)

第1章 緒論

? 風力發電過程中，風輪將風能轉化機械能，發電機將機械能轉化電能

? 在能量轉化與傳遞過程中，風能的特性是決定因素

? 自然風是一種隨機的湍流運動，影響風電機組中機械設備、電氣設備的穩定性，對電網造成沖擊

? 風能是太陽能的一種表現形式

? 風能密度高低關系到風電度電成本高低

1.1 風的形成

? 溫度不是獨立參量，而是系統的幾何參量、力學參數、化學參數和電磁參量的函數

? 大氣運動遵循大氣動力學和熱力學變化的規律。空氣運動與大氣壓力的分布及變化

? 靜力學方程： dp??pgdz

1.當dz>0時，dp<0，即氣壓是隨高度的增加而減小的。

2.氣壓隨高度增加而減少的快慢主要取決于空氣的密度。

3.某一高度z上的氣壓等于從該高度直到大氣上界的單位截面積空氣柱的重量。這是大氣靜力學氣壓定義。

? 單位氣壓高度差（氣壓差）：在垂直氣柱中，每改變單位氣壓時所對應的高度差

h??dz18000?1??t? ??dp?gp1.氣壓愈低（即溫度愈高），單位氣壓高度差愈大

2.溫度愈高，單位氣壓高度差愈大 1.1.1 大氣環流

? 環流原因：日地距離和方位不同，所接受的太陽輻射強度各異

? 科氏力：由于地球自轉形成的地球偏向力的存在，這種力稱為科里奧利力，簡稱偏向力或科氏力。在此力作用下，在北半球使氣流向右偏轉，在南半球使氣流向左偏轉。? 三圈環流 1.1.2 季風環流

1.季風環流

季風：在一個大范圍地區內，它的盛行風向或氣壓系統有明顯的季風變化。這種在一年內隨著季節的不同，有規律轉變風向的風

東北亞季風和南亞季風對我國天氣氣候變化都有很大影響

? 形成季風環流的因素：

? 海陸差異：冬季，風從大陸吹向海洋；夏季，風從海洋吹向大陸

? 行星風帶的季節轉換轉換：5個風帶在北半球的夏季向北移動，冬季向南移動

? 地形特征：青藏高原 ? 季風指數

? 它是由地面冬夏盛行風向之間的夾角來表示的，當夾角在120°-180°之間，認為是屬于季風，然后1月和7月盛行風向出現的頻率相加除以2，即I=（f1+f2）/2為季風指數

I>40%季風區

I=40%-60%為較明顯區季風區

I>60%為明顯季風區。2.局地環流

1.海陸風：以日為周期（湖陸風）

2.山谷風 1.1.3 風力等級

? 根據風速大小來劃分的。國際上采用英國人蒲福于1805年所擬定的，稱為“蒲福風級”。從靜風到颶風共分為13級。1946年以來風力等級修改，由13級變為17級。

風級 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 稱謂 無風 calm 軟風 light air 輕風slight breeze 微風 gentle breeze 和風 fresh breeze 清風 strong breeze 強風 near gale 疾風 gale 大風 strong gale 烈風 violent strom 狂風 storm 暴風 violent storm 颶風 hurricane

一般描述 煙直上

僅煙能表示風向，但不能轉動風標 人面感覺有風，樹葉搖動，普通之風標轉動

樹葉及小枝搖動不息，近期飄展 塵土及碎紙被風吹揚，樹分枝搖動

有葉小樹開始搖擺

樹木枝搖動，電線發出呼呼嘯聲，張傘困難

小樹枝被吹折，步行不能前進 建筑物有損壞，煙囪被吹倒 樹被風拔起，建筑物有相當破壞 極少見，如出現必有重大災害

m/s <0.3 0.3-1.5 1.6-3.3 3.4-5.4 5.5-7.9 8.0-10.7 10.8-13.8 13.9-17.1 17.2-20.7 20.8-24.4 24.5-28.4 28.5-32.6 32.7-36.9 ? 風力等級換算

VN?0.1?0.824N1.505

VNmax?0.2?0.824N1.505?0.5N0.56 VNmin?0.1?0.824N1.505?0.56 1.1.4 風的測量

1.測風系統

? 風的測量包括風向測量和風速測量

? 風向測量：風的來向

? 風速測量：單位時間內空氣在水平方向上所移動的距離

? 組成

? 傳感器：將模擬信號轉換成數字信號。包括：風速傳感器、風向傳感器、溫度傳感器、氣壓傳感器

? 主機：對傳感器發出的信號進行采集、計算和存儲，由數據記錄裝置、數據讀取裝置、微處理器、就地顯示裝置組成? 數據存儲裝置：

? 電源：提高系統工作可靠性，要求兩備用電源

? 安全與保護裝置：要求在輸入信號和主機、環境之間增設保護和隔離裝置。提高數據準確的可靠性

2.風速測量

1.風速計

? 旋轉式風速計：風杯和螺旋槳葉片，最常用的傳感器是風杯

? 壓力式風速計：利用流體的全壓力與靜壓力之差來測定風的動壓

?2?p?1?p?p0?p??V2?1?c??V???2???1?c??1/2

? 散熱式風速計：被加熱物體的散熱速率與周圍空氣的流速有關

? 聲學風速計

2.風速記錄

? 機械式，電接式，電機式，光電式 3.風速表示

? 風速大小與風速計安裝高度和觀測時間有關

? 高度：10m ? 時間：2min，10min和瞬時風速。風能資源計算時選用10min平均風速

3.風向測量

? 分類：單翼型、雙翼型和流線型等

? 組成：尾翼、指向桿、平衡錘和旋轉主軸

? 傳送和指示方法：電觸點盤、環形電位、自整角機和光電碼盤。最常用的是光電碼盤

? 風向桿的安裝方位指向正北 1.2 風能資源

1.2.1 風能的特點

? 在1個標準大氣壓、0℃條件下，空氣的密度是淡水密度的1.293‰，淡水密度是空氣密度的773.3倍

? 風能資源的儲量取決于這一地區風速的大小和有效風速的持續時間

? 風吹過后必須經過前后、左右各10倍直徑距離后才能恢復到原來的速度

? 理論開發風能儲量： R?WS/100a ? 實際可開發量： R?0.785R/10

? 全國風能實際可開發量為2.53×1011W ? 有效風能密度和可利用的年累計小時兩個指標表示

等級 風資源豐富區 風資源次豐富區 風資源可利用區 風資源貧乏區

風資源豐富區 東南沿海、山東和遼東半島沿海及島嶼 內蒙古和甘肅北部 松花江下游地區

風資源次豐富區 沿海地區 三北地區 青藏高原中部和北部地區

風資源可利用區 兩廣沿海 大、小興安嶺山地

三北中部

風資源貧乏區 以四川為中心 雅魯藏布江河谷 塔里木盆地西部 年有效風功率密

度W/m2

>200 200-150 150-100 <100

風速年累計小時數h

>5000 5000-4000 4000-2000 <2000

年平均風速

m/s

>6 5.5 5 4.5

'6 1.2.2 中國風能資源分布特點 1.3 風能的數字描述

1.3.1 風特性

? 100m高度以下的地表層的風

? 風特性分為平均風特性和脈動風特性

?平均風特性包括：

?平均風速

?平均風向

? 風速輪廓

? 風頻曲線

? 脈動風特性包括：

? 脈動風速

? 脈動系數

? 風向

? 湍流強度 1.平均風速和風向

? 瞬時風速由平均風速和脈動風速組成：V?t??V?V'?t? ?平均風速： V?1t2V?t?dt ?t1t2?t1? 不同時距計算平均風速時，其值不同，時距10min到1h范圍內功率譜曲線比較平坦

? 我國規范規定的時距為10min ? 我國規范規定的高度為10m ?平均風向

? 風向一般由16個方位表示，即北東北（NNE）、東北（NE）、東東北（ENE）、東（E）、東東南（ESE）、東南（SE）、南東南（SSE）、南（S）、南西南（SSW）、西南（SW）、西西南（WSW）、西（W）、西西北（WNW）、西北（NW）、北西北（NWN）、北（N）。靜風記為C

?平均風向

? 以正北為基準，順時針，東風為90°，南風為180°，西風為270°，北風為360°

2.脈動風速

? 在某時刻t，空間某點上的瞬時風速與平均風速的差值，其時間的平均值為零：V'?t??V?t??V

? 湍流強度：描述風速隨時間和空間變化的程度，反映風的脈動強度，是確定結構所受脈動風載荷的關鍵參數。

? 湍流強度

? 描述風速隨時間和空間變化的程度，反映風的脈動強度，是確定結構所受脈動風載荷的關鍵參數。

? 湍流強度：10min時距的脈動風速均方根與平均風速的比值： ???u'?v'?w'?/3??u'?v'?w'?/3 222222u?v?w222V? 與離地高度與地表面粗糙度有關

? 陣風因子：陣風持續期內平均風速的最大值與10min時距的平均風速之比

? 持續期越大，對應的陣風因子越小

? 陣風系數同湍流強度有關，湍流強度越大，則陣風系數越大 ? 湍流功率譜密度

? 形成原因：許多不同尺度的渦運動組合而成的，空間某點的脈動風速是由不同尺度的渦在該處形成的各種頻率的脈動疊加而成的

? 作用：描述渦流中不同尺度的渦的動能在湍流脈動動能所占的比例

3.平均風速和風向的表示

? 風（向）玫瑰圖：根據各方向風出現的頻率按相應的比例長度繪制在圖上

? 盛行風向 ? 風向旋轉方向 ? 最小風向頻率

?平均風速和風向的表示

? 風能玫瑰圖：反映風能資源，包含風向和風速的信息

? 風向頻率：在一段時間內各種風向出現的次數占觀測總次數的百分比

? 風速頻率：在一個月或一年的周期中發生相同風速的時數占這段時間刮風總時數的百分比。

? 直線的長度表示一年內這個方向的風的時間百分數

? 生產中用到圖種類

? 風速分布圖

? 風功率密度分布圖 ? ? ? ? ? ? ? ? 風速功率密度月變化圖

風速功率密度日變化圖

風向玫瑰圖

風功率玫瑰圖

風速和功率分布

月風向玫瑰圖

月風能玫瑰圖

月風速功率玫瑰圖

4.平均風速隨高度變化

? 在大氣邊界層中，平均風速隨高度發生變化，其變化規律稱為風剪切或風速廓線

? 風速廓線符合對數律分布或指數分布

? 對數律分布

? 在近地層中，造成風在近地層中的垂直變化的原因有動力因素和熱力因素

u?u*?Z??ln??K?Z0??u*?

? 指數律分布

?0?

?Zn?un?u1??Z??

?1?? α值的變化與地面粗糙度有關

類別

α值

A B C D 0.12 0.16 0.20 0.30 場所

近海海面、海島、海岸、湖岸及沙漠

田野、鄉村、叢林、丘陵以及房屋比較稀疏的中小城鎮和大城市郊區

密集建筑物群的城市市區

密集建筑群且建筑面較高的城市市區

?10 1.3.2 風能公式 1.空氣密度

??? ? ? ?

?p?0.378e? 1.2761?0.00366t1000p—氣壓，hPa

t—氣溫，℃

e—水汽壓，hPa

風的統計特性的重要形式是風速的頻率分布，資料的長度至少有3年以上的觀測記錄，風電場前期的風資源測量工作要求1年以上，且數據的完成率為95% 2.風速的統計特性

? 威布爾分布

k?x?P?x????c?c?

k?1??x?k?exp?????

??c????? 其中，k和c為威布爾分布的兩個參數，k稱為形狀參數，c稱為尺度參數

? c=1，標準威布爾分布

? k=1，指數型；k=2，瑞利分布；k=3.5，正態分布

? 風速頻率分布一般為偏態，風力愈大的地區，分布曲線愈平緩，峰值降低右移

3.風能公式

? 風能：E?11?mV2t??AV3t??d2V3t?W?h? 228? 風功率：P??8?d2V3?W?

4.平均風能密度和有效風能密度

1?V3 21T1?V3dt ?平均風能密度 W??T02? 風能密度 W?? 實際應用，計算某地年（月）風能密度：Wy?m??W1t1?W2t2?????Wntn

t1?t2?????tn11 第2章 風力發電的基本原理

2.1 工作原理

? 為什么大型并網風力機僅到20世紀的中后期才獲得應用？

? 常規發電還能滿足需要，社會生產力水平不夠高，還無法顧及降低環境污染和解決偏遠地區的供電

? 能夠并網的風力發電機的設計與制造，只有在現代高技術出現后才有可能，20世紀初期是造不出現代風力發電機

? 風力機風輪運轉（葉片旋轉）工作原理

? 當氣流流經上下翼型形狀不同的葉片時，因凸面的彎曲而使氣流加速，壓力較低，凹面較平緩，使氣流速度減緩，壓力較高，因而產生作用于葉面的升力。

? 現代風力發電的原理

? 利用風力帶動風輪葉片旋轉，再透過增速機將旋轉的速度提升，來促進發電機發電

? 兩種物質流

? 能量流

? 信息流：控制系統的功能是過程控制和安全過程。過程控制包括起動、運行、暫停、停止

? 信息流的作用

? 變槳距風機根據風速變槳 ? 變速型風機根據風速變速 ? 根據風向變化對風

? 需停機時，執行氣動剎車和機械制動 ? 風力機的主要組成

? 機械組成：風輪、機艙、塔架和基礎

? 功能構成：變槳系統、發電系統、主傳動系統、偏航系統和控制系統

? 風輪

? 作用：把風的動能轉變為機械能的重要部件

? 要求：強度高、重量輕

? 材料：玻璃鋼或其他復合材料（如碳纖維）? 發電機

? 作用：由風輪得到的恒定轉速，通過升速傳遞給發電機均勻運轉，把機械能轉變為 電能的裝置

? 塔架

? 作用：支承風輪、尾翼和發電機的構架

? 要求：高且強度高 2.2 風力發電基本原理

1.1919年德國的A ·貝茨（Betz）理論

? 貝茨（茲）假設

? 風輪沒有錐角、傾角和偏角，全部接受風輪風能（沒有輪轂），葉片無限多，對空氣流沒有阻力

? 風輪葉片旋轉時么有摩擦阻力；風輪前未受擾動的氣流靜壓和風輪后的氣流靜壓相等

? 風輪流動模型可簡化成一個單元流管，不考慮尾流旋轉

? 作用在風輪上的推力是均勻的 ? 貝茨理論

? 質量守恒 S1V1?S2V2?SV

? 歐拉定理（動量定理）F??SV?V1?V2? ? 風輪吸收額功率為 P?FV??SV2?V1?V2?

111mV12?mV22??SVV12?V22 222V?V21222? 能量守恒 P??W??SV?V1?V2???SVV1?V2?V?1

22? 動能定理 ?W??????V?V?P??S?12??V1?V2?

?2?? 求P的最大值 2dP1??SV12?2V1V2?3V22 dV24??? 當 V2?? 則 Pmax V1 38??SV13 27? 理論最大效率（理論風能利用系數）：Cmax8?SV13Pmax16??27??0.59

31127?SV13?SV132214 ? 風力機實際吸收的有用功率為: P?1CP?SV13 2? 推導過程所用理論

? 質量守恒

? 歐拉定理（動量定理）

? 動能定理

? 能量守恒

2.葉素理論

? 1889年，Richard Froude提出葉素理論

? 作用：從葉素附近流動來分析葉片上的受力和功能交換

? 葉素：風輪葉片在風輪任意半徑r處的一個基本單元，它是由r處翼型剖面延伸一小段厚度dr而形成

? 葉素

? 葉素理論假設

? 葉片分割成無限多個葉素，每個葉素厚度無限小，葉素為二元翼型

? 葉素都是獨立，之間不存在相互作用，通過各葉素氣流不相互干擾

? 忽略葉片長度的影響

? 葉素剖面和氣流角、受力關系

1?W2CCrdr

212? 阻力：dD??WCCDdr

2? 升力：dL?? 合速度：W?? 進一步計算的V sin?1?W2CdrCx 215 dFx?dLcos??dDsin?? dFr?dLsin??dDcos??? 其中

1?W2CdrCr 2 Clcos??Cdsin??Cx

Clsin??Cdcos??Cy

1?W2BCCxdr 2? 周推力：dT?BdFx?? 轉矩：dM?BdFr?1?W2BCCrrdr 23.渦流理論

? 渦流流動假設

? 忽略葉片翼型阻力和葉梢損失的影響

? 忽略有限葉片數對氣流的周期性影響

? 葉片各個徑向環斷面之間相互獨立

? 風輪渦流示意圖

? 渦流引起的風速可看成是由3個渦流系統疊加的結果

? 中心渦：轉軸上

? 附著渦：葉片上

? 螺旋渦（自由渦）：葉片尖部

? 在風輪旋轉平面處氣流的軸向速度：V??1???V1

? 其中，α為軸向誘導因子；??V1?V2 V1? 風輪變徑r處的切向速度U??1?b?? 第3章 風力機

? 風力發電的優越性

? 建造費用低廉

? 產生電力無需其他任何消耗 ? 沒有環境污染

? 運行簡單，無人值守 ? 實際占地少

3.1 風力機概念

? 風力機是以風力作能源，將風力轉化為機械能而做功的一種動力機

? 一種能截獲流動的空氣所具有的動能并將風輪葉片迎風掃掠面積內的一部分動能轉化為有用機械能的裝置

? 又稱風動機、風力發動機和風車 3.2 風力機的分類

1.按風力機風輪軸所在的空間位置來分

? 水平軸風力機：風輪軸平行或接近平行于水平

? 上風向風力機

? 下風向風力機

? 垂直軸風力機：風輪軸垂直于水平面

2.按風力機功率大小來分

? 微型風力機：1kW以下

? 小型風力機：1~10kW ? 中型風力機：10~100kW ? 大型風力機：100~1000kW ? 巨型風力機或兆瓦級風力機：1000kW以上 3.按正常工作狀態下的轉速分：

? 高速風力機：葉尖速比λ（高速性系數）大于3 ? 低速風力機

4.按葉片數目的多少分

? 少葉（翼）式風力機：葉片數目小于或等于4片

? 多葉片風力機 5.按葉片工作原理分

? 升力型風力機

? 阻力型風力機

6.按葉片升力翼型的形狀分

? 螺旋槳式

? 達里厄式

7.按功率調節方式分

? 定槳距風力機

? 普通變槳距型（正變距）風機 ? 主動失速型（負變距）風機 8.按傳動形式分

? 高傳動比齒輪箱型（雙饋型）? 直接驅動型

? 中傳動比齒輪箱型（半直驅）3.3 水平軸風力機

? 水平軸風力機的優勢

? 升力比阻力大得多

? 升力裝置可以得到較大的葉尖速比 λ ? 價格和功率之比較低

? 上風式風力機：水平軸風力機的風輪在塔架的前面迎風旋轉 ? 固定槳距：在高風速時依靠葉片翼型及葉片內部構造達到自動失速以限制風力機轉速及輸出功率的目的

? 槳距可調：分全翼展槳距可調及部分翼展可調 1.風輪

? 作用：將風能轉化為機械能，是風力發電機接收風能的部件

? 葉片的翼型和材料強度決定了風輪吸收風能的效率和葉片壽命

? 相對輪轂安裝葉片轉動的稱變槳距風輪 2.風力發電機

? 直流發電機

? 同步交流發電機

? 異步交流發電機

? 交流永磁發電機

3.塔架

? 作用：用來支撐風力機及機艙內（或機座上）各種設備，并使之離開地面一定高度，以使風力機能處于良好的風況環境下運轉

4.機艙（或機座）

? 作用：用來支撐風輪以及與風輪相連的齒輪傳動（變速）裝置、調速裝置及調向機構等

5.調向裝置

? 使風輪能隨著風向的變化隨時都迎著風向，以最大限度地獲取風能

6.調速裝置

? 當風速不斷變化時使風輪的轉速維持在一個接近穩定不變的范圍內。

7.剎車制動裝置

? 使風力發電機停止動轉的裝置

8.增速器及聯軸器

? 由于風輪的轉速低而發電機轉速高，為匹配發電機，要在低速的風輪軸與高速的發電機軸接一個增速器

? 高速聯軸器：增速器與發電機之間

? 低速聯軸器：風輪軸與增速器之間 3.4 垂直軸風力機

1.優點

? 壽命長，易安裝

? 利于環保

? 無需偏航對風

? 葉片制造工藝簡單

? 葉片僅受沿展向的張力

? 無塔影效應

? 運行條件寬松 2.缺點

1.風能利用率

2.啟動風速

3.增速結構

4.難控制易失速

5.加工工藝不成熟 3.達里厄型風力機

4.旋轉渦輪式風力機 第4章 風力發電機組

4.1 風力發電機組的分類和構成

1.風力發電機組的分類

1.根據風力機軸的空間位置分類

? 水平軸風力發電機組

? 風輪圍繞一個水平軸旋轉，風輪的旋轉平面與風向垂直 ? 垂直軸風力發電機組

? 風輪的旋轉軸垂直于地面或氣流方向，可以接受來自任何方向的風，無須對風；齒輪箱和發電機可以安裝在地面上，減輕風力機發電機組承重，且方便維護

? 葉片越多，轉得越慢，葉片數多的風力機通常稱為低速風力機，它在低速運行時，有較大的轉矩。它的啟動力矩大、啟動風速低，因而適用于磨面、提水

? 葉片數目少的風力機通常稱為高速風力機，它在高速運行時有較高的風能利用系數，但啟動風速較高，適用于發電 2.根據風輪的迎風方式分類

? 上風型水平軸風力發電機組

? 風首先通過風輪再穿過塔架，風輪總是面對來風方向，風輪在塔架“前面”，必須有某種調向裝置來保持風輪迎風

? 下風型水平軸風力發電機組

? 風首先通過塔架在穿過風輪，風輪在塔架“后面”，能夠自動對準風向。

3.根據風輪與發電機之間的連接方式分類

? 變速式風力發電機組

? 帶有增速齒輪箱

? 直驅式風力發電機組

? 風輪直接驅動同步多極發電機

4.根據葉片能否圍繞其縱向軸線轉動分類

? 定槳距式風力發電機組

? 當風速變化時，槳葉的迎風角度不能隨之變化，在轉速恒定的條件下，風速增加超過額定風速時，如果風流與葉片分離，葉片將處于“失速”狀態，風輪輸出功率降低

? 變槳距式風力發電機組

? 風速變化時，槳葉的迎風角能隨之變化 5.根據發電機組負載形式分類

? 并網型風力發電機組

? 通過并網逆變器直接饋入電網，然后電力通過電網再輸送給用電戶

? 離網型風力發電機組

? 獨立于現有電網，需要蓄電池蓄能

2.風力發電機組的構成

? 一次能源系統：葉片、輪轂

? 主傳動系統：主軸、主軸軸承、齒輪箱、聯軸器

? 支撐系統：導流罩、機艙罩、底盤、塔筒、基礎 ? ? ? ? ? 發電系統：同步發電機（永磁式同步發電機）、異步發電機（雙饋式異步發電機）

制動系統：機械制動（液壓系統）、空氣動力制動、偏航系統

變槳系統

避雷系統 4.2 一次能源系統

1.葉片的構造

? 材料：玻璃纖維增強塑料（GFRP）、碳纖維增強塑料（CFRP）、木材、鋼和鋁。? 復合材料以玻璃纖維或碳纖維為增強材料，樹脂為基體。優點：比重小，強度較高；易成型性好；耐腐蝕性強；維護少，以修補。? 鋼材主要用于葉片內部結構的連接件

2.葉片葉柄結構

? 采用螺栓與輪轂連接，形成懸臂形式：螺紋件預埋件、鉆孔組裝式

? 木質、鋁合金擠壓成型等弦長、鋼制、鋼縱梁玻璃鋼、玻璃鋼

3.葉片數

? 兩葉片風輪對應最大風能利用系數的轉速比較高。

? 對剛性輪轂來說，作用在兩葉片風輪的脈動載荷要大于三葉片風輪。? 接受程度 4.輪轂

? 固定式輪轂：鑄造結構或焊接結構 ? 鉸鏈式輪轂

? 用于有葉柄的單葉片和二葉片風輪。

? 葉片被懸掛的角度與風輪轉速有關，轉速越低，角度越大。

5.葉片的基本幾何定義

? 葉尖

? 葉片投影面積 ? 葉片翼型 ? 中弧線 ? 前緣 ? 后緣 ? 幾何弦

?平均幾何弦長 ? 氣動弦長 ? 厚度 ? 相對厚度 ? 彎度 ? 安裝角 ? 扭角 ? 幾何攻角

6.葉片的基本幾何定義

? 當攻角增大時，升力系數Cl成線性遞增，當攻角達到某一值α時，Cl突然下降，這一現象稱為失速。α稱為臨界攻角。

? 壓力中心點：對于某一特定攻角，翼型總對應一特殊點，空氣動力對這個點的力矩為零，將該點稱為壓力中心點

? 氣動力效率：在某一攻角下，升力與阻力之比稱為升阻比，又稱氣動力效率，即：cot??Cl Cd

7.風輪的幾何定義與參數

? 風輪直徑 ? 風輪掃掠面積 ? 風輪偏角 ? ? ? ? ? ? ? 槳距角 風輪錐角 風輪仰角 風輪額定轉速 風輪最高轉速 風輪實度 葉尖速比 4.3 主傳動系統

? 組成：主軸、主軸承、齒輪箱、聯軸器 1.主軸及主軸承

? 受力形式：軸向力、徑向力、彎矩、轉矩和剪切力 ? 主軸軸心通孔作用？

? 主軸安裝方式：

? 挑臂梁：兩點支撐 ? 懸臂梁：三點支撐

? 優點：前點為剛性支撐；后點為彈性支撐（齒輪箱）。

? 主軸承

? 雙列調心滾子軸承。特點：能夠補償軸的繞曲和同心誤差。? 結構特點。徑向孔：潤滑油通道 ? 進行淬火原因？

? 軸承座運行時允許有微量油滲出！

2.齒輪箱（增速箱）? 潤滑油凈化和溫控系統

? 粘度對溫度的影響? ? 粘度高，齒輪箱潤滑部位不能得到充分潤滑。? 粘度下降，對嚙合齒面油膜的形成不利。? 為何要控制溫度？

? 易生成點蝕、膠合和磨損現象。? 潤滑方式

? 飛濺潤滑 ? 強制潤滑 ? 過濾器工作方式

? 粘度高，液壓油通過粗、精兩個過濾裝置（單向閥開）。? 粘度低，液壓油只通過粗過濾器裝置（單向閥關）

? 截止閥作用：更換濾芯時將過濾器殼體內的油液排出 ? 放氣接頭作用：將系統中的氣泡排除。? 潤滑系統冷卻方式：風冷式 ? 機組起動前，先啟動潤滑油泵！? 齒輪箱安裝過程

? 激光對中 ? 人工盤動 ? 電機反向拖動 ? 分階段加負載 ? 聯軸器

? 撓性聯軸器

? 無彈性彈性元件聯軸器 ? 金屬撓性元件聯軸器 ? 剛性聯軸器

? 無鍵連接，可傳遞轉矩、軸向力或兩者的復合載荷，承載能力高，定心性好 ? 萬向聯軸器：適用于有大角位移的兩軸之間的連接

? 輪胎聯軸器：補償性能和緩沖減振能力大，但隨扭角增加，兩軸會產生相當大的附加軸向力

? 膜片聯軸器：中間體帶有力矩限制器，當傳動力矩過大時可以自動打滑。

? 連桿聯軸器：特點：保護套的表面有不同的圖層，保護套與軸之間的摩擦力始終是保護套和軸套之間摩擦力的2倍，從而保證滑動永遠只會發生在保護套與軸套之間。4.4 支撐系統

1.機艙

? 機艙底盤

? 性能要求：高強度、高剛度和減振特性 ? 結構特點

? 分為兩部分：前機艙底盤為鑄件；后機艙底盤為焊接件。

? 機艙罩

? 結構特點

? 分為下艙罩和上艙罩兩部分，加中空式加強筋

? 與底盤連接利用帶有橡膠減震器的螺栓將機艙連接板與機艙底盤支架連接。

? 整流罩

? 外部呈流線型，有利于減小風對機艙的作用力 2.塔筒

? 功能

? 支撐位于空中的風力發電系統，塔架與基礎相連接，承受風力發電系統運行引起的各種載荷，同時傳遞這些載荷到基礎，使整個風力發電機組能穩定可靠地運行。

? 分類

1.拉索式塔架

? 通過數根鋼索固定在離散的地基上，由每根鋼索的調節螺栓調節長短，保證整個風力發電機組對地基的垂直度。? 適用小型風電機組。2.桁架式塔架

? 采用鋼管或角鐵焊接成截錐形桁塔支撐在地基上，桁塔的橫截面多為正方形或正多邊形。

? 適用于中小型風力機

3.塔筒式塔架 ? 鋼制塔架

? 采用強度和塑性較好的多段鋼板進行滾壓，對接焊成截錐式筒體，兩端與法蘭盤焊接而構成截錐塔筒 ? 鋼混組合塔架 ? 鋼筒夾混塔

? 塔架結構

? 安裝方式

? 采用高強度螺栓穿過內翻式法蘭將塔筒連接。? 高度確定

? ≤25m：Htg?R?Hzg?Az ? >25m：Htg:D?1:1

?平臺

? 為方便安裝螺栓，平臺距法蘭處1.1m左右。? 電纜及其固定

? 通過電纜卷筒與支架固定 ? 電纜卷筒作用

? 保證電纜有一定的自由旋轉，同時承載相應部分的電纜重量。

? 內梯與外梯 ? 塔架的固有頻率

? 振幅大小于激振頻率和塔架的固有頻率有關。

? f?12?g y? 1?mlgl3mgl3??? y???EJx?83??? Jx???D4?d4?64

? 受力頻率

? 風輪轉子殘余的旋轉不平衡質量引起的振動頻率=轉速n ? 塔影、不對稱空氣來流、風切變、尾流引起的振動頻率=Nn ? f≥（1+20%）n或Nn ? f>Nn：剛性塔

? n

? 塔架-風輪系統振動模態

? 分析模態作用

? 在交變力、交變力矩作用下的振型、振幅和頻率，為解決風力機的動態穩定性問題提供依據

? 固有頻率改變

? 隨著離心力增加，葉片的剛性增加，從而固有頻率提高。3.基礎

1.厚板塊基礎

? 抵制傾覆力矩和機組重力偏心力。可承受偏心力距為WB/6。? 形式

?平面板塊基礎 ?平放機座基礎

? 嵌入式塔架和傾斜板塊基礎 ? 巖石床打錨基礎

2.多樁基礎

? 適用土質疏松的地質。3.混凝土單樁基礎 4.支撐系統保護

1.連接件的維護

? 力矩檢測；防腐 2.結構件的維護

? 外觀檢查；防銹及補漆（底漆、面漆）；焊點處檢查；電纜破損檢查 3.塔基水平度檢測

? 下塔筒外法蘭盤上選取4個監測點 4.塔筒標識維護

? 標識清晰

4.5 制動系統

? 制動的兩種分類：

? 運行制動 ? 緊急制動 ? 制動裝置：

? 機械制動 ? 空氣動力制動

電網監測制動命令動力源風況監測主控系統功率放大機械制動風機停止風機監測停機指令空氣動力制動制動系統的工作原理

1.機械制動

? 工作原理：

? 利用非旋轉元件和旋轉元件之間的相互摩擦來阻止轉動和轉動的趨勢。? 分類

? 常開式 ? 常閉式 ? 制動器

? 工作狀態分類

? 常閉式和常開式 ? 盤式制動器

? 鉗盤式：固定式和浮動式（固定和擺動）? 全盤式 ? 錐盤式

? 制動器安裝方式

? 避免制動軸受到徑向力和彎矩，鉗盤式制動器應成對分布。? P?M??，制動力矩在低速軸很大。

? 失速型風力機常用低速軸機械制動（可靠性角度考慮）? 變槳距風力機在高速軸制動，但易發生制動的不均勻性。

2.空氣動力制動

? 特點

? 空氣動力制動并不能使風輪完全靜止下來，只能使其轉速限定在允許的范圍內。

? 定槳距風力機采用的空氣動力裝置為

? 葉尖擾流器

? 工作過程：當轉速增加時，葉尖的離心力增大，葉尖擾流器克服液壓力的作用脫離葉片主體轉動到制動位置。

? 葉尖擾流器還可以作為液壓系統出現故障的保護裝置。

4.6 變槳系統

? 變槳距

? 使葉片繞其安裝軸旋轉，改變葉片的槳距角，從而改變風力機的氣動特性 ? 類型

? 液壓變距型 ? 電動變距型 1.液壓變槳距系統類型

1.組成

? 槳距控制器、數碼轉換器、液壓控制單元、執行機構、位移傳感器

液壓站槳距角給定槳距控制器-轉換為槳距信號A/D轉化器位移傳感器D/A轉化器伺服閥或比例閥液壓缸變槳機構槳距角

2.驅動形式分類

? 單獨變槳

? 特點：可靠性高；需要精確的同步變距控制 ? 統一變槳

? 工作過程

2.電動變槳距系統

1.總體結構 ? 工作過程

? 主控制器根據風速、發電機功率和轉矩等，把指令信號發送至電動變槳距控制系統

? 電動變槳距系統把實際值和運行狀況反饋至主控器。

第3個獨立槳距裝置風速風向儀第2個獨立槳距裝置主控制器變壓輸入控制器輸出器功率調節電機轉速蓄電池驅動器第1個獨立槳距裝置伺服電機減速器

2.單元組成

? 伺服電機的作用。? 電機編碼器的作用。? 減速器采用的形式。

3.變槳減速器的潤滑 ? 潤滑方式

? 浸油潤滑、油脂潤滑 ? 油脂檢查

3.變槳軸承

? 一般采用4點角接觸球軸承

4.7 偏航系統

? 偏航定義

? 水平軸風力發電機風輪繞垂直軸的旋轉 ? 偏航分類

? 主動偏航 ? 被動偏航 1.偏航系統的功能

? 跟蹤風向的變化，驅動機艙圍繞塔架中心線旋轉，使風輪掃掠面與風向保持垂直。? 解纜功能

? 在反復調整方向過程中，有可能發生沿著同一方向累計轉了許多圈，造成機艙與塔底之間的電纜扭絞現象。

? 偏航阻尼器功能

? 使機艙平穩轉動 ? 偏航計數器功能

? 記錄偏航系統旋轉圈數的裝置。

2.偏航系統的組成和工作原理

風向信號控制器-偏航計數器功率放大器執行機構風力機風輪偏向監測元件? 偏航計數器功能

? 記錄偏航系統旋轉圈數的裝置。? 偏航具體過程

? 組成

? 偏航軸承；偏航驅動裝置；偏航制動器；偏航液壓回路 ? 齒圈與偏航軸承做成一體 ? 齒圈形式

? 內齒圈 ? 外齒圈 ? 偏航軸承

? 內、外齒圈特點 ? 偏航驅動

? 偏航驅動的安裝方式。? 偏航制動

? 與主傳動制動器的區別：不設置彈簧。

3.偏航系統的維護

? 偏航軸承

? 維護：密封帶必須保持沒有灰塵，清洗其他部件時，避免清潔劑接觸到密封帶或進入滾道系統。

? 安裝偏航軸承后要找出4個合適的測量點并在支承和連接支座上標注，并記錄相應數據，此數據作為以后測量數據的基準。

4.偏航系統的常見故障

? 齒圈齒面磨損 ? 液壓管路泄露 ? 偏航壓力不穩 ? 異常噪聲

? 偏航定位不準確 ? 偏航計數器故障

4.8 液壓系統

? 作用：

? 液壓系統主要用于控制變槳距機構和機械制動，也用于偏航驅動與制動。1.液壓元件

? 動力元件、控制元件、執行元件和輔助元件。

? 動力元件：將機械能轉換為液壓壓力能。

? 控制元件：控制系統壓力、流量、方向以及進行信號轉換和放大。? 執行元件：將流體的壓力能轉換為機械能。? 輔助元件：保證系統正常工作。1.液壓泵

? 分類：按結構與壓力分類 ? 液壓泵的性能參數

? 額定壓力 ? 理論排量 ? 功率 ? 效率

2.液壓閥

? 分類

? 方向控制閥 ? 壓力控制閥 ? 流量控制閥 ? 方向控制閥：

? 普通單向閥

? 液控單向閥 ? 換向閥

? 壓力控制閥

? 溢流閥（作用）：定壓；安全；卸載；減壓閥；順序閥

? 壓力繼電器 ? 流量控制閥

? 節流閥（作用）：節流調速；阻尼；壓力緩沖

? 調速閥 ? 分流集流閥 ? 電液伺服閥：根據輸入電信號連續成比例地控制系統流量和壓力的液壓控制閥

? 電液比例閥：用比例電磁鐵代替普通電磁換向閥電磁鐵的液壓控制閥。它也可以根據輸入電信號連續成比例地控制系統流量和壓力。

3.液壓缸

? 是液壓系統中的執行元件，是將輸入的液壓能轉化為機械能的能量裝置，它可以方便地獲得直線往復運動。

4.輔助裝置

1.蓄能器

? 應急油源 ? 吸收壓力脈動 ? 減小液壓沖擊 ? 輔助能源 2.過濾器

? 作用：保證液壓油的清潔 ? 分類：表面型；深度型；磁性 3.油箱

? 分為總體式和分體式 4.熱交換器

? 分為風冷式、水冷式和冷媒式 5.密封裝置

? 分為接觸性密封和非接觸性密封

5.定槳距風力機液壓系統:

1.蓄能器的作用

? 當主油路斷開時，由蓄能器儲存的能量提供壓力，使葉尖擾流器與葉片保持一致。

2.突開閥的作用

? 當風速超過切出風速時，突開閥自動換向，系統的壓力被釋放，葉尖擾流器脫離葉片，實現緊急剎車保證機組的運行安全性。

3.壓力繼電器作用

? 監測剎車油缸的壓力大小，保持油缸中壓力穩定，使剎車裝置安全可靠。

6.變槳距風力機液壓系統

1.停機、待機

2.開槳

3.順槳

7.液壓系統的維護

1.設備的檢查

? 油位

? 行程開關和限位塊 ? 油溫 ? 緊固件

? 過濾器和空氣濾清器 2.液壓油

? 選用原則

? 液壓系統的液壓油應該與生產企業指定的牌號相符。? 溫度高選用粘度高的油液 ? 更換液壓油的要求

? 液壓系統中的油液或添加到液壓系統中的油液必須經常過濾，即使是初次用的新油也要過濾

? 清洗過濾器和空氣濾清器

? 清洗前要確保電機未起動。? 故障排除和更換元件

? 通常液壓系統元件都可以用現場維護人員來完成

8.液壓系統常見故障：

? 出現異常振動和噪聲 ? 輸出壓力不足 ? 油溫過高

? 液壓泵的起停太頻繁

4.9 避雷系統

? 風輪葉尖和風速傳感器保護

? 葉尖處設有接閃器 ? 風速傳感器的避雷針 ? 機艙外殼

? 瞬態電流不允許經過軸承等精密部件

? 機艙的保護

? 傳動系統齒輪箱、發電機、鋼架和機艙構成等位體，避免電壓過高對部件的破壞。? 電氣設備的保護

1.電源系統的保護

? 三級保護原理

? 防雷擊浪涌保護器 ? 浪涌保護器 ? 終端設備保護器

2.控制柜內主控器的電源保護

? 變壓器輸出端并聯加裝防雷器 3.測控線的保護

? 在變送器前段加裝模擬信號防雷器或開關信號防雷器。4.地基防雷接地體

? 由垂直接地體和環形接地體組成。

第5章 風力發電技術

1.變槳距控制是為了盡可能地提高風力機風能轉化效率和保持風力機輸出功率平穩

2.變槳距型風力機在各種工況可按最佳參數運行，使輸出功率曲線得到優化，可使槳葉和整機的受力狀況大為改善，還可以使發動機在額定風速以下的工作區段有較高的發電量，而在額定風速以上的高風速區段不超載，不需要過載能力大的發電機

3.變槳控制系統實際上是一個隨動系統，變槳距控制器是一個非線性比例控制器

5.1 發電系統

5.1.1 發電系統的構成 1.發電系統的總體結構

至電網開關柜變流器變壓器發電機

2.變壓器

? 變壓器的工作原理

? 通常兩個繞組中一個接到交流電源，稱為一次繞組，簡稱一次側。另一個接到負載，稱為二次繞組，簡稱二次側。

? 原理：一次、二次電壓決定于一次二次繞組匝數之比。? 變壓器的分類及結構

? 用途分類：

? 電力變壓器（220kV超高壓，35-110kV中壓，10kV配電變壓器）? 特種變壓器（電爐、整流）? 儀用互感器（電壓、電流互感器）? 冷卻方式：

? 油浸式變壓器和干式變壓器 ? 變壓器的分類及結構

? 結構

? 鐵心：分鐵心柱和鐵軛

? 材料：表面涂的含桂量較高的厚度為0.35mm硅鋼片制成。? 目的：提高磁路的磁導率和降低鐵心內的渦流損耗。

3.開關電器

? 開關電器分類

1.低壓刀開關、接觸器、高壓負荷開關：正常工作下開端或閉合正常工作電流。2.熔斷器：開斷過負荷電流或短路電源 3.高壓隔離開關：檢修時隔離電源。4.自動分斷器：預定的記憶時間內根據選定的計數次數在無電流的瞬間自動分段故障電路。

5.高壓短路器、低壓空氣短路：

? 開斷或閉合正常工作電流，或過負荷電流或短路電流。? 具有滅弧裝置

? 真空斷路器

? 真空滅弧室

? 斷路器的結構

? 分裝式、固定式、手車式三種結構。? 用途

? 以真空作為滅弧和絕緣介質的斷路器，多用于10~35kV的配電系統中

? 交流接觸器

? 用途：接通或斷開電動機或其他設備的主電路 ? 結構

? 主觸頭：電流較大，接在電動機主電路 ? 輔助觸頭：電流較小，接在控制電路。? 滅弧裝置

? 熔斷器

? 最簡單且最有效的短路保護電路。

4.繼電器

? 用途：用來保護電動機使之免受長期過載的危害。? 不能用作短路保護

? 熱慣性 ? 中間繼電器

? 用途：傳遞信號和同時控制多個電路，或直接用來控制小容量電動機或其他電氣執行元件。

5.母線與電纜

1.母線

? 定義：在各級電壓配電裝置中，將發電機、變壓器與各種電器連線的導線。? 分類

? 軟母線：電壓較高的戶外配電裝置 ? 硬母線：電壓較低的戶內外配電裝置 1.母線材料

? 銅母線

? 鋁母線：電阻率稍高于銅，但比銅經濟

? 鋼母線：電阻率高于銅7倍，適用于高壓小容量電路。2.母線的截面形狀

? 矩形截面：一般用于35kV及以下的戶內配電裝置中。? 圓形截面：35kV以上的戶外配電裝置中（可防電暈）。? 槽型截面：配電時，當三條以上矩形母線不能滿足要求。

2.電力電纜

1.電力電纜的種類

? 電壓、使用環境、線芯數、結構特征、絕緣材料 2.電力電纜的結構特點

? 油紙絕緣電纜 ? 塑料絕緣電纜 ? 交聯聚乙烯絕緣電纜 ? 橡膠絕緣電纜 3.電力電纜基本結構：

? 電纜的基本結構由線芯、絕緣層、保護層組成

5.1.2 變流器

1.電力電子器件

1.電力電子器件的概念和特征

? 被廣泛用于處理電能的主電路中，是實現電能的傳輸、變換及控制的電子器件。

? 主要參數：電功率大小 ? 處理功率級別大

? 由信息電子來控制電力電子器件。

2.電力電子器件的分類 1.按控制性分類

? 不控型器件：不能用控制信號控制其導通和關斷的電力電子器件 ? 半控型器件：通過控制極（門極）控制器件導通，但不能控制其關斷的電力電子器件。

? 全控型器件：既可以通過器件的控制極（門極）控制其導通，又可控制其關斷。

2.按驅動信號分類

? 電流驅動型和電壓驅動型

3.不可控器件—電力二極管

? 特征：正向導電性和反向阻斷性

? 原理：正向電壓UF大于閾值電壓UT0時，導通。UF為二極管的正向同態壓降。當反

向電壓超過一定數值（URB0）后，二極管的反向電流迅速增大，產生雪崩擊穿，URB0稱為反向擊穿電壓。

4.半控型器件—晶閘管

? 又稱可控硅整流器

? 組成：門極（G）、陽極（A）和陰極（K）? 特征：電流觸發性；單向特性；半控型特性 5.電力場效應晶體管——電力MOSFET ? 原理：用柵極電壓來控制漏極電流，實現電流的通斷。? 分類：P溝道和N溝道

? 特點：柵極電壓UGS越高，反型層越厚，導電溝道越寬，漏極電流越大；驅動功率小；反應效率快

6.絕緣柵型雙極性晶體管——IGBT ? 特點

? 驅動方便，開關速度快

? 導通后呈電阻性質，電力壓降高。? 電壓驅動型

? 通流能力強、耐壓等級高

2.AC-DC變換電路

1.不控整流—二極管

1.大小取決于輸入電壓和電路形式 2.特點

? 電流穩定——電感濾波 ? 電壓穩定——電容濾波

? 同時穩定——電感與電容組成LC濾波電路 3.分類

? 半控橋和全控橋

2.相控整流—晶閘管

? 通過控制門極的觸發延遲角，就能控制晶閘管的導通時刻。1.分類

? 半控橋 ? 全控橋 2.特點

? 控制方便

? 產生的諧波對電網會產生二次污染

3.斬波整流—PWM 1.特點

? 網側功率因素高、諧波含量低 ? 網側電流畸變小，功率因素任意可控 ? 體積、質量小 2.分類

? 拓撲結構：電壓型和電流型

? 是否有能量回饋：無能量回饋的整流器（PFC）和有能量回饋的開關模式整流器（SMR）? 動態響應速度

? 適當控制整流器交流端的幅值和相位可獲得所需大小和相位的輸入電流。

3.DC-DC交換電路

1.特點

? 可將一種電流電變換成另外一種固定或可調電壓的直流電。2.分類

? 不隔離式 ? 隔離式

4.DC-AC變換電路分類

? 電壓型 ? 電流型

? 單相半橋 ? 單相全橋 ? 三相橋式 5.AC-AC變換電路

? 分類

? 頻率不變而僅改變電壓大小的AC-AC電壓變壓器

? 直接將一定頻率的交流電變換為較低頻率交流電的相控式AC-AC直接變換器，在直接變頻的同時也可以實現電壓變換，實現降頻降壓變換。

6.風力發電機組變流器的應用技術

? 支撐風力發電機組大功率變流器的主要技術有： 1.正弦脈寬調制技術

? 將參考波形與輸出調制波形進行比較，并根據兩者比較結果確定逆變橋壁的開關狀態

2.大功率變流技術

? 采用器件串聯技術來提高電壓等級 ? 采用器件并聯技術來提高輸出電流 ? 采用模塊并聯技術 3.多重化技術

? 指在電壓源型變流器中，為減少諧波，提高功率等級，將輸出的PWM波錯位疊加，使輸出波形更加正弦波。

4.低電壓穿越技術

? 當電網發生故障如電壓跌落時，風力發電機組仍需要保持與電網的連接，只有故障嚴重時才允許脫網。

5.計算機軟件控制技術