第一篇：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

第二篇：《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

第三篇：風力發電技術

風力發電技術和風能利用方式

1973年發生石油危機以后，西方發達國家為尋求替代石化燃料的能源，在風力發電技術的研究與應用上投入了相當大的人力和資金，充分綜合利用空氣動力學、新材料、新型電機、電力電子技術、計算機、自動控制及通信技術等方面的最新成果，開創了風能利用的新時期。

德國、美國、丹麥等國開發建立了評估風力資源的測量及計算機模擬系統，發展了變槳距控制及失速控制的風力機設計理論，采用了新型風力機葉片材料及葉片翼型，研制出了變極、變滑差、變速恒頻及低速永磁等新型發電機，開發了由微機控制的單臺和多臺風力發電機組成的機群的自動控制技術，從而大大提高了風力發電的效率和可靠性。

風電場是大規模利用風能的有效方式，20世紀80年代初在美國加利福尼亞州興起。而海岸線附近的海域風能資源豐富，風力強，風速均勻，可大面積采獲能量，適合大規模開發風電。然而在海上建造難度也大：巨大的基座必須固定入海底30m深度，才能使裝置經受得住狂風惡浪的沖擊；水下的驅動裝置和電子部件必須得能防止高鹽度海水的腐蝕；與陸地連接還得需要幾公里長的海底電纜。

2.2風電裝機容量

德國的風力發電裝機容量已達610.7萬kW，占德國發電裝機容量的33%，居世界第1位。西班牙風電裝機容量283.6萬kW，居世界第2位。美國風力發電裝機容量已達261萬kW，居世界第3位。丹麥風電技術也很先進，裝機容量234.1萬kW。印度風電增長很快，到2000年累積裝機容量已達到122萬kW。日本的風電裝機容量46萬kW，運行較穩定的是海岸線或島上的風力發電站，已達576臺風電設備。

2.3各國的風力發電政策

目前風電機組成本仍比較高，但隨著生產批量的增大和技術的進一步改進，成本將會繼續下降(見表1)。許多國家建立了眾多的中型和大型風力發電場，并形成了一整套有關風力發電場的規劃方法、運行管理和維護方式、投融資方式、國家扶持的優惠政策及規范、法規等。

表1世界風電裝機容量（萬kW）和發電成本（美分/kW·h）

年份******97199819992000

容量******1393184

5成本15.310.97.26.66.15.65.35.15.04.94.8

數據來源：丹麥BTM咨詢公司

歐洲發展風電的動力主要來自于改善環境的壓力，將風電的發展作為減少二氧化碳等氣體排放的措施。德國、丹麥、西班牙等國都制定了比較高的風電收購電價，保持了穩定高速的增長，1996年以后年增長率超過30%，使風電成為發展最快的清潔電能。丹麥風電技術的發展策略是政府不直接支持制造廠商，而是對購買風電機組的用戶提供補貼。英國的《可再生能源責任法規》要求到2010年，每個電力供應商必須使可再生能源的電力供應量達到總電量的10%。

美國政府為鼓勵開發可再生能源，在20世紀80年代初出臺了一系列優惠政策。聯邦政府和加利福尼亞州政府對可再生能源的投資者分別減免了25%的稅賦，規定有效期到198

5年底，另外立法還規定電力公司必須得收購風電，并且價格應是長期穩定的。這些政策吸引了大量的資金采購風電機組，使剛剛建立起來的丹麥風電機組制造業獲得了大批量生產和改進質量的機會。到1986年這3個風電場的總裝機容量達到160萬kW。2002年美國德州的風電容量為118萬kW。德州政府規定，到2009年可再生能源的發電容量至少應達到200萬kW，并擬訂了110.4萬kW的風電建設計劃。

印度是一個缺電的發展中國家，政府制定了許多鼓勵風電的政策，如投資風電的企業，可將風電的電量儲蓄，在電網拉閘限電時，使有儲蓄的企業能夠得到優先供電。

澳大利亞的發電能源主要依靠煤炭。政府為改善電能結構，制定了一項強制性的可再生能源發電計劃，太陽能——風力電站將成為可再生能源利用的重要組成部分。

3我國風力發電的開發現況

我國擁有豐富的風能資源，若采用10m高度的風速測算，陸地風能資源理論儲量為32.26億kW，可開發的風能資源儲量為2.53億kW。我國近海風能資源約為陸地的3倍，由此可算出我國可開發的風能資源約為10億kW。

風能資源富集區主要在西北、華北北部、東北及東南沿海地區。20世紀70年代末80年代初，我國通過自主開發研制，額定容量低于10kW小型風力發電機實現了批量生產，在解決居住分散的農牧民和島嶼居民的用電方面有著重要意義。在國家有關部委的支持下，額定功率為200、250、300、600 kW的風力發電機組已研制出來，并在全國11個省區建立了27個風電場，浙江、福建、廣東沿海及新疆、內蒙古自治區都有較大功率的風力發電場。東部沿海有豐富的風能資源，距離電力負荷中心又近，海上風電場將成為新興的能源基地。國家計委在20世紀90年代中期制定了“光明工程”和“乘風計劃”, 1997年當年裝機超過10萬kW，到2001年底總裝機容量約40萬kW。

我國風電技術還處于發展初期，較歐美落后，關鍵原材料或零部件主要依靠進口。風電機組是風電場的核心設備，主要依靠進口機組，在風電場的建設投資中是主要部分，占總投資的60%～80%。為鼓勵風電的開發，我國對300kW以上機組免征進口稅。風電隨著技術的發展和批量生產，成本會繼續下降。

第四篇：風力發電課程設計

1．風力發電發展的現狀

1.1世界風力發電的現狀

近20年風電技術取得了巨大的進步。1995—2006年風力發電能力以平均每年30%以上的速度增長，已經成為各種能源中增長速度最快的一種。今年來歐洲、北美的風力發電裝機容量所提供的電力2成為僅次于天然氣發電電力的第二大能源。歐洲的風力風力發電已經開始從“補充能源”向“戰略替代能源”的方向發展。

到2008年，世界風能利用嘴發達的國家是德國、美國和西班牙，中國名列世界第四位。丹麥是世界上使用風能比例最高的國家，丹麥能源消費的1/5來自于風力。

歐洲在開發海上風能方面也依然走在世界前列，其中丹麥、美國、愛爾蘭、瑞典和荷蘭等國家發展較快。尤其是在一些人口密度較高的國家，隨著陸地風電場殆盡，發展海上風電場已成為新的風機應用領域而受到重視。丹麥、德國、西班牙、瑞典等國家都在計劃較大的海上風電場項目。目前海上風電機組的平均單機容量在3MW左右，最大已達6MW。世界海上風電總裝機容量超過80萬千瓦。

有余風力發電技術已經相對成熟，因此許多國家對風發電的投入較大，其發展較快，從而使風電價格不斷下降。若考慮環保及地理因素，加上政府稅收優惠政策和相關支持，在有些地區風力發電已可與火力發電等展開競爭。在全球范圍內，風力發電已形年產值超過50億美元的產業。

1.2我過風力發電的發展現狀

我國風力發電從20世紀80年代開始起步，到1985年以后逐步走向產業化發展階段。

自2005年起，我國風電規模連續三年實現翻倍增長。風電新增容量每年都增加超過100%，僅次于美國、西班牙，成為世界風電快速增長的市場之一。根據國家能源局2009年公布的統計數據，截止2008年底，我國風電裝機容量已達1271萬千瓦，居世界第4位，但是風電在我國整個電力能源結構中所占的比重仍然比較低。

我國將在內蒙古、甘肅、河北、吉林、新疆、江蘇沿海等省區建設十多個百萬千瓦級和幾個千瓦級風電基地。根據目前國內增長趨勢，預計到2020年，中國風電總裝機容量將達到1.3億~1.5億千瓦。風力發電機

2.1恒速恒頻的籠式感應發電機

恒速恒頻式風力發電系統，特點是在有效風速范圍內，發電機組的運行轉速變化范圍很小，近似恒定；發電機輸出的交流電能頻率恒定。通常該類風力發電系統中的發電機組為鼠籠式感應發電機組。

恒速恒頻式發電機組都是定槳距失速調節型。通過定槳距失速控制的風力機使發電機轉速保持在恒定的數值，繼而使風電機并網后定子磁場旋轉頻率等于電網頻率，因而轉子、風輪的速度變化范圍較小，不能保持在最佳葉尖速比，捕獲風能的效率低。

2.2變速恒頻的雙饋感應式發電機

變速恒頻式風力發電系統，特點是在有效風速范圍內，允許發電機組的運行轉速變化，而發電機定子發出的交流電能的頻率恒定。通常該類風力發電系統中的發電機組為雙饋感應式異步發電機組。

雙饋感應式發電機結合了同步發電機和異步發電機的特點。這種發電機的定子和轉子都可以和電網交換功率，雙饋因此而得名。

雙饋感應式發電機，一般都采用升級齒輪箱將風輪的轉速增加若干倍，傳遞給發電機轉子轉速明顯提高，因而可以采用高速發電機，體積小，質量輕。雙饋交流器的容量僅與發電機的轉差容量相關，效率高、價格低廉。這種方案的缺點是升速輪箱價格貴，噪聲大、易疲勞損壞。

2.3變速變頻的直驅式永磁同步發電機

變速變頻式風力發電系統，特點是在有效風速范圍內，發電機組的轉速和發電機組定子側產生的交流電能的頻率都是變化的。因此，此類風力 需要在定子側串聯電力變流裝置才能實現聯網運行。通常該類風力發電系統中的發電機組為永磁同步發電機組。

直驅式風力發電機組，風輪與發電機的轉子直接耦合，而不經過齒輪箱，“直驅式”因此而得名。由于風輪的轉速一般較低，因此只能采用低速的永磁式發電機。因而無齒輪箱，可靠性高；但采用低速永磁發電機，體積大，造價高；而且發電機的全部功率都需要交流器送入電網，變流器的容量大，成本高。

如果將電力變流裝置也算作是發電機組的一部分，只觀察最終送入電網的電能特征，那么直驅式永磁同步發電機組也屬于變速恒頻的風力發電系統。

3介紹相關風力發電控制技術

3.1風力發電控制系統的目的由于風力發電機組是復雜多變量非線性系統，具有不確定性和多干擾等特點。風力發電控制系統的基本目標分為4個層次：保證可靠運行，獲取最大能量，提供良好電力質量，延長機組壽命。控制系統實現以下具體功能:

(1)運行風俗范圍內，確保系統穩定運行。

(2)低風速時，跟蹤最優葉尖速比，實現最大風能捕獲。

(3)高風速時，限制風能捕獲，保持風力發電機組的額定輸出功率。

(4)減少陣風引起的轉矩峰值變化，減少風輪機械應力和輸出功率波動。

(5)控制代價小。不同輸入信號的幅值應有限制，比如槳距角的調節范圍和變槳距速率有一

定限制。

(6)抑制可能引起機械共振的頻率。

(7)調節機組功率，控制電網電壓、頻率穩定。

3.2風力發電控制系統

除了風輪和發電機這兩個核心部分，風力發電機組換包括一些輔助部件，用來安全、高效的利用風能，輸出高質量的電能。

（1）傳動機構

雖說用于風力發電的現代水平軸風力機大多采用高速風輪，但相對于發電的要求而言，風輪的轉速其實并沒有那么高。考慮到葉片材料的強度和最佳葉尖速必的要求，風輪轉速大約是18~33r/min。而常規發電機的轉速多為800r/min或1500r/min。

對于容量較大的風電機組，由于風輪的轉速很低，遠達不到發電機發電的要求，因而可以通過齒輪箱的增速作用來實現。風力發電機組中的齒輪箱也稱增速箱。在雙饋式風力發電機組中，齒輪箱就是一個不可缺少的重要部件。大型風力發電機的傳動裝置，增速比一般為40~50。這樣，可以減輕發電機質量，從而節省成本。

也有一些采用永磁同步發電機的風力發電系統，在設計時由風輪直接驅動發電機的轉子，而省去齒輪箱，以減輕質量和噪聲。

對于小型的風電機組，由于風輪的轉速和發電機的額定轉速比較接近，通常可以將發電機的軸直接連到風輪的輪轂。

（2）對風系統（偏航系統）

自然界的風方向多變。只有讓風垂直地吹向風輪轉動面，風力機才能最大限度地獲得風能。為此，常見的水平軸的風力機需要配備調向系統，使風輪的旋轉面經常對準風向。

對于小容量風力發電機組，往往在風輪后面裝一個類似風向標的尾舵，來實現對風功能。對于容量較大的風力發電機組，通常配有專門的對風裝置——偏航系統，一般由風向傳感器

和伺服電動機組合而成。大型機組都采用主動偏航系統，即采用電力或液壓拖動來完成對風動作，偏航方式通常采用齒輪驅動。

一般大型風力機在機艙后面的頂部有兩個互相獨立的傳感器。當風向發生改變時，風向標登記這個方位，并傳遞信號到控制器，然后控制器控制偏航系統轉動機艙。

（3）限速裝置

風輪轉速和功率隨著風速的提高而增加，風速過高會導致風輪轉速過高和發電機超負荷，危及風力發電機組的運行安全。限速安全機構的作用是使風輪單位轉速在一定的風速范圍內基本保持不變。

（4）液壓制動裝置

機組的液壓系統用于偏航系統剎車、機械剎車盤驅動，當風速過高時使風輪停轉，保證強風下風電機組安全。

機組正常時，需維持額定壓力區間運行。液壓泵控制液壓系統壓力，當壓力下降至設定值后，啟動油泵運行，當壓力升高至某設定值后，停泵。

4風力發電技術發展趨勢的展望

4.1風力發電的發展方向

風力發電技術是目前可再生能源利用中技術最成熟的、最具商業化發展前景的利用方式，也是本世紀最具規模開發前景的新能源之一合理利用風能，既可減少環境污染，有可減輕目前越來越大的能源短缺給人類帶來的壓力。

未來風力發電技術將向著以下幾個方向發展。

（1）單機容量大。主流的新增風力機的單機容量將從750KW~1.5MW向2MW甚至更大的容量發展。目前世界上單機容量最大的風機，為5MW風力發電機，海上風力發電的6MW風電機組也已研制成功。

（2）風電場規模增大。將從10MW級向100MW、1000MW級發展。

（3）從陸地向海上發展。

（4）生產成本進一步降低。

4.2未來風力發電的展望

據專家們測估，全球可利用的風能資源為200億千瓦，約是可利用水力資源的10倍。如果利用1%的風能能量，可產生世界現有發電總量8%~9%的電量。“風力12”、歐洲風能聯合會、能源和發展論壇以綠色和平組織于2002年聯合發表了一篇報告，以上述估計值作為基礎，制定了風能的目標：到2020年，風力發電將占到全球發電總量的12%。為了達到這個目標，需要建立總容量大約為1260GW的風能裝置，每年可發電3000TW·h左右。這相當于現在歐盟的用電量。世界風能協會預計，從世界范圍來看，預計2020年，風電裝機容量會達到1231GW。年發電量相當于屆時世界電力需求的12%，與上述報告的結論一致。風電會向滿足世界20%電力需求的方向發展，相當于今天的水電，有研究顯示到2040年大致可以實現這一目標。屆時將創造179萬個就業機會，風電成本下降40%，減少排放100多億噸二氧化碳。因此，在建設資源節約型社會的國度里，風力發電已不再是無足輕重的補充能源，而是最具有商業化發展前景的新興能源產業。

第五篇：風力發電考試

1.電力系統：用于生產，傳輸，交換，分配，消耗電能的系統：

一次部分：用于能量生產，傳輸，交換，分配，消耗的部分

二次部分：對一次部分進行檢測，監視，控制和保護的部分

2.風電場和常規電廠的區別：單機容量小；電能生產比較分散，發電機數目多；輸出的電壓等級低；類型多樣化；功率輸出特性復雜；并網需要電力電子換流設備

3.風電廠電氣一次系統組成：風電機組；集電系統；升壓站；廠用電系統。

4．變壓器銅損：銅導線存在著電阻，電流流過消耗一定功率，變為熱量

變壓器鐵損：鐵心中的磁滯損耗和渦流損耗

5.常用的開關電器：斷路器（切斷電路），隔離開關（在電氣設備和熔斷器間形成明顯的電壓斷開點，運行方式改變時倒閘操作），熔斷絲（有故障電流時斷開電路），接觸器（電路正常開合閘，無法斷開故障電路）。

6.集膚效應：靠近導體表面處的電流密度大于導體內部電流密度的現象。隨電流頻率升高，集膚效應使導體的電阻增大，電感減小！

7.電流互感器：串接一次系統，將大電流變為小電流

二次開路后果：出現的高壓電危機人身及設備安全；鐵心中產生大量剩磁；長時間作用鐵心過熱

8.電壓互感器作用:并接一次系統，將高電壓變成低電壓

二次側短路：引起很大短路電流，造成互感器燒毀

9.電氣設備選擇的技術條件：按照正常工作狀態選擇；按照短路狀態校驗；電氣選擇的環境因素；環境保護

10.電流繼電器和電壓繼電器有何作用？他們如何接入電氣一次系統?

電流繼電器反應一次回路中的電流越限，用于二次系統的保護回路，用以啟動時間繼電器的動作或直接觸發斷路器分閘。

電流繼電器用于繼電保護裝置中的過電壓保護或欠電壓閉鎖

11.配電裝置的最小凈距：無論在正常最高工作電壓或出現內，外部過電壓時，都不至使空氣間隙被擊穿。

12.A,B,C,D,E類安全凈距的具體含義

A1：帶電部分至接地部分之間的最小安全凈距

A2：不同相的帶電導體之間

B1：帶電部分至柵狀遮欄間的距離和可移動設備在移動中至帶電裸導體間的距離 B2：帶電部分至網狀遮欄

C：無遮攔裸導體至地面

D：停電檢修的平行無遮欄

E：屋內配電裝置通向屋外的出線套管中心線

12.雷電類型：直擊雷；感應雷；球星雷。

13.雷電防護：避雷針，避雷線，避雷器，避雷帶和避雷網，接地裝置

14.風電場防雷性能衡量標準：耐雷水平，雷擊跳閘率

15.變流系統的功能，電力變換，控制功率，控制轉矩，調節功率因素