風(fēng)力發(fā)電原理課程教學(xué)大綱

風(fēng)力發(fā)電原理課程教學(xué)大綱課程中文名稱：風(fēng)力發(fā)電原理課程英文名稱：PrincipleofWindPowerGeneration課程編號：C1221應(yīng)開課學(xué)期：7學(xué)時數(shù)：24學(xué)分?jǐn)?shù)：1.5適用專業(yè)：電氣工程及其自動化課程類型：專業(yè)拓展課先修課程：大學(xué)物理、電路原理、電子技術(shù)基礎(chǔ)、電機(jī)學(xué)一、課程性質(zhì)本課程是電氣工程及其自動化專業(yè)的一門專業(yè)拓展課選修。課程特點是關(guān)聯(lián)性、分析性強(qiáng)，概念多，與工程實際聯(lián)系密切。通過本課程學(xué)習(xí)使學(xué)生了解國內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展趨勢，掌握風(fēng)力發(fā)電的基本原理，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本結(jié)構(gòu)及其各部分的特性，了解風(fēng)能資源的基本情況及評估方法，熟悉風(fēng)電場選址、運(yùn)行、維護(hù)的基本概念和技術(shù)，為學(xué)習(xí)與新能源發(fā)電相關(guān)的課程以及從事相關(guān)專業(yè)工程技術(shù)工作提供必要的理論基礎(chǔ)。二、課程目標(biāo)通過對該課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生在知識方面、能力方面和素質(zhì)方面都有一定的提高，掌握風(fēng)力發(fā)電的基本理論知識和基本分析方法，了解風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展?fàn)顩r，了解風(fēng)的種類及特性、風(fēng)能資源評估及風(fēng)能轉(zhuǎn)換的基本原理，理解風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本結(jié)構(gòu)和常用的并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，掌握風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制技術(shù)和安全保護(hù)方法，主要包括風(fēng)力機(jī)控制、發(fā)電機(jī)控制和機(jī)組的信號檢測方法，了解垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，為今后從事與風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域相關(guān)工作打下堅實基礎(chǔ)。三、支撐的畢業(yè)要求課程對畢業(yè)要求的支撐課程教學(xué)目標(biāo)、達(dá)成途徑和評價依據(jù)等畢業(yè)要求2.具有從事電氣工程工作所需的相關(guān)數(shù)學(xué)、自然科學(xué)以及經(jīng)濟(jì)和管理知識教學(xué)目標(biāo)：通過學(xué)習(xí)風(fēng)力發(fā)電的基本原理，掌握風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本類型、大型水平軸并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組的基本結(jié)構(gòu)；掌握風(fēng)向、風(fēng)速的測量方法和風(fēng)能密度的估計方法；掌握風(fēng)能轉(zhuǎn)換基礎(chǔ)理論，包括風(fēng)輪動量理論、風(fēng)輪葉素理論和渦流理論；掌握雙饋異步發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)、特點、變速恒頻運(yùn)行的基本原理、功率傳遞關(guān)系；掌握風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本控制要求、控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行控制過程；掌握風(fēng)力機(jī)控制的空氣動力學(xué)原理，定槳距和變槳距風(fēng)力機(jī)控制的特點，風(fēng)力機(jī)功率控制特點；掌握雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)和直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)及特點；了解阻力型和升力型垂直軸風(fēng)力機(jī)的基本工作原理。進(jìn)而能夠分析、解決風(fēng)力發(fā)電機(jī)組實際運(yùn)行過程中的一些復(fù)雜工程問題。達(dá)成途徑：課堂講解；課堂討論；新能源發(fā)電科研平臺參觀；平時作業(yè)。評價依據(jù)：作業(yè)；考勤及平時表現(xiàn)；課程報告。評價方式：評估平時作業(yè)的正確性與完整性，給出成績；根據(jù)平時表現(xiàn)與考勤情況，給出成績；依據(jù)學(xué)生的課程報告內(nèi)容，給出成績。畢業(yè)要求3.掌握工程基礎(chǔ)知識和本專業(yè)的基本理論知識，具有系統(tǒng)的工程實踐學(xué)習(xí)經(jīng)歷；了解本專業(yè)的前沿發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢教學(xué)目標(biāo)：通過學(xué)習(xí)風(fēng)力發(fā)電的基本原理，掌握風(fēng)向、風(fēng)速的測量方法和風(fēng)能密度的估計方法；掌握與葉片上的氣動力有關(guān)內(nèi)容，包括葉片翼型、空氣動力、影響升力系數(shù)和阻力系數(shù)的因素；掌握雙饋異步發(fā)電機(jī)變速恒頻運(yùn)行的基本原理、功率傳遞關(guān)系；掌握風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本控制要求、控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行控制過程、風(fēng)力機(jī)功率控制特點；掌握雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)和直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)及特點。通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)，結(jié)合仿真軟件，能夠?qū)︼L(fēng)能資源評估、葉片的空氣動力特性、風(fēng)力機(jī)的功率控制等有關(guān)的計算結(jié)果進(jìn)行分析和歸納，獲得有效結(jié)論。達(dá)成途徑：課堂講解；課堂討論；平時作業(yè)。評價依據(jù)：作業(yè)；考勤及平時表現(xiàn)；課程報告。評價方式：評估平時作業(yè)的正確性與完整性，給出成績；根據(jù)平時表現(xiàn)與考勤情況，給出成績；依據(jù)學(xué)生的課程報告內(nèi)容，給出成績。畢業(yè)要求4.具備設(shè)計和實施電氣工程實驗的能力，并能夠?qū)嶒灲Y(jié)果進(jìn)行分析教學(xué)目標(biāo)：通過學(xué)習(xí)風(fēng)力發(fā)電的基本原理，掌握風(fēng)向、風(fēng)速的測量方法和風(fēng)能密度的估計方法；掌握與葉片上的氣動力有關(guān)內(nèi)容，包括葉片翼型、空氣動力、影響升力系數(shù)和阻力系數(shù)的因素；掌握雙饋異步發(fā)電機(jī)變速恒頻運(yùn)行的基本原理、功率傳遞關(guān)系，永磁直驅(qū)型發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和特點；掌握風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本控制要求、控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行控制過程、風(fēng)力機(jī)功率控制特點?；陲L(fēng)力發(fā)電中的相關(guān)科學(xué)原理并采用科學(xué)方法，針對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的工程問題，制定仿真分析方案，提高學(xué)生的動手能力，提升學(xué)生數(shù)據(jù)分析、處理和歸納總結(jié)的能力。達(dá)成途徑：課堂講解；仿真編程；平時作業(yè)。評價依據(jù)：作業(yè)；考勤及平時表現(xiàn)；仿真編程。評價方式：評估平時作業(yè)的正確性與完整性，給出成績；根據(jù)平時表現(xiàn)與考勤情況，給出成績；依據(jù)學(xué)生的仿真編程內(nèi)容和數(shù)據(jù)分析結(jié)果，給出成績。畢業(yè)要求7.了解與本專業(yè)相關(guān)的職業(yè)和行業(yè)的生產(chǎn)、設(shè)計、研究與開發(fā)、環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展等方面的方針、政策和法津、法規(guī)，能正確認(rèn)識電氣工程對于客觀世界和社會的影響教學(xué)目標(biāo)：通過學(xué)習(xí)風(fēng)力發(fā)電的基本原理，理解中國風(fēng)能資源分布特點及開發(fā)前景、我國風(fēng)電發(fā)展?fàn)顩r；掌握風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本類型、大型水平軸并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組的基本結(jié)構(gòu)；了解風(fēng)電機(jī)組相關(guān)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)；掌握風(fēng)向、風(fēng)速的測量方法和風(fēng)能密度的估計方法；了解風(fēng)能資源評估和風(fēng)電場選址的內(nèi)容；掌握風(fēng)輪的結(jié)構(gòu)特點；了解機(jī)艙、主機(jī)架、偏航系統(tǒng)、塔架與基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)和功能；了解恒速恒頻方式和變速恒頻方式運(yùn)行的并網(wǎng)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)；掌握風(fēng)力機(jī)控制的空氣動力學(xué)原理，定槳距和變槳距風(fēng)力機(jī)控制的特點，風(fēng)力機(jī)功率控制特點；掌握雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)和直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)及特點；了解阻力型和升力型垂直軸風(fēng)力機(jī)的基本工作原理。培養(yǎng)學(xué)生理解并能正確評價風(fēng)力發(fā)電工程對環(huán)境、社會可持續(xù)發(fā)展影響的能力。達(dá)成途徑：課堂講解；課堂討論；平時作業(yè)。評價依據(jù)：作業(yè)；考勤及平時表現(xiàn)；課程報告。評價方式：評估平時作業(yè)的正確性與完整性，給出成績；根據(jù)平時表現(xiàn)與考勤情況，給出成績；依據(jù)學(xué)生的課程報告內(nèi)容，給出成績。四、教學(xué)內(nèi)容、學(xué)時安排和基本要求第一章緒論4學(xué)時重點難點：風(fēng)能特點，大型水平軸并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組的基本結(jié)構(gòu)。了解風(fēng)能利用及風(fēng)力發(fā)電歷史；理解中國風(fēng)能資源分布特點及開發(fā)前景、我國風(fēng)電發(fā)展?fàn)顩r；掌握風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的類型、大型水平軸并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組的基本結(jié)構(gòu)；了解風(fēng)電機(jī)組相關(guān)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)；了解本課程的學(xué)習(xí)方法。第二章風(fēng)能及其轉(zhuǎn)換原理6學(xué)時重點難點：風(fēng)的測量方法，風(fēng)能估計方法，風(fēng)能轉(zhuǎn)換基本原理，風(fēng)力機(jī)的運(yùn)行特性。理解風(fēng)的種類及其特性，掌握平均風(fēng)和脈動風(fēng)的定義及其特性，地形地貌對風(fēng)的影響；掌握風(fēng)向、風(fēng)速的測量方法，理解風(fēng)能密度的估計方法；了解風(fēng)能資源評估和風(fēng)電場選址的內(nèi)容；掌握與葉片上的氣動力有關(guān)內(nèi)容，包括葉片翼型、空氣動力、影響升力系數(shù)和阻力系數(shù)的因素；掌握風(fēng)能轉(zhuǎn)換基礎(chǔ)理論，包括風(fēng)輪動量理論、風(fēng)輪葉素理論和渦流理論；理解風(fēng)輪空氣動力特性和風(fēng)力機(jī)的運(yùn)行特性。第三章風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)4學(xué)時重點難點：風(fēng)電機(jī)組的基本性能，失速機(jī)組與變槳機(jī)組的基本特點，帶增速齒輪箱的風(fēng)電機(jī)組、直驅(qū)型風(fēng)電機(jī)組和半直驅(qū)型風(fēng)電機(jī)組的基本特點，風(fēng)輪的特性。理解水平軸風(fēng)電機(jī)組的基本結(jié)構(gòu)、性能和類型；了解風(fēng)電機(jī)組的主要參數(shù)；掌握風(fēng)輪的結(jié)構(gòu)特點，包括葉片、輪轂和變槳機(jī)構(gòu)；了解風(fēng)電機(jī)組的傳動系統(tǒng)，包括風(fēng)輪主軸、增速齒輪箱；了解機(jī)艙、主機(jī)架、偏航系統(tǒng)、塔架與基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)和功能。第四章風(fēng)力發(fā)電機(jī)4學(xué)時重點難點：并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組使用的發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)和特點，雙饋異步發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)、特點、運(yùn)行原理，永磁直驅(qū)型發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)、特點。掌握并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組使用的發(fā)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和特點；了解恒速恒頻方式和變速恒頻方式運(yùn)行的并網(wǎng)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)，了解定槳距并網(wǎng)運(yùn)行的雙速異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)；掌握雙饋異步發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)、特點、變速恒頻運(yùn)行的基本原理、功率傳遞關(guān)系；掌握永磁直驅(qū)型發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和特點。第五章風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制及安全保護(hù)4學(xué)時重點難點：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本控制要求和運(yùn)行控制過程，風(fēng)力機(jī)控制的空氣動力學(xué)原理，定槳距風(fēng)力機(jī)和變槳距風(fēng)力機(jī)控制的特點，雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)。掌握風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本控制要求、控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行控制過程；掌握風(fēng)力機(jī)控制的空氣動力學(xué)原理，定槳距和變槳距風(fēng)力機(jī)控制的特點，風(fēng)力機(jī)功率控制特點；掌握雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)和直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)及特點；了解風(fēng)力發(fā)電機(jī)組信號檢測、控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)和風(fēng)電機(jī)組的安全保護(hù)。第六章垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組2學(xué)時重點難點：垂直軸風(fēng)力機(jī)的類型、主要特點和基本原理。了解垂直軸風(fēng)力機(jī)的類型和主要特點；了解阻力型和升力型垂直軸風(fēng)力機(jī)的基本工作原理。五、課程的其它教學(xué)環(huán)節(jié)序號教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)內(nèi)容學(xué)時數(shù)1仿真編程課外完成在Matlab/Simulink或者PSCAD軟件平臺上構(gòu)建風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行系統(tǒng)，并進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)分析。02平時作業(yè)描述平均風(fēng)速的統(tǒng)計分布特征；采用最小二乘法估計平均風(fēng)能密度；總結(jié)并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)恒速恒頻和變速恒頻運(yùn)行方式，并描繪兩種運(yùn)行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；雙饋異步發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)分析；描繪風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及說明相關(guān)控制任務(wù)。0六、教學(xué)方法與手段本課程教學(xué)主要采用講授、多媒體教學(xué)、計算機(jī)仿真、團(tuán)隊合作等教學(xué)方法與手段。七、推薦教材和教學(xué)參考資源教材：1.徐大平,柳亦兵,呂躍剛.風(fēng)力發(fā)電原理.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2011.參考書：侯雪,張潤華.風(fēng)力發(fā)電技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2014.宋亦旭.