風(fēng)力發(fā)電期末總結(jié)

4.風(fēng)的形成及特性：由于氣溫隨高度變化引起的空氣上下對流運動。由于地表摩擦阻力引起的空氣水平運動速度隨高度變化。3)由于地球自轉(zhuǎn)的科里奧利力隨高度變化引起的風(fēng)向隨高度變化。4)由于湍流運動動量垂直變化引起的大氣湍流特性隨高度變化。5.平均風(fēng)速的定義：平均風(fēng)速是指在某一時間間隔中，空間某點瞬時水平方向風(fēng)速的數(shù)值平均值。平均風(fēng)速的時間間隔都取在10min~2h范圍，我國規(guī)定10min威布爾分布公式：

k為形狀系數(shù)，c為尺度系數(shù)29.同步發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)要求：1.恒速恒頻方式運行的并網(wǎng)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)：這種風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的風(fēng)力機(jī)必須配有精確的調(diào)速機(jī)構(gòu)，當(dāng)風(fēng)速變化時，能維持發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速不變，等于同步轉(zhuǎn)速。2.變速恒頻方式運行的并網(wǎng)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)：取消齒輪箱的變速恒頻運行方式－不需要調(diào)速機(jī)構(gòu)帶有齒輪箱的變速恒頻運行方式－需要全功率變流器，但沒有了集電環(huán)，減少了維護(hù)成本。30.雙饋異步發(fā)電機(jī)：由于雙饋異步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運行過程中，不僅定子始終向電網(wǎng)饋送電能，在一定工況下，轉(zhuǎn)子也可向電網(wǎng)饋送電能，即發(fā)電機(jī)從兩端進(jìn)行能量饋送。結(jié)構(gòu)與特點：又稱交流勵磁發(fā)電機(jī)，具有定、轉(zhuǎn)子兩套繞組。1.風(fēng)的特點：1.風(fēng)能蘊(yùn)藏量大、分布廣（200/10億千瓦）。2.風(fēng)能是可再生能源。3.風(fēng)能利用基本沒有對環(huán)境的直接污染和影響。4.風(fēng)能的能量密度低。5.不同地區(qū)風(fēng)能差異大。6.風(fēng)能具有不穩(wěn)定性。2.大型水平軸并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組的基本結(jié)構(gòu)：目前在并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域主要采用水平軸風(fēng)電機(jī)組形式，其基本結(jié)構(gòu)包括由風(fēng)輪、傳動系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)、控制與安全系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)、機(jī)艙、塔架和基礎(chǔ)等組成。3.風(fēng)電相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)：國際電工委員會（IEC）標(biāo)準(zhǔn)《風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)-第一部分：設(shè)計要求》《海上風(fēng)電機(jī)組設(shè)計要求》國外主要風(fēng)電標(biāo)準(zhǔn)德國《風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的認(rèn)證準(zhǔn)則》丹麥《風(fēng)機(jī)的載荷和安全標(biāo)準(zhǔn)》挪威《海上風(fēng)電機(jī)組結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》中國主要風(fēng)電標(biāo)準(zhǔn)中國有現(xiàn)行風(fēng)力機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)59個，其中并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組標(biāo)準(zhǔn)21個，離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組標(biāo)準(zhǔn)38個。這些標(biāo)準(zhǔn)主要分為國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)兩類8.風(fēng)力機(jī)的運行特性：1.定漿距風(fēng)力機(jī)的運行特性：(1)設(shè)定轉(zhuǎn)速對輸出功率的影響恒速運行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率輸出與機(jī)組設(shè)定轉(zhuǎn)速密切相關(guān)。(2)槳距角設(shè)定對功率輸出的影響影響功率輸出的另一個參數(shù)是槳距角的設(shè)定。2.變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運行特性：1)功率限制：發(fā)電機(jī)與其它電氣部件受功率限制。2)轉(zhuǎn)速限制：葉片的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度受轉(zhuǎn)速限制。6.風(fēng)電場選址：1.宏觀選址：1)風(fēng)能質(zhì)量好：平均風(fēng)速高，風(fēng)功率密度大，利用小時數(shù)高。2)風(fēng)向基本穩(wěn)定：只有一個或相反的兩個盛行主要風(fēng)向?qū)⒂欣跈C(jī)組的排布。3)風(fēng)速變化?。猴L(fēng)速隨時間和季節(jié)變化盡可能小。4)盡量避開災(zāi)難性天氣頻發(fā)地區(qū)：災(zāi)難性天氣如臺風(fēng)、龍卷風(fēng)、沙暴、雷電等。5)發(fā)電機(jī)組高度范圍內(nèi)風(fēng)速的垂直變化小(垂直切變小)。6)地形條件好：地形盡可能單一。7)地質(zhì)情況能滿足塔架基礎(chǔ)、房屋建筑施工的要求，遠(yuǎn)離強(qiáng)地震帶等。8)對環(huán)境不利影響?。壕嗑用駞^(qū)和道路有一定安全距離(單一機(jī)組距居民區(qū)＞200m，大型風(fēng)電場距居民區(qū)＞500m)；避開鳥類飛行路線和候鳥、動物的筑巢區(qū)；減少占用的植被面積。9)盡可能接近電網(wǎng)并考慮并網(wǎng)可能產(chǎn)生的影響。10)交通方便：考慮設(shè)備運輸、安裝、運行、維護(hù)的要求。2.風(fēng)電場微觀選址：1)考慮地形的影響平坦地形(通常指在風(fēng)電場區(qū)及周圍5km范圍內(nèi)地形高度差小于50m，地形最大坡度小于3°)：在這樣的區(qū)域內(nèi)還要考慮地面障礙物的影響，因為在障礙物下游會造成尾流擾動區(qū)，使風(fēng)速降低，湍流加強(qiáng)，影響機(jī)組發(fā)電及運行。(2)考慮機(jī)組的排列方式合理排布風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，是風(fēng)電場設(shè)計要考慮的主要問題9.實度對風(fēng)力機(jī)特性的影響：1)低實度產(chǎn)生一個寬而平坦的曲線,這表示在一個較寬的葉尖速比范圍內(nèi)CP變化很小,但是CP的最大值較低,這是因為阻尼損失較高(阻尼損失大約與葉尖速比的三次方成比例)。

2)高實度產(chǎn)生一個含有尖峰的狹窄的性能曲線，這使得風(fēng)輪對葉尖速比變化非常敏感，并且，如果實度太高，ＣP最大值將相對較低，ＣPmax的降低是由失速損失所造成的。

3)由圖可以看出，三葉片產(chǎn)生最佳的實度，當(dāng)然，兩葉片也是可以接受的選擇，雖然它的CP最大值稍微低一點，但峰值較寬，這樣可以在較大的風(fēng)速范圍內(nèi)捕獲更多的風(fēng)10.風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本結(jié)構(gòu)：主要由風(fēng)輪、機(jī)艙、塔架和基礎(chǔ)等部分組成16.異步發(fā)電機(jī)：1.定槳距并網(wǎng)運行的雙速異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)：雙速發(fā)電機(jī)可通過以下三種改變電機(jī)定子繞組的極對數(shù)的方法實現(xiàn)：1)采用兩臺定子繞組極對數(shù)不同的異步電機(jī)，一臺為低同步轉(zhuǎn)速的，一臺為高同步轉(zhuǎn)速的。2)在一臺電機(jī)的定子上放置兩套極對數(shù)不同的相互獨立的繞組，即是雙繞組的雙速電機(jī)。3)在一臺電機(jī)的定子上僅安置一套繞組，靠改變繞組的連接方式獲得不同的極對數(shù)。12.分發(fā)電機(jī)組的主要參數(shù)：1.風(fēng)輪直徑與掃掠面積2.輪轂高度3.葉片數(shù)4.額定風(fēng)速、切入風(fēng)速和切出風(fēng)速5.風(fēng)輪轉(zhuǎn)速、葉尖速比6.風(fēng)輪錐角和風(fēng)輪仰角7.偏航角13.發(fā)電機(jī)的基本類型：1.按照輸出電流的形式劃分：(1)直流發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)輸出的能量為直流電能。(2)交流發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)輸出的能量為交流電能。2.按照磁極產(chǎn)生的方式劃分：(1)永磁式發(fā)電機(jī)利用永久磁鐵產(chǎn)生發(fā)電機(jī)內(nèi)部的磁場，提供發(fā)電機(jī)需要的勵磁磁通。(2)電勵磁式發(fā)電機(jī)借助在勵磁線圈內(nèi)流過電流來產(chǎn)生磁場，以提供發(fā)電機(jī)所需的勵磁磁通。3.根據(jù)電樞繞組和磁極的相對運動關(guān)系的不同劃分：(1)旋轉(zhuǎn)磁極式(簡稱轉(zhuǎn)磁式或轉(zhuǎn)場式)發(fā)電機(jī)的電樞繞組在定子上不動，產(chǎn)生磁場的磁極或勵磁繞組在轉(zhuǎn)子上，由原動機(jī)帶動旋轉(zhuǎn)。(2)旋轉(zhuǎn)電樞式(簡稱轉(zhuǎn)樞式)磁極在定子上不動，發(fā)電機(jī)的電樞繞組隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，切割磁力線并感應(yīng)出電動勢。4.按照發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)的連接方式劃分(1)離網(wǎng)運行的發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)單臺獨立運行，所發(fā)出的電能不接入電網(wǎng)，發(fā)電機(jī)通過一定的控制結(jié)構(gòu)直接向負(fù)載供電。(2)并網(wǎng)運行的發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)連接運行，發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能送入電網(wǎng)，通過電網(wǎng)向負(fù)載供電。20.風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運行控制過程：1.待機(jī)狀態(tài)2.機(jī)組自起動過程3.機(jī)組并網(wǎng)過程4.欠功率運行狀態(tài)5.額定功率運行狀態(tài)6.停機(jī)狀態(tài)24.風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制要求：1)發(fā)電機(jī)的頻率等于電網(wǎng)頻率。2)發(fā)電機(jī)的電壓幅值等于電網(wǎng)電壓幅值，且波形一致。3)發(fā)電機(jī)的電壓相序與電網(wǎng)電壓的相序相同。4)發(fā)電機(jī)的電壓相位與電網(wǎng)電壓的相位一致。18.風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：7.風(fēng)能動量理論：1)氣流是不可壓縮的均勻定常流。2)風(fēng)輪簡化成一個漿盤。3)槳盤上沒有摩擦力。4)風(fēng)輪流動模型簡化成一個單元流管。5)風(fēng)輪前后遠(yuǎn)方的氣流靜壓相等。6)軸向力(推力)沿漿單位時間內(nèi)氣流流過截面積為S的氣體所具有的動能為：因此，當(dāng)v2=v1/3時，風(fēng)輪的功率系數(shù)最大，Cpmax≈0.593,此時稱之為貝茲極限。該式說明，風(fēng)力發(fā)電機(jī)從自然風(fēng)中所能索取的能量是有限的。它表示在理想情況下，風(fēng)輪最多能吸收59.3%，也就是說其理論最大效率值為0.593。14.并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組使用的發(fā)電機(jī)：1.恒速/恒頻系統(tǒng)發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)：(1)同步交流發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n和電網(wǎng)頻率f成嚴(yán)格比例關(guān)系的發(fā)電機(jī)叫同步發(fā)電機(jī)。(2)籠型異步交流發(fā)電機(jī)籠型異步發(fā)電機(jī)的定子鐵心和定子繞組的結(jié)構(gòu)與同步發(fā)電機(jī)相同。2.變速/恒頻系統(tǒng)發(fā)電機(jī)：(1)雙饋異步交流發(fā)電機(jī)雙饋異步發(fā)電機(jī)是轉(zhuǎn)子交流勵磁的異步發(fā)電機(jī)，轉(zhuǎn)子由接到電網(wǎng)上的變流器提供交流勵磁電流。(2)永磁低速交流發(fā)電機(jī)永磁低速交流發(fā)電機(jī)多采用轉(zhuǎn)子在外圈，由多個極對數(shù)的永久磁鐵組成，定子三相繞組固定不轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子按照永磁體的布置及形狀，有凸極式和爪極式。15.并網(wǎng)同步發(fā)電機(jī)：1.恒速恒頻方式運行的并網(wǎng)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)

2.變速恒頻方式運行的并網(wǎng)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)(1)取消齒輪箱的變速恒頻運行方式如果同步發(fā)電機(jī)不直接連接電網(wǎng)，而是通過變流器后并入電網(wǎng)，這種運行方式為變速恒頻(即風(fēng)力機(jī)及發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速變化作變速運行，通過變流器保證輸出的電能頻率等于電網(wǎng)頻率)，此時風(fēng)力機(jī)則不需要調(diào)速機(jī)構(gòu)。(2)帶有齒輪箱的變速恒頻運行方式在變速恒頻運行的并網(wǎng)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)中，如果采用齒輪箱的傳動機(jī)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖4-16所示。17.雙饋異步發(fā)電機(jī)的功率傳遞關(guān)系：(1)亞同步狀態(tài)當(dāng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速n小于同步轉(zhuǎn)速n1時，由轉(zhuǎn)差頻率為f2的電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n2與轉(zhuǎn)子方向相同，此時勵磁變流器向發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子提供交流勵磁，發(fā)電機(jī)由定子發(fā)出電能給電網(wǎng)。2)超同步狀態(tài)當(dāng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速n大于同步轉(zhuǎn)速n1時，由轉(zhuǎn)差頻率為f2的電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n2與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向相反，此時發(fā)電機(jī)同時由定子和轉(zhuǎn)子發(fā)出電能給電網(wǎng)，勵磁變流器的能量流向逆向。(3)同步運行狀態(tài)當(dāng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速n等于同步轉(zhuǎn)速n1時，處于同步狀態(tài)。11.風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主要機(jī)組類型：(1)上風(fēng)向機(jī)組和下風(fēng)向機(jī)組水平軸風(fēng)電機(jī)組根據(jù)在運行中風(fēng)輪與塔架的相對位置，分為上風(fēng)向風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和下風(fēng)向風(fēng)力發(fā)電機(jī)組(2)失速機(jī)組與變槳機(jī)組當(dāng)風(fēng)速超過額定風(fēng)速時，為了保證發(fā)電機(jī)的輸出功率維持在額定功率附近，需要對風(fēng)輪葉片吸收的氣動功率進(jìn)行控制。(3)帶增速齒輪箱的風(fēng)電機(jī)組、直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組和半直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組風(fēng)電機(jī)組通過傳動系統(tǒng)連接風(fēng)輪和發(fā)電機(jī)，把風(fēng)輪產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)機(jī)械能傳輸?shù)桨l(fā)電機(jī)，并使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子達(dá)到所需要的轉(zhuǎn)速。(4)陸地風(fēng)電機(jī)組和海上風(fēng)電機(jī)組由于陸地地形地貌限制以及風(fēng)電場噪聲等對環(huán)境的影響，自20世紀(jì)90年代起，國外開始建造近海風(fēng)電場，并且成為未來風(fēng)電發(fā)展的一個趨勢19.風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)需要具有以下功能要求：1)根據(jù)風(fēng)速信號自動進(jìn)入起動狀態(tài)或從電網(wǎng)自動切除。2)根據(jù)功率及風(fēng)速大小自動進(jìn)行轉(zhuǎn)速和功率控制。3)根據(jù)風(fēng)向信號自動對風(fēng)。4)根據(jù)電網(wǎng)和輸出功率要求自動進(jìn)行功率因數(shù)調(diào)整。5)當(dāng)發(fā)電機(jī)脫網(wǎng)時，能確保機(jī)組安全停機(jī)。6)在機(jī)組運行過程中，能對電網(wǎng)、風(fēng)況和機(jī)組的運行狀況進(jìn)行實時監(jiān)測和記錄，對出現(xiàn)的異常情況能夠自行準(zhǔn)確地判斷并采取相應(yīng)的保護(hù)措施，并能夠根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)，生成各種圖表，以反映風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的各項性能指標(biāo)。7)對在風(fēng)電場中運行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組具有遠(yuǎn)程通信的功能。8)具有良好的抗干擾和防雷保護(hù)措施，以保證在惡劣的環(huán)境里最大限度地保護(hù)風(fēng)電機(jī)組的安全可靠運行。21.定漿距風(fēng)力機(jī)控制：1.定槳距風(fēng)力機(jī)2.定槳距控制22.變槳距風(fēng)力機(jī)控制：1.變槳距風(fēng)力機(jī)2.變槳距控制38.對轉(zhuǎn)速的變槳距控制存在兩種控制策略：(1)開環(huán)控制即將槳距角由順槳狀態(tài)(一般90°)按照一定的順控程序置為最大風(fēng)能利用系數(shù)的角度(一般2°～3°)，以獲得最大起動力矩。

(2)閉環(huán)控制通過變槳距控制使轉(zhuǎn)速以一定升速率上升至同步轉(zhuǎn)速，進(jìn)行升速閉環(huán)控制；為了對電網(wǎng)產(chǎn)生盡可能小的沖擊，控制器也同時用于并網(wǎng)前的同步轉(zhuǎn)速控制25.雙饋式發(fā)電機(jī)控制：1.雙饋異步發(fā)電機(jī)－變流器－變頻－pwm調(diào)制技術(shù)－變速恒頻2.系統(tǒng)的優(yōu)越性：1)這種變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)有能力控制異步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)差在恰當(dāng)?shù)臄?shù)值范圍內(nèi)變化，因此可以實現(xiàn)優(yōu)化風(fēng)力機(jī)葉片的槳距調(diào)節(jié)，即可以減少風(fēng)力機(jī)葉片槳距的調(diào)節(jié)頻率，這對槳距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是有利的。2)可以降低風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運轉(zhuǎn)時的噪聲水平。3)可以降低機(jī)組轉(zhuǎn)矩劇烈的起伏，從而能夠減小旋轉(zhuǎn)部件的機(jī)械應(yīng)力，這為減輕部件質(zhì)量或研制大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組提供了有力的保證。4)由于風(fēng)力機(jī)是變速運行，其運行速度能夠在一個較寬的范圍內(nèi)被調(diào)節(jié)到風(fēng)力機(jī)的最優(yōu)化效率數(shù)值，使風(fēng)力機(jī)的λ值得到最佳，從而獲得搞得發(fā)電效率。26.垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組概況：早在公元1219年，我國就有了關(guān)于垂直軸風(fēng)力機(jī)的文獻(xiàn)記載。公元1300年，波斯也記載了具有多枚翼板的垂直軸風(fēng)力機(jī)。這些垂直軸風(fēng)力機(jī)都是阻力型機(jī)組，多數(shù)被用來提水，碾米或助航等。27.垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組優(yōu)點：1)壽命長，易維護(hù)安裝。2)利于環(huán)保。3)無需偏航對風(fēng)。4)葉片制造工藝簡單。5)運行條件寬松。缺點：1)風(fēng)能利用率。2)起動風(fēng)速。3)增速結(jié)構(gòu)。28.垂直軸風(fēng)力機(jī)與水平軸的區(qū)別：相對于傳統(tǒng)的水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有設(shè)計方法先進(jìn)、低噪聲等眾多優(yōu)點，而且垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)、傳動機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)等裝置在地面或低空，便于維護(hù)；不需要迎風(fēng)裝置，簡化了結(jié)構(gòu)。31.影響升力和阻力系數(shù)的因素：（1)攻角的影響攻角是風(fēng)力機(jī)運行時影響風(fēng)輪受力的主要因素，原因在于攻角的改變影響了升、阻力系數(shù)的變化。

(2)翼型的影響翼型的彎