《風(fēng)力發(fā)電教程》課件

風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)教程.1最新版整理ppt目錄風(fēng)力發(fā)電技術(shù)概述風(fēng)力機(jī)的理論基礎(chǔ)機(jī)組的機(jī)械零部件機(jī)組電氣系統(tǒng)風(fēng)資源概述2最新版整理ppt第一章風(fēng)力發(fā)電技術(shù)概述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的總體構(gòu)成風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主要機(jī)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的關(guān)鍵技術(shù)3最新版整理ppt一、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的總體構(gòu)成風(fēng)電

機(jī)組4最新版整理ppt風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主要組成部分：—葉輪：將風(fēng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能?！獋鲃?dòng)系統(tǒng)：將葉輪的轉(zhuǎn)速提升到發(fā)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速—發(fā)電機(jī)：將葉輪獲得的機(jī)械能再轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋！较到y(tǒng)：使葉輪可靠地迎風(fēng)轉(zhuǎn)動(dòng)并解纜?！渌考喝缢堋C(jī)艙等—控制系統(tǒng)：使風(fēng)力機(jī)在各種自然條件與工況下正常運(yùn)行的保障機(jī)制，包括調(diào)速、調(diào)向和安全控制。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組（以下簡(jiǎn)稱風(fēng)力機(jī)）是一種能量轉(zhuǎn)換裝置——將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能的。5最新版整理ppt6最新版整理ppt二、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主要機(jī)型按葉輪轉(zhuǎn)速是否恒定分：

—定速風(fēng)力機(jī)

—變速風(fēng)力機(jī)按葉片與輪轂的聯(lián)接方式分：

—定槳距（失速型）機(jī)組—變槳距機(jī)組其它機(jī)型

—主動(dòng)失速型—無(wú)齒輪箱型—海上機(jī)組7最新版整理ppt基本特征

—水平軸—三葉片—上風(fēng)式—雙速發(fā)電機(jī)機(jī)型的發(fā)展趨勢(shì)—定槳距——〉變槳距—定速型——〉變速型—Kw級(jí)——〉MW級(jí)—有齒輪箱式——〉直接驅(qū)動(dòng)式8最新版整理ppt三、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的關(guān)鍵技術(shù)機(jī)組的設(shè)計(jì)方法與技術(shù)葉片的設(shè)計(jì)與制造技術(shù)—?dú)鈩?dòng)設(shè)計(jì)—結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)—制造工藝機(jī)組控制技術(shù)—功率控制技術(shù)—載荷控制技術(shù)—并網(wǎng)技術(shù)—遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)9最新版整理ppt第二章風(fēng)力機(jī)基礎(chǔ)理論葉片的空氣動(dòng)力特性葉輪的空氣動(dòng)力模型10最新版整理ppt§2.1空氣動(dòng)力學(xué)的基本概念一、流線氣體質(zhì)點(diǎn)：體積無(wú)限小的具有質(zhì)量和速度的流體微團(tuán)。流線：—在某一瞬時(shí)沿著流場(chǎng)中各氣體質(zhì)點(diǎn)的速度方向連成的一條平滑曲線。—描述了該時(shí)刻各氣體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向：切線方向。—流場(chǎng)中眾多流線的集合稱為流線簇。一般情況下，各流線彼此不會(huì)相交如圖所示。11最新版整理ppt繞過(guò)物體的流線簇12最新版整理ppt繞過(guò)障礙物的流線:當(dāng)流體繞過(guò)障礙物時(shí)，流線形狀會(huì)改變，其形狀取決于所繞過(guò)的障礙物的形狀。不同的物體對(duì)氣流的阻礙效果也各不相同考慮幾種形狀的物體，它們的截面尺寸相同，但側(cè)面形狀各異，對(duì)氣流的阻礙作用（用阻力系數(shù)度量）不同。13最新版整理ppt側(cè)面形狀不同的幾種物體14最新版整理ppt二、阻力與升力阻力：當(dāng)氣流與物體有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，氣流對(duì)物體的平行于氣流方向的作用力。升力：先定性地考察一番飛機(jī)機(jī)翼附近的流線。當(dāng)機(jī)翼相對(duì)氣流保持圖示的方向與方位時(shí)，在機(jī)翼上下面流線簇的疏密程度是不盡相同的。

15最新版整理ppt121131—根據(jù)流體運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量守恒定律，有連續(xù)性方程

A1V1=A2V2+A3V3

其中：A、V分別表示截面積和速度。下標(biāo)1、2、3分別代表前方或后方、上表面和下表面處。16最新版整理ppt—根據(jù)伯努利方程：

P=Pi+1/2*Vi2即：氣體總壓力=靜壓力+動(dòng)壓力=恒定值考察翼型剖面氣體流動(dòng)的情況：

①上翼面突出，流場(chǎng)橫截面面積減小，空氣流速大，即V2>V1。而由伯努利方程，必使：P2<P1，即靜壓力減小。②下翼面平緩，V3≈V1，使其幾乎保持原來(lái)的大氣壓，即：P3≈P1。

結(jié)論：由于機(jī)翼上下表面所受的壓力差，使得機(jī)翼得到向上的作用力——升力。17最新版整理ppt三、翼型的氣動(dòng)特性1、翼型的幾何描述前緣與后緣：翼弦：OB，長(zhǎng)度稱為弦長(zhǎng)，記為C。

—弦長(zhǎng)是翼型的基本長(zhǎng)度，也稱幾何弦?！送猓硇蜕线€有氣動(dòng)弦，又稱零升力線。

OB

翼弦C18最新版整理ppt上翼面：凸出的翼型表面。下翼面：平緩的翼型表面。中弧線：翼型內(nèi)切圓圓心的連線。對(duì)稱翼型的中弧線與翼弦重合。厚度：翼弦垂直方向上上下翼面間的距離?！穸确植迹貉刂硐曳较虻暮穸茸兓?。彎度：翼型中弧線與翼弦間的距離?！獜澏确植迹貉刂硐曳较虻膹澏茸兓?9最新版整理ppt2、作用在翼型上的氣動(dòng)力重要概念：攻角氣流速度與翼弦間所夾的角度，記做

，又稱迎角。L

RM

VC20最新版整理ppt由于機(jī)翼上下表面所受的壓力差，實(shí)際上存在著一個(gè)指向上翼面的合力，記為R?！枇εc升力：R在風(fēng)速方向的投影稱為阻力，記為D；而在垂直于風(fēng)速方向上的投影稱為升力，記為L(zhǎng)?！?dú)鈩?dòng)力矩：合力R對(duì)（除自己的作用點(diǎn)外）其它點(diǎn)的力矩，記為M。又稱扭轉(zhuǎn)力矩。為方便使用，通常用無(wú)量剛數(shù)值表示翼剖面的氣動(dòng)特性，故定義幾個(gè)氣動(dòng)力系數(shù)：

升力系數(shù)：CL=L/(1/2V2C)

阻力系數(shù)：CD=D/(1/2V2C)

氣動(dòng)力矩系數(shù)：CM=M/(1/2V2C2)此處，L、D、M分別為翼型沿展向單位長(zhǎng)度上的升力、阻力和氣動(dòng)力矩。21最新版整理pptCLmax

CL

0

CT3、翼剖面的升力特性用升力系數(shù)Cl隨攻角

變化的曲線（升力特性曲線）來(lái)描述。如圖。22最新版整理ppt說(shuō)明：在

0～CT之間，CL與呈近似的線性關(guān)系表明隨著的增加，升力L逐漸加大。當(dāng)=CT時(shí)，CL達(dá)到最大值CLmax。

CT稱為臨界攻角或失速攻角。當(dāng)>CT時(shí)，CL下降。當(dāng)=0(<0)時(shí)，CL=0，表明無(wú)升力。0稱為零升力角，對(duì)應(yīng)零升力線。23最新版整理ppt用阻力特性曲線來(lái)描述。

CD

CDmin

CDmin

兩個(gè)特征參數(shù)：最小阻力系數(shù)CDmin及對(duì)應(yīng)攻角

CDmin

。

4、翼剖面的阻力特性24最新版整理ppt§2.2葉輪空氣動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)葉輪的作用：將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能一、葉輪的幾何描述葉輪軸線：葉輪旋轉(zhuǎn)的軸線。旋轉(zhuǎn)平面：槳葉掃過(guò)的垂直于葉輪軸線的平面。葉片軸線：葉片繞其旋轉(zhuǎn)以改變相對(duì)于旋轉(zhuǎn)平面的偏轉(zhuǎn)角——安裝角（重要概念）。半徑r處的槳葉剖面：距葉輪軸線r處用垂直于葉片軸線的平面切出的葉片截面。25最新版整理ppt安裝角：槳葉剖面上的翼弦線與旋轉(zhuǎn)平面的夾角，又稱槳距角，記為。26最新版整理ppt半徑r處葉片截面的幾何槳距：在r處幾何螺旋線的螺距?？梢詮膸讉€(gè)方面來(lái)理解：—幾何螺旋線的描述：半徑r，螺旋升角

。—此處的螺旋升角為該半徑處的安裝角

r。—該幾何螺旋線與r處翼剖面的弦線相切。—槳距值：

H=2rtgr27最新版整理ppt二、貝茲理論貝茲理論中的假設(shè)

—葉輪是理想的；—?dú)饬髟谡麄€(gè)葉輪掃略面上是均勻的；—?dú)饬魇冀K沿著葉輪軸線；—葉輪處在單元流管模型中，如圖。

—流體連續(xù)性條件：S1V1=SV=S2V228最新版整理ppt2.對(duì)葉輪應(yīng)用氣流沖量原理葉輪所受的軸向推力：

F=m(V1-V2)式中m=SV，為單位時(shí)間內(nèi)的流量質(zhì)量葉輪單位時(shí)間內(nèi)吸收的風(fēng)能——葉輪吸收的功率為：

P=FV=SV2(V1-V2)29最新版整理ppt3、動(dòng)能定理的應(yīng)用基本公式：E=1/2mV2

（m同上）單位時(shí)間內(nèi)氣流所做的功——功率：

P’=1/2mV2==1/2SVV2在

葉輪前后，單位時(shí)間內(nèi)氣流動(dòng)能的改變量：

P’=1/2SV(V21_V22)

此既氣流穿越葉輪時(shí)，被葉輪吸收的功率。因此：SV2(V1-V2)=1/2SV(V21_V22)整理得：V=1/2(V1+V2)即穿越葉輪的風(fēng)速為葉輪遠(yuǎn)前方與遠(yuǎn)后方風(fēng)速的均值。30最新版整理ppt4.

貝茲極限引入軸向干擾因子進(jìn)一步討論。令：V=V1(1-a)=V1–U則有：V2=V1(1-2a)其中：a—軸向干擾因子，又稱入流因子。

U=V1a—軸向誘導(dǎo)速度。討論：—當(dāng)a≧1/2時(shí)，V2≦0，因此a<1/2。又V

<V1且V

>0

，有1>a>0。

a的范圍：?>a>0

31最新版整理ppt—由于葉輪吸收的功率為

P=P’=1/2SV(V21_V22)=2SV13a(1-a)2

令dP/da=0，可得吸收功率最大時(shí)的入流因子。解得：a=1和a=1/3。取a=1/3，得

Pmax=16/27(1/2SV13)注意到1/2SV13是遠(yuǎn)前方單位時(shí)間內(nèi)氣流的動(dòng)能—功率，并定義風(fēng)能利用系數(shù)Cp為：

Cp=P/(1/2SV13)于是最大風(fēng)能利用系數(shù)Cpmax為：

Cpmax=Pmax/(1/2SV13)=16/270.593此乃貝茲極限。32最新版整理ppt三、葉素理論1、基本思想將葉片沿展向分成若干微段—葉片元素—葉素；視葉素為二元翼型，即不考慮展向的變化；作用在每個(gè)葉素上的力互不干擾；將作用在葉素上的氣動(dòng)力元沿展向積分，求得作用在葉輪上的氣動(dòng)扭矩與軸向推力。2、葉素模型端面：—槳葉的徑向距離r處取微段，展向長(zhǎng)度dr。—在旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)的線速度：U=r。33最新版整理ppt翼型剖面：—弦長(zhǎng)

C，安裝角

?！O(shè)V為來(lái)流的風(fēng)速，由于有線速度U，氣流相對(duì)于槳葉的速度應(yīng)是兩者的合成，記為W。

W

V

U

dF

dR

dL34最新版整理ppt—定義W與葉輪旋轉(zhuǎn)平面的夾角為入流角，記為

，則有葉片翼型的攻角為：=-。3、葉素上的受力分析在W的作用下，葉素受到一個(gè)氣動(dòng)合力元dR，可分解為平行于W的阻力元dD和垂直于W的升力元dL。另一方面，dR還可分解為推力元dF和扭矩元dT，由幾何關(guān)系可得：

dF＝dLcos+dDsin

dT＝r(dLsin-dDcos)35最新版整理ppt由于可利用阻力系數(shù)CD和升力系數(shù)Cl

分別求得dD和dL:

dL

=1/2

CLW

2CdrdD=1/2

CDW2Cdr故dF和dT可求。將葉素上的力元沿展向積分，得：—作用在葉輪上的推力：F=

dF—作用在葉輪上的扭矩：T=

dT—葉輪的輸出功率：P=

dT=T36最新版整理ppt第三章機(jī)組機(jī)械零部件主要機(jī)械零部件：葉輪：葉片、輪轂及其聯(lián)接。變槳距機(jī)構(gòu)：原動(dòng)裝置、傳動(dòng)部件、執(zhí)行部件等。傳動(dòng)系：主軸、主軸軸承、齒輪箱、機(jī)械剎車(chē)、聯(lián)軸器、發(fā)電機(jī)等。偏航系統(tǒng)：偏航軸承、偏航齒輪、偏航電機(jī)及減速器及其控制子系統(tǒng)其它機(jī)件：機(jī)艙、塔架、提升裝置37最新版整理ppt§3.1葉輪一臺(tái)設(shè)計(jì)良好的風(fēng)力機(jī)必須具有良好的空氣動(dòng)力性能。風(fēng)力機(jī)的空氣動(dòng)能主要表現(xiàn)為葉輪的空氣動(dòng)力性能。葉輪的空氣動(dòng)力性能主要取決于它的氣動(dòng)設(shè)計(jì)。氣動(dòng)設(shè)計(jì)時(shí)，必須先確定總體參數(shù)。這也是進(jìn)行方案設(shè)計(jì)所必需的。38最新版整理ppt一、葉輪的主要參數(shù)1、尖速比

葉輪的葉尖線速度與額定風(fēng)速之比。是一個(gè)重要設(shè)計(jì)參數(shù)。與葉片數(shù)及實(shí)度有關(guān)。用于風(fēng)力發(fā)電的高速Cp風(fēng)力機(jī)，常取較大的0.5尖速比。尖速比在5-0.415時(shí)，具有較高的0.3風(fēng)能利用系數(shù)。通常0.2可取6-8。0.1

36912

39最新版整理ppt2、葉片數(shù)取決于葉輪的尖速比，具體對(duì)應(yīng)關(guān)系如下表：由于葉片數(shù)少的風(fēng)力機(jī)在高尖速比運(yùn)行的具有較高的風(fēng)能利用系數(shù)，適合于發(fā)電。三葉片的風(fēng)力機(jī)運(yùn)行和功率輸出較平穩(wěn)，兩葉片的可降低成本。40最新版整理ppt3、風(fēng)輪直徑

D風(fēng)輪直徑D主要取決于兩個(gè)因素：—風(fēng)力機(jī)輸出功率P—額定風(fēng)速Vr計(jì)算公式的推導(dǎo)：—葉輪輸出功率：P1=1/2Cp

SVr3=P/(

1

2)于是：P=1/2Cp

Vr3

1

2D

2

/4—直徑D的簡(jiǎn)化計(jì)算公式：

D2=8P/(Cp

1

2Vr3)

5P/Vr3其中，取Cp0.45，

1.25，

1

20.941最新版整理ppt4、實(shí)度定義：葉輪的葉片面積之和與風(fēng)輪掃面積之比。它是和尖速比密切相關(guān)的一個(gè)重要參數(shù)。取值：對(duì)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)而言，由于尖速比較高，要求有較高的轉(zhuǎn)速，起動(dòng)風(fēng)速高，因此，可取較小的實(shí)度。通常大致在5~20%之間。示意圖。作用：—決定葉輪的力矩特性，尤其是起動(dòng)力矩；—決定葉輪的重量與材料成本42最新版整理ppt5、其它參數(shù)1、葉輪中心離地面高度H取決于安裝地點(diǎn)（山谷、丘陵等），垂直風(fēng)梯度，安裝條件，單機(jī)容量等因素。2、葉輪錐角

—葉片和旋轉(zhuǎn)平面的夾角。—減少氣動(dòng)力引起的葉根彎曲應(yīng)力（對(duì)下風(fēng)式風(fēng)力機(jī)）；—防止葉片梢部與塔架碰撞（對(duì)上風(fēng)式）。3、葉輪傾角

—葉輪轉(zhuǎn)軸與水平面的夾角。減少葉片梢部與塔架碰撞的機(jī)會(huì)。43最新版整理ppt二、葉片一個(gè)葉片大致分成四部分：葉根、厚翼型段、正常翼型段、葉尖段。大型風(fēng)力機(jī)幾乎都采用強(qiáng)化玻璃鋼（GRP）制成的。葉片的外表面光滑且從葉根到葉尖呈扭曲狀。葉片的中間結(jié)構(gòu)需要考慮葉片的強(qiáng)度、剛度、慣性、重量等因素。44最新版整理ppt1、葉片的載荷對(duì)葉片運(yùn)行載荷分析與計(jì)算，不僅是葉片的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所必須的，而且更為重要的是分析整個(gè)風(fēng)力機(jī)各部件受載的基礎(chǔ)。風(fēng)力機(jī)在運(yùn)行情況下，作用在其上的載荷就比較復(fù)雜，主要有氣動(dòng)載荷，重力和慣性載荷。它們都隨時(shí)間而變化，特別是氣動(dòng)載荷受陣風(fēng)和風(fēng)向變化的影響是隨機(jī)的，要準(zhǔn)確計(jì)算是困難的。45最新版整理ppt作用在葉片上的力

簡(jiǎn)化為三種力：空氣動(dòng)力、離心力和重力。各作用力的影響46最新版整理ppt2、葉片的附加載荷陣風(fēng)期間，風(fēng)速在一秒內(nèi)可變化15~20m/s甚至更多，風(fēng)向在一秒內(nèi)可改變幾十度。此時(shí)，葉片處在不利的攻角下，導(dǎo)致所受彎矩的增加—陣風(fēng)效應(yīng)。-U

βWV1 47最新版整理ppt3、錐角效應(yīng)

對(duì)下風(fēng)式風(fēng)力機(jī)，葉片與轉(zhuǎn)軸的夾角小于90度，將使正常運(yùn)行時(shí)葉片受到的彎曲應(yīng)力大大減小，甚至可為零——錐角效應(yīng)。對(duì)于上風(fēng)式風(fēng)力機(jī)，要注意負(fù)錐角效應(yīng)48最新版整理ppt4、陀螺效應(yīng)葉輪偏航時(shí)，槳葉除受到氣動(dòng)力的作用外，還受有離心力和旋轉(zhuǎn)慣性力，在槳葉中產(chǎn)生附加力矩——陀螺效應(yīng)，附加力矩的大小為：M=2I

149最新版整理ppt三、輪轂兩種形式的輪轂：球形和叉形。一般采用球墨鑄鐵鑄造而成輪轂是機(jī)組中受力最復(fù)雜的零件之一，因此需要進(jìn)行詳細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與疲勞強(qiáng)度分析。輪轂與葉片之間的聯(lián)接有：固定式、鉸鏈?zhǔn)?、蹺蹺板式等形式。50最新版整理ppt第四章機(jī)組電氣系統(tǒng)發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行控制系統(tǒng)基本運(yùn)行過(guò)程51最新版整理ppt§4.1發(fā)電機(jī)一、常用的發(fā)電機(jī)種類(lèi)

1、同步發(fā)電機(jī)—基本構(gòu)成定子定子鐵心定子繞組（定子線圈）

轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子鐵心（磁極）勵(lì)磁繞組（轉(zhuǎn)子繞組）52最新版整理ppt—發(fā)電原理勵(lì)磁繞組中通過(guò)直流電后，轉(zhuǎn)子磁極磁化，產(chǎn)生磁場(chǎng)；原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，與定子繞組相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使其感應(yīng)出交流電動(dòng)勢(shì)——發(fā)電機(jī)發(fā)出交流電。該交流電的頻率取決于轉(zhuǎn)子極對(duì)數(shù)p及轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n：

f=pn/60(Hz)，當(dāng)n改變時(shí)，f也改變。定子繞組中感應(yīng)出的電動(dòng)勢(shì)，在外電路接通后產(chǎn)生交流電流。該電流也要在電機(jī)中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，其轉(zhuǎn)速稱為同步轉(zhuǎn)速，它由交流電頻率f和定子繞組旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的極對(duì)數(shù)p1決定：n1=60f/p1（r/min）由于在這種發(fā)電機(jī)中，使得p1=p，則n1=n。故稱為同步發(fā)電機(jī)。53最新版整理ppt2、異步發(fā)電機(jī)基本構(gòu)造與同步發(fā)電機(jī)相似。—異步電動(dòng)機(jī)工作原理定子繞組接到交流電源上，定子在電機(jī)中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)交變磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速n1,

n1=

60f/p1。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電流，使轉(zhuǎn)子繞組成為載流導(dǎo)體。它在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中又受到電磁力的作用，于是就按照旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。由于轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中的電流是靠電磁感應(yīng)產(chǎn)生的，故又稱為感應(yīng)（式）電動(dòng)機(jī)。54最新版整理ppt由于轉(zhuǎn)子繞組中的感應(yīng)電流產(chǎn)生于轉(zhuǎn)子相對(duì)于磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)，而該感應(yīng)電流又產(chǎn)生轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的電磁力。因此，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n不能等于同步轉(zhuǎn)速n1——異步電動(dòng)機(jī)?！盥识x：n1-n為轉(zhuǎn)速差（滑差）；s=(n1

-n)/n1×100%為滑差率異步電動(dòng)機(jī)的滑差率一般為1.5~6%。用作發(fā)電機(jī)時(shí)，必須使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n大于同步轉(zhuǎn)速n1，此時(shí)，s小于0。55最新版整理ppt二、雙速發(fā)電機(jī)1、問(wèn)題：定槳距機(jī)組在低風(fēng)速運(yùn)行時(shí)的效率較低—由于轉(zhuǎn)速恒定，而風(fēng)速變化（如運(yùn)行風(fēng)速范圍為3~25m/s）；—如果設(shè)計(jì)低風(fēng)速時(shí)效率過(guò)高，葉片會(huì)過(guò)早失速。發(fā)電機(jī)本身在低負(fù)荷時(shí)的效率問(wèn)題—當(dāng)P>30%的額定功率時(shí)，效率>90%；—但P<25%的額定功率時(shí)，效率將急劇下降。56最新版整理ppt2、解決—采用雙速發(fā)電機(jī)

分別設(shè)計(jì)成4極和6極。一般6極發(fā)電機(jī)的額定功率設(shè)計(jì)成4極發(fā)電機(jī)的1/4到1/5。

如600Kw機(jī)組：6極——150Kw4極——600Kw1.3MW機(jī)組：6極——1300Kw4極——250Kw3、特點(diǎn)—葉輪和發(fā)電機(jī)在低風(fēng)速段的效率提高—與變槳距機(jī)組在額定功率前的功率曲線差別縮小57最新版整理ppt4、雙速發(fā)電機(jī)的功率曲線功率大發(fā)電機(jī)功率曲線小發(fā)電機(jī)切換到大發(fā)電機(jī)小發(fā)電機(jī)功率曲線風(fēng)速大發(fā)電機(jī)切換到小發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)切換回差58最新版整理ppt§4.2并網(wǎng)方式風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出的電力通常以三種方式加以利用：獨(dú)立供電——單獨(dú)向負(fù)荷供電。儲(chǔ)存能量——轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能、勢(shì)能、熱能等能量形式，加以存儲(chǔ)或使用。并網(wǎng)發(fā)電——是一種廣義的儲(chǔ)能方式，但卻最為簡(jiǎn)便有效。59最新版整理ppt技術(shù)難題：電壓控制問(wèn)題風(fēng)能的不均勻性頻率控制問(wèn)題貯能問(wèn)題解決途徑之一：風(fēng)力機(jī)并入電網(wǎng)運(yùn)行。并網(wǎng)方式：直接并網(wǎng)并入強(qiáng)網(wǎng)間接并網(wǎng)并入弱網(wǎng)60最新版整理ppt一、直接并網(wǎng)將發(fā)電機(jī)的交流輸出直接并到電網(wǎng)上。連接示意圖齒輪箱發(fā)電機(jī)葉片變槳距失速61最新版整理ppt特點(diǎn)：—發(fā)電方式簡(jiǎn)化，所用電氣設(shè)備和元件的總價(jià)格便宜。—葉輪轉(zhuǎn)速恒定（同步發(fā)電機(jī)）或接近恒定（異步發(fā)電機(jī)）。—風(fēng)力機(jī)的功率必須是可調(diào)節(jié)的，使其波動(dòng)在允許范圍內(nèi)?！獙?duì)所連接的電力系統(tǒng)（電網(wǎng)）的依賴程度較大。62最新版整理ppt二、間接并網(wǎng)將同步發(fā)電機(jī)發(fā)出的交流電通過(guò)逆變器并入電網(wǎng)。連接示意：特點(diǎn)—葉輪可變速運(yùn)行；—并網(wǎng)與解列時(shí)對(duì)電網(wǎng)的影響較??；—電氣設(shè)備的價(jià)格較高，使連接成本較大。齒輪箱＝～～＝63最新版整理ppt三、軟并網(wǎng)技術(shù)葉輪帶動(dòng)異步發(fā)電機(jī)起動(dòng)或轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速時(shí)，與電網(wǎng)相連的每相雙向晶閘管（兩端與自動(dòng)并網(wǎng)常開(kāi)觸點(diǎn)并聯(lián)）逐漸同步打開(kāi)。自動(dòng)并網(wǎng)開(kāi)關(guān)尚未動(dòng)作，發(fā)電機(jī)通過(guò)雙向晶閘管平穩(wěn)進(jìn)入電網(wǎng)?！惒睫D(zhuǎn)速小于同步轉(zhuǎn)速階段，異步發(fā)電機(jī)作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行；—轉(zhuǎn)速差為零時(shí)，雙向晶閘管全部導(dǎo)通，自動(dòng)并網(wǎng)開(kāi)關(guān)動(dòng)作，常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，短接已全部開(kāi)通的雙向晶閘管。

64最新版整理ppt發(fā)電機(jī)自動(dòng)并網(wǎng)開(kāi)關(guān)雙向晶閘管電網(wǎng)—轉(zhuǎn)速升高，發(fā)電機(jī)輸出功率，雙向晶閘管自動(dòng)關(guān)閉，發(fā)電機(jī)輸出電流通過(guò)自動(dòng)開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)流向電網(wǎng)示意如圖65最新版整理ppt§4.3控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介一、控制系統(tǒng)的功能：使機(jī)組自動(dòng)運(yùn)行保持葉輪平面迎風(fēng)使發(fā)電機(jī)并網(wǎng)與脫網(wǎng)控制葉輪的轉(zhuǎn)速保護(hù)機(jī)組不至于在高風(fēng)速時(shí)超速或損壞檢測(cè)故障并發(fā)出維護(hù)與修理的警示66最新版整理ppt二、主動(dòng)控制方式的控制量葉輪轉(zhuǎn)速風(fēng)速振動(dòng)量環(huán)境溫度發(fā)電機(jī)溫度發(fā)電頻率與電壓電力負(fù)荷輸出功率電纜扭繞偏航誤差剎車(chē)磨損67最新版整理ppt§4.4定槳距機(jī)組的基本運(yùn)行過(guò)程一、待機(jī)狀態(tài)當(dāng)風(fēng)速>3m/s，但不足以將機(jī)組拖動(dòng)到切入轉(zhuǎn)速時(shí)的自由轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)。發(fā)電機(jī)未并入電網(wǎng)，但機(jī)組已處于工作狀態(tài)，控制系統(tǒng)已經(jīng)做好切入電網(wǎng)的一切準(zhǔn)備：—機(jī)械剎車(chē)松開(kāi)；—葉尖阻尼板收回；—葉輪處于迎風(fēng)位置；—液壓系統(tǒng)的壓力保持在設(shè)定值上；—風(fēng)況、電網(wǎng)和機(jī)組的所有狀態(tài)參數(shù)均在控制系統(tǒng)檢測(cè)之中，一旦風(fēng)速增大，轉(zhuǎn)速升高，發(fā)電機(jī)即可并網(wǎng)。68最新版整理ppt二、機(jī)組的自起動(dòng)早期的定槳距機(jī)組的利用發(fā)電機(jī)起動(dòng)—Motorstar。由于葉片氣動(dòng)性能的改進(jìn)，葉輪在自然風(fēng)速的作用下，不依靠其它外力的協(xié)助，將發(fā)電機(jī)拖動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速—自起動(dòng)?，F(xiàn)在絕大多數(shù)定槳距機(jī)組均有良好的自起動(dòng)性，一般在>4m/s的風(fēng)速條件下，即可自起動(dòng)到發(fā)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速。69最新版整理ppt三、葉輪對(duì)風(fēng)當(dāng)風(fēng)速傳感器測(cè)得10min平均風(fēng)速>3m/s時(shí)，控制器允許葉輪對(duì)風(fēng)。偏航角度通過(guò)風(fēng)向儀測(cè)定。同時(shí)延遲10s執(zhí)行偏航，以免在風(fēng)向擾動(dòng)情況下的頻繁動(dòng)作。釋放偏航剎車(chē)1s后，偏航電機(jī)根據(jù)指令執(zhí)行偏航；偏航停止時(shí)，偏航剎車(chē)投入。70最新版整理ppt四、制動(dòng)解除當(dāng)自起動(dòng)條件滿足時(shí)，控制葉尖擾流器的電磁閥打開(kāi)，壓力油進(jìn)入葉片液壓缸，擾流器被收回與葉片主體合為一體。控制器收到反饋信號(hào)后，控制盤(pán)式制動(dòng)器（機(jī)械剎車(chē)）松開(kāi)。71最新版整理ppt第五章風(fēng)資源概述風(fēng)的一般知識(shí)

—風(fēng)的形成—風(fēng)向與風(fēng)速風(fēng)的統(tǒng)計(jì)學(xué)

—風(fēng)向頻率—風(fēng)速頻率風(fēng)的能量72最新版整理ppt§5.1風(fēng)的一般知識(shí)一、風(fēng)的形成地球表面上，受太陽(yáng)加熱的空氣較輕，上升到高空；冷卻的空氣較重，傾向于去補(bǔ)充上升的空氣。這就導(dǎo)致了空氣的流動(dòng)——風(fēng)。全球性氣流、海風(fēng)與陸風(fēng)、山谷風(fēng)的形成大致都如此。風(fēng)能是太陽(yáng)能的一種表現(xiàn)形式。73最新版整理ppt局部加熱與冷卻——形成風(fēng)74最新版整理ppt二、風(fēng)向與風(fēng)速—風(fēng)向：風(fēng)向——來(lái)風(fēng)的方向。通常說(shuō)的西北風(fēng)、南風(fēng)等即表明的就是風(fēng)向。陸地上的風(fēng)向一般用16個(gè)方位觀測(cè)。即以正北為零度，順時(shí)針每轉(zhuǎn)過(guò)22.5°為一個(gè)方位。風(fēng)向的方位圖圖示如下。75最新版整理pptN

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76最新版整理ppt—風(fēng)速：風(fēng)速——空氣流動(dòng)的速度。—用空氣在單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)的距離表示；—單位：m/s或km/h；—是表示風(fēng)能的一個(gè)重要物理量；—風(fēng)速和風(fēng)向都是不斷變化的。瞬時(shí)風(fēng)速——任意時(shí)刻風(fēng)的速度?！哂须S機(jī)性因而不可控制?！獪y(cè)量時(shí)選用極短的采樣間隔，如<1s。平均風(fēng)速——某一時(shí)間段內(nèi)各瞬時(shí)風(fēng)速的平均值。如日平均風(fēng)速、月平均風(fēng)速等。77最新版整理ppt1、風(fēng)速的周期性變化風(fēng)速的日變化：一天之中，風(fēng)速的大小是不同的?！孛妫ɑ蚝０屋^低處）一般是白天風(fēng)速高，夜間風(fēng)速較低。—高空（或海拔較高處）則相反，夜間風(fēng)強(qiáng)，白天風(fēng)弱。其逆轉(zhuǎn)的臨界高度約為100~150m。風(fēng)速的季節(jié)變化：一年之中，風(fēng)的速度也有變化。在我國(guó)，大部分地區(qū)風(fēng)的季節(jié)性變化規(guī)律是：春季最強(qiáng)，冬季次之，夏季最弱。78最新版整理ppt2、影響風(fēng)速的主要因素垂直高度：由于風(fēng)與地表面摩擦的結(jié)果，越往高處風(fēng)速越高。定量關(guān)系常用實(shí)驗(yàn)式表示：

V(z)=Vr(z/zr)α

V—高度z處的風(fēng)速。

Vr—參考高度zr處的風(fēng)速，測(cè)得。

α—地表摩擦系數(shù)，或地表面粗糙度。取值范圍：0.1（光滑）~0.4（粗糙）。79最新版整理ppt地形地貌不同地形與平坦地面的風(fēng)速比值

不同地形平坦地面的平均風(fēng)速（3~5m/s）山澗盆地0.95~0.85

山背風(fēng)坡0.9~0.8

山迎風(fēng)坡