《風(fēng)力發(fā)電原理》教案

第1章緒論風(fēng)力發(fā)電過(guò)程中，風(fēng)輪將風(fēng)能轉(zhuǎn)化機(jī)械能，發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化電能在能量轉(zhuǎn)化與傳遞過(guò)程中，風(fēng)能的特性是決定因素自然風(fēng)是一種隨機(jī)的湍流運(yùn)動(dòng)，影響風(fēng)電機(jī)組中機(jī)械設(shè)備、電氣設(shè)備的穩(wěn)定性，對(duì)電網(wǎng)造成沖擊風(fēng)能是太陽(yáng)能的一種表現(xiàn)形式風(fēng)能密度高低關(guān)系到風(fēng)電度電成本高低1.1風(fēng)的形成溫度不是獨(dú)立參量，而是系統(tǒng)的幾何參量、力學(xué)參數(shù)、化學(xué)參數(shù)和電磁參量的函數(shù)大氣運(yùn)動(dòng)遵循大氣動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)變化的規(guī)律。空氣運(yùn)動(dòng)與大氣壓力的分布及變化靜力學(xué)方程：當(dāng)dz>0時(shí)，dp<0，即氣壓是隨高度的增加而減小的。氣壓隨高度增加而減少的快慢主要取決于空氣的密度。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(xué)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(shí)所對(duì)應(yīng)的高度差氣壓愈低（即溫度愈高），單位氣壓高度差愈大溫度愈高，單位氣壓高度差愈大1.1.1大氣環(huán)流環(huán)流原因：日地距離和方位不同，所接受的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度各異科氏力：由于地球自轉(zhuǎn)形成的地球偏向力的存在，這種力稱為科里奧利力，簡(jiǎn)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(zhuǎn)，在南半球使氣流向左偏轉(zhuǎn)。三圈環(huán)流

1.1.2季風(fēng)環(huán)流季風(fēng)環(huán)流 季風(fēng)：在一個(gè)大范圍地區(qū)內(nèi)，它的盛行風(fēng)向或氣壓系統(tǒng)有明顯的季風(fēng)變化。這種在一年內(nèi)隨著季節(jié)的不同，有規(guī)律轉(zhuǎn)變風(fēng)向的風(fēng) 東北亞季風(fēng)和南亞季風(fēng)對(duì)我國(guó)天氣氣候變化都有很大影響形成季風(fēng)環(huán)流的因素：海陸差異：冬季，風(fēng)從大陸吹向海洋；夏季，風(fēng)從海洋吹向大陸行星風(fēng)帶的季節(jié)轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換：5個(gè)風(fēng)帶在北半球的夏季向北移動(dòng)，冬季向南移動(dòng)地形特征：青藏高原季風(fēng)指數(shù)它是由地面冬夏盛行風(fēng)向之間的夾角來(lái)表示的，當(dāng)夾角在120°-180°之間，認(rèn)為是屬于季風(fēng)，然后1月和7月盛行風(fēng)向出現(xiàn)的頻率相加除以2，即I=（f1+f2）/2為季風(fēng)指數(shù) I>40%季風(fēng)區(qū) I=40%-60%為較明顯區(qū)季風(fēng)區(qū) I>60%為明顯季風(fēng)區(qū)。局地環(huán)流海陸風(fēng)：以日為周期（湖陸風(fēng)）山谷風(fēng)

1.1.3風(fēng)力等級(jí)根據(jù)風(fēng)速大小來(lái)劃分的。國(guó)際上采用英國(guó)人蒲福于1805年所擬定的，稱為“蒲福風(fēng)級(jí)”。從靜風(fēng)到颶風(fēng)共分為13級(jí)。1946年以來(lái)風(fēng)力等級(jí)修改，由13級(jí)變?yōu)?7級(jí)。風(fēng)級(jí)稱謂一般描述m/s0無(wú)風(fēng)calm煙直上<0.31軟風(fēng)lightair僅煙能表示風(fēng)向，但不能轉(zhuǎn)動(dòng)風(fēng)標(biāo)0.3-1.52輕風(fēng)slightbreeze人面感覺有風(fēng)，樹葉搖動(dòng)，普通之風(fēng)標(biāo)轉(zhuǎn)動(dòng)1.6-3.33微風(fēng)gentlebreeze樹葉及小枝搖動(dòng)不息，近期飄展3.4-5.44和風(fēng)freshbreeze塵土及碎紙被風(fēng)吹揚(yáng)，樹分枝搖動(dòng)5.5-7.95清風(fēng)strongbreeze有葉小樹開始搖擺8.0-10.76強(qiáng)風(fēng)neargale樹木枝搖動(dòng)，電線發(fā)出呼呼嘯聲，張傘困難10.8-13.87疾風(fēng)gale小樹枝被吹折，步行不能前進(jìn)13.9-17.18大風(fēng)stronggale建筑物有損壞，煙囪被吹倒17.2-20.79烈風(fēng)violentstrom樹被風(fēng)拔起，建筑物有相當(dāng)破壞20.8-24.410狂風(fēng)storm極少見，如出現(xiàn)必有重大災(zāi)害24.5-28.411暴風(fēng)violentstorm28.5-32.612颶風(fēng)hurricane32.7-36.9風(fēng)力等級(jí)換算

1.1.4風(fēng)的測(cè)量測(cè)風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)的測(cè)量包括風(fēng)向測(cè)量和風(fēng)速測(cè)量風(fēng)向測(cè)量：風(fēng)的來(lái)向風(fēng)速測(cè)量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)空氣在水平方向上所移動(dòng)的距離組成傳感器：將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。包括：風(fēng)速傳感器、風(fēng)向傳感器、溫度傳感器、氣壓傳感器主機(jī)：對(duì)傳感器發(fā)出的信號(hào)進(jìn)行采集、計(jì)算和存儲(chǔ)，由數(shù)據(jù)記錄裝置、數(shù)據(jù)讀取裝置、微處理器、就地顯示裝置組成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置：電源：提高系統(tǒng)工作可靠性，要求兩備用電源安全與保護(hù)裝置：要求在輸入信號(hào)和主機(jī)、環(huán)境之間增設(shè)保護(hù)和隔離裝置。提高數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的可靠性風(fēng)速測(cè)量風(fēng)速計(jì)旋轉(zhuǎn)式風(fēng)速計(jì)：風(fēng)杯和螺旋槳葉片，最常用的傳感器是風(fēng)杯壓力式風(fēng)速計(jì)：利用流體的全壓力與靜壓力之差來(lái)測(cè)定風(fēng)的動(dòng)壓散熱式風(fēng)速計(jì)：被加熱物體的散熱速率與周圍空氣的流速有關(guān)聲學(xué)風(fēng)速計(jì)風(fēng)速記錄機(jī)械式，電接式，電機(jī)式，光電式風(fēng)速表示風(fēng)速大小與風(fēng)速計(jì)安裝高度和觀測(cè)時(shí)間有關(guān)高度：10m時(shí)間：2min，10min和瞬時(shí)風(fēng)速。風(fēng)能資源計(jì)算時(shí)選用10min平均風(fēng)速風(fēng)向測(cè)量分類：?jiǎn)我硇?、雙翼型和流線型等組成：尾翼、指向桿、平衡錘和旋轉(zhuǎn)主軸傳送和指示方法：電觸點(diǎn)盤、環(huán)形電位、自整角機(jī)和光電碼盤。最常用的是光電碼盤風(fēng)向桿的安裝方位指向正北

1.2風(fēng)能資源1.2.1風(fēng)能的特點(diǎn)在1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)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(fēng)能資源的儲(chǔ)量取決于這一地區(qū)風(fēng)速的大小和有效風(fēng)速的持續(xù)時(shí)間風(fēng)吹過(guò)后必須經(jīng)過(guò)前后、左右各10倍直徑距離后才能恢復(fù)到原來(lái)的速度理論開發(fā)風(fēng)能儲(chǔ)量：實(shí)際可開發(fā)量：全國(guó)風(fēng)能實(shí)際可開發(fā)量為2.53×1011W有效風(fēng)能密度和可利用的年累計(jì)小時(shí)兩個(gè)指標(biāo)表示等級(jí)年有效風(fēng)功率密度W/m2風(fēng)速年累計(jì)小時(shí)數(shù)h年平均風(fēng)速m/s風(fēng)資源豐富區(qū)>200>5000>6風(fēng)資源次豐富區(qū)200-1505000-40005.5風(fēng)資源可利用區(qū)150-1004000-20005風(fēng)資源貧乏區(qū)<100<20004.5風(fēng)資源豐富區(qū)風(fēng)資源次豐富區(qū)風(fēng)資源可利用區(qū)風(fēng)資源貧乏區(qū)東南沿海、山東和遼東半島沿海及島嶼內(nèi)蒙古和甘肅北部松花江下游地區(qū)沿海地區(qū)三北地區(qū)青藏高原中部和北部地區(qū)兩廣沿海大、小興安嶺山地三北中部以四川為中心雅魯藏布江河谷塔里木盆地西部

1.2.2中國(guó)風(fēng)能資源分布特點(diǎn)

1.3風(fēng)能的數(shù)字描述1.3.1風(fēng)特性100m高度以下的地表層的風(fēng)風(fēng)特性分為平均風(fēng)特性和脈動(dòng)風(fēng)特性平均風(fēng)特性包括：平均風(fēng)速平均風(fēng)向風(fēng)速輪廓風(fēng)頻曲線脈動(dòng)風(fēng)特性包括：脈動(dòng)風(fēng)速脈動(dòng)系數(shù)風(fēng)向湍流強(qiáng)度平均風(fēng)速和風(fēng)向瞬時(shí)風(fēng)速由平均風(fēng)速和脈動(dòng)風(fēng)速組成：平均風(fēng)速：不同時(shí)距計(jì)算平均風(fēng)速時(shí)，其值不同，時(shí)距10min到1h范圍內(nèi)功率譜曲線比較平坦我國(guó)規(guī)范規(guī)定的時(shí)距為10min我國(guó)規(guī)范規(guī)定的高度為10m平均風(fēng)向風(fēng)向一般由16個(gè)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(fēng)記為C平均風(fēng)向以正北為基準(zhǔn)，順時(shí)針，東風(fēng)為90°，南風(fēng)為180°，西風(fēng)為270°，北風(fēng)為360°脈動(dòng)風(fēng)速在某時(shí)刻t，空間某點(diǎn)上的瞬時(shí)風(fēng)速與平均風(fēng)速的差值，其時(shí)間的平均值為零：湍流強(qiáng)度：描述風(fēng)速隨時(shí)間和空間變化的程度，反映風(fēng)的脈動(dòng)強(qiáng)度，是確定結(jié)構(gòu)所受脈動(dòng)風(fēng)載荷的關(guān)鍵參數(shù)。湍流強(qiáng)度描述風(fēng)速隨時(shí)間和空間變化的程度，反映風(fēng)的脈動(dòng)強(qiáng)度，是確定結(jié)構(gòu)所受脈動(dòng)風(fēng)載荷的關(guān)鍵參數(shù)。湍流強(qiáng)度：10min時(shí)距的脈動(dòng)風(fēng)速均方根與平均風(fēng)速的比值：與離地高度與地表面粗糙度有關(guān)陣風(fēng)因子：陣風(fēng)持續(xù)期內(nèi)平均風(fēng)速的最大值與10min時(shí)距的平均風(fēng)速之比持續(xù)期越大，對(duì)應(yīng)的陣風(fēng)因子越小陣風(fēng)系數(shù)同湍流強(qiáng)度有關(guān)，湍流強(qiáng)度越大，則陣風(fēng)系數(shù)越大湍流功率譜密度形成原因：許多不同尺度的渦運(yùn)動(dòng)組合而成的，空間某點(diǎn)的脈動(dòng)風(fēng)速是由不同尺度的渦在該處形成的各種頻率的脈動(dòng)疊加而成的作用：描述渦流中不同尺度的渦的動(dòng)能在湍流脈動(dòng)動(dòng)能所占的比例平均風(fēng)速和風(fēng)向的表示風(fēng)（向）玫瑰圖：根據(jù)各方向風(fēng)出現(xiàn)的頻率按相應(yīng)的比例長(zhǎng)度繪制在圖上盛行風(fēng)向風(fēng)向旋轉(zhuǎn)方向最小風(fēng)向頻率平均風(fēng)速和風(fēng)向的表示風(fēng)能玫瑰圖：反映風(fēng)能資源，包含風(fēng)向和風(fēng)速的信息風(fēng)向頻率：在一段時(shí)間內(nèi)各種風(fēng)向出現(xiàn)的次數(shù)占觀測(cè)總次數(shù)的百分比風(fēng)速頻率：在一個(gè)月或一年的周期中發(fā)生相同風(fēng)速的時(shí)數(shù)占這段時(shí)間刮風(fēng)總時(shí)數(shù)的百分比。直線的長(zhǎng)度表示一年內(nèi)這個(gè)方向的風(fēng)的時(shí)間百分?jǐn)?shù)生產(chǎn)中用到圖種類風(fēng)速分布圖風(fēng)功率密度分布圖風(fēng)速功率密度月變化圖風(fēng)速功率密度日變化圖風(fēng)向玫瑰圖風(fēng)功率玫瑰圖風(fēng)速和功率分布月風(fēng)向玫瑰圖月風(fēng)能玫瑰圖月風(fēng)速功率玫瑰圖平均風(fēng)速隨高度變化在大氣邊界層中，平均風(fēng)速隨高度發(fā)生變化，其變化規(guī)律稱為風(fēng)剪切或風(fēng)速廓線風(fēng)速廓線符合對(duì)數(shù)律分布或指數(shù)分布對(duì)數(shù)律分布在近地層中，造成風(fēng)在近地層中的垂直變化的原因有動(dòng)力因素和熱力因素指數(shù)律分布α值的變化與地面粗糙度有關(guān)類別α值場(chǎng)所A0.12近海海面、海島、海岸、湖岸及沙漠B0.16田野、鄉(xiāng)村、叢林、丘陵以及房屋比較稀疏的中小城鎮(zhèn)和大城市郊區(qū)C0.20密集建筑物群的城市市區(qū)D0.30密集建筑群且建筑面較高的城市市區(qū)

1.3.2風(fēng)能公式空氣密度p—?dú)鈮?，hPat—?dú)鉁?，℃e—水汽壓，hPa風(fēng)的統(tǒng)計(jì)特性的重要形式是風(fēng)速的頻率分布，資料的長(zhǎng)度至少有3年以上的觀測(cè)記錄，風(fēng)電場(chǎng)前期的風(fēng)資源測(cè)量工作要求1年以上，且數(shù)據(jù)的完成率為95%風(fēng)速的統(tǒng)計(jì)特性威布爾分布其中，k和c為威布爾分布的兩個(gè)參數(shù)，k稱為形狀參數(shù)，c稱為尺度參數(shù)c=1，標(biāo)準(zhǔn)威布爾分布k=1，指數(shù)型；k=2，瑞利分布；k=3.5，正態(tài)分布風(fēng)速頻率分布一般為偏態(tài)，風(fēng)力愈大的地區(qū)，分布曲線愈平緩，峰值降低右移風(fēng)能公式風(fēng)能：風(fēng)功率：平均風(fēng)能密度和有效風(fēng)能密度風(fēng)能密度平均風(fēng)能密度實(shí)際應(yīng)用，計(jì)算某地年（月）風(fēng)能密度：

第2章風(fēng)力發(fā)電的基本原理2.1工作原理為什么大型并網(wǎng)風(fēng)力機(jī)僅到20世紀(jì)的中后期才獲得應(yīng)用？常規(guī)發(fā)電還能滿足需要，社會(huì)生產(chǎn)力水平不夠高，還無(wú)法顧及降低環(huán)境污染和解決偏遠(yuǎn)地區(qū)的供電能夠并網(wǎng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)與制造，只有在現(xiàn)代高技術(shù)出現(xiàn)后才有可能，20世紀(jì)初期是造不出現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪運(yùn)轉(zhuǎn)（葉片旋轉(zhuǎn)）工作原理當(dāng)氣流流經(jīng)上下翼型形狀不同的葉片時(shí)，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(chǎn)生作用于葉面的升力。現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電的原理利用風(fēng)力帶動(dòng)風(fēng)輪葉片旋轉(zhuǎn)，再透過(guò)增速機(jī)將旋轉(zhuǎn)的速度提升，來(lái)促進(jìn)發(fā)電機(jī)發(fā)電兩種物質(zhì)流能量流信息流：控制系統(tǒng)的功能是過(guò)程控制和安全過(guò)程。過(guò)程控制包括起動(dòng)、運(yùn)行、暫停、停止信息流的作用變槳距風(fēng)機(jī)根據(jù)風(fēng)速變槳變速型風(fēng)機(jī)根據(jù)風(fēng)速變速根據(jù)風(fēng)向變化對(duì)風(fēng)需停機(jī)時(shí)，執(zhí)行氣動(dòng)剎車和機(jī)械制動(dòng)風(fēng)力機(jī)的主要組成機(jī)械組成：風(fēng)輪、機(jī)艙、塔架和基礎(chǔ)功能構(gòu)成：變槳系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)、主傳動(dòng)系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)和控制系統(tǒng)風(fēng)輪作用：把風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的重要部件要求：強(qiáng)度高、重量輕材料：玻璃鋼或其他復(fù)合材料（如碳纖維）發(fā)電機(jī)作用：由風(fēng)輪得到的恒定轉(zhuǎn)速，通過(guò)升速傳遞給發(fā)電機(jī)均勻運(yùn)轉(zhuǎn)，把機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置塔架作用：支承風(fēng)輪、尾翼和發(fā)電機(jī)的構(gòu)架要求：高且強(qiáng)度高

2.2風(fēng)力發(fā)電基本原理1919年德國(guó)的A·貝茨（Betz）理論貝茨（茲）假設(shè)風(fēng)輪沒有錐角、傾角和偏角，全部接受風(fēng)輪風(fēng)能（沒有輪轂），葉片無(wú)限多，對(duì)空氣流沒有阻力風(fēng)輪葉片旋轉(zhuǎn)時(shí)么有摩擦阻力；風(fēng)輪前未受擾動(dòng)的氣流靜壓和風(fēng)輪后的氣流靜壓相等風(fēng)輪流動(dòng)模型可簡(jiǎn)化成一個(gè)單元流管，不考慮尾流旋轉(zhuǎn)作用在風(fēng)輪上的推力是均勻的貝茨理論質(zhì)量守恒歐拉定理（動(dòng)量定理）風(fēng)輪吸收額功率為動(dòng)能定理能量守恒求P的最大值當(dāng)則理論最大效率（理論風(fēng)能利用系數(shù)）：風(fēng)力機(jī)實(shí)際吸收的有用功率為:推導(dǎo)過(guò)程所用理論質(zhì)量守恒歐拉定理（動(dòng)量定理）動(dòng)能定理能量守恒葉素理論1889年，RichardFroude提出葉素理論作用：從葉素附近流動(dòng)來(lái)分析葉片上的受力和功能交換葉素：風(fēng)輪葉片在風(fēng)輪任意半徑r處的一個(gè)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(shè)葉片分割成無(wú)限多個(gè)葉素，每個(gè)葉素厚度無(wú)限小，葉素為二元翼型葉素都是獨(dú)立，之間不存在相互作用，通過(guò)各葉素氣流不相互干擾忽略葉片長(zhǎng)度的影響葉素剖面和氣流角、受力關(guān)系升力：阻力：合速度：進(jìn)一步計(jì)算的 其中 周推力：轉(zhuǎn)矩：渦流理論渦流流動(dòng)假設(shè)忽略葉片翼型阻力和葉梢損失的影響忽略有限葉片數(shù)對(duì)氣流的周期性影響葉片各個(gè)徑向環(huán)斷面之間相互獨(dú)立風(fēng)輪渦流示意圖渦流引起的風(fēng)速可看成是由3個(gè)渦流系統(tǒng)疊加的結(jié)果中心渦：轉(zhuǎn)軸上附著渦：葉片上螺旋渦（自由渦）：葉片尖部在風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)平面處氣流的軸向速度：其中，α為軸向誘導(dǎo)因子；風(fēng)輪變徑r處的切向速度

第3章風(fēng)力機(jī)風(fēng)力發(fā)電的優(yōu)越性建造費(fèi)用低廉產(chǎn)生電力無(wú)需其他任何消耗沒有環(huán)境污染運(yùn)行簡(jiǎn)單，無(wú)人值守實(shí)際占地少3.1風(fēng)力機(jī)概念風(fēng)力機(jī)是以風(fēng)力作能源，將風(fēng)力轉(zhuǎn)化為機(jī)械能而做功的一種動(dòng)力機(jī)一種能截獲流動(dòng)的空氣所具有的動(dòng)能并將風(fēng)輪葉片迎風(fēng)掃掠面積內(nèi)的一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為有用機(jī)械能的裝置又稱風(fēng)動(dòng)機(jī)、風(fēng)力發(fā)動(dòng)機(jī)和風(fēng)車

3.2風(fēng)力機(jī)的分類按風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪軸所在的空間位置來(lái)分水平軸風(fēng)力機(jī)：風(fēng)輪軸平行或接近平行于水平上風(fēng)向風(fēng)力機(jī)下風(fēng)向風(fēng)力機(jī)垂直軸風(fēng)力機(jī)：風(fēng)輪軸垂直于水平面按風(fēng)力機(jī)功率大小來(lái)分微型風(fēng)力機(jī)：1kW以下小型風(fēng)力機(jī)：1~10kW中型風(fēng)力機(jī)：10~100kW大型風(fēng)力機(jī)：100~1000kW巨型風(fēng)力機(jī)或兆瓦級(jí)風(fēng)力機(jī)：1000kW以上按正常工作狀態(tài)下的轉(zhuǎn)速分：高速風(fēng)力機(jī)：葉尖速比λ（高速性系數(shù)）大于3低速風(fēng)力機(jī)按葉片數(shù)目的多少分少葉（翼）式風(fēng)力機(jī)：葉片數(shù)目小于或等于4片多葉片風(fēng)力機(jī)按葉片工作原理分升力型風(fēng)力機(jī)阻力型風(fēng)力機(jī)按葉片升力翼型的形狀分螺旋槳式達(dá)里厄式按功率調(diào)節(jié)方式分定槳距風(fēng)力機(jī)普通變槳距型（正變距）風(fēng)機(jī)主動(dòng)失速型（負(fù)變距）風(fēng)機(jī)按傳動(dòng)形式分高傳動(dòng)比齒輪箱型（雙饋型）直接驅(qū)動(dòng)型中傳動(dòng)比齒輪箱型（半直驅(qū)）

3.3水平軸風(fēng)力機(jī)水平軸風(fēng)力機(jī)的優(yōu)勢(shì)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(jià)格和功率之比較低上風(fēng)式風(fēng)力機(jī)：水平軸風(fēng)力機(jī)的風(fēng)輪在塔架的前面迎風(fēng)旋轉(zhuǎn)固定槳距：在高風(fēng)速時(shí)依靠葉片翼型及葉片內(nèi)部構(gòu)造達(dá)到自動(dòng)失速以限制風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速及輸出功率的目的槳距可調(diào)：分全翼展槳距可調(diào)及部分翼展可調(diào)風(fēng)輪作用：將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，是風(fēng)力發(fā)電機(jī)接收風(fēng)能的部件葉片的翼型和材料強(qiáng)度決定了風(fēng)輪吸收風(fēng)能的效率和葉片壽命相對(duì)輪轂安裝葉片轉(zhuǎn)動(dòng)的稱變槳距風(fēng)輪風(fēng)力發(fā)電機(jī)直流發(fā)電機(jī)同步交流發(fā)電機(jī)異步交流發(fā)電機(jī)交流永磁發(fā)電機(jī)塔架作用：用來(lái)支撐風(fēng)力機(jī)及機(jī)艙內(nèi)（或機(jī)座上）各種設(shè)備，并使之離開地面一定高度，以使風(fēng)力機(jī)能處于良好的風(fēng)況環(huán)境下運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)艙（或機(jī)座）作用：用來(lái)支撐風(fēng)輪以及與風(fēng)輪相連的齒輪傳動(dòng)（變速）裝置、調(diào)速裝置及調(diào)向機(jī)構(gòu)等調(diào)向裝置使風(fēng)輪能隨著風(fēng)向的變化隨時(shí)都迎著風(fēng)向，以最大限度地獲取風(fēng)能調(diào)速裝置當(dāng)風(fēng)速不斷變化時(shí)使風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速維持在一個(gè)接近穩(wěn)定不變的范圍內(nèi)。剎車制動(dòng)裝置使風(fēng)力發(fā)電機(jī)停止動(dòng)轉(zhuǎn)的裝置增速器及聯(lián)軸器由于風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速低而發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速高，為匹配發(fā)電機(jī)，要在低速的風(fēng)輪軸與高速的發(fā)電機(jī)軸接一個(gè)增速器高速聯(lián)軸器：增速器與發(fā)電機(jī)之間低速聯(lián)軸器：風(fēng)輪軸與增速器之間

3.4垂直軸風(fēng)力機(jī)優(yōu)點(diǎn)壽命長(zhǎng)，易安裝利于環(huán)保無(wú)需偏航對(duì)風(fēng)葉片制造工藝簡(jiǎn)單葉片僅受沿展向的張力無(wú)塔影效應(yīng)運(yùn)行條件寬松缺點(diǎn)風(fēng)能利用率啟動(dòng)風(fēng)速增速結(jié)構(gòu)難控制易失速加工工藝不成熟達(dá)里厄型風(fēng)力機(jī)旋轉(zhuǎn)渦輪式風(fēng)力機(jī)

第4章風(fēng)力發(fā)電機(jī)組4.1風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的分類和構(gòu)成風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的分類根據(jù)風(fēng)力機(jī)軸的空間位置分類水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)輪圍繞一個(gè)水平軸旋轉(zhuǎn)，風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)平面與風(fēng)向垂直垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)軸垂直于地面或氣流方向，可以接受來(lái)自任何方向的風(fēng)，無(wú)須對(duì)風(fēng)；齒輪箱和發(fā)電機(jī)可以安裝在地面上，減輕風(fēng)力機(jī)發(fā)電機(jī)組承重，且方便維護(hù)葉片越多，轉(zhuǎn)得越慢，葉片數(shù)多的風(fēng)力機(jī)通常稱為低速風(fēng)力機(jī)，它在低速運(yùn)行時(shí)，有較大的轉(zhuǎn)矩。它的啟動(dòng)力矩大、啟動(dòng)風(fēng)速低，因而適用于磨面、提水葉片數(shù)目少的風(fēng)力機(jī)通常稱為高速風(fēng)力機(jī)，它在高速運(yùn)行時(shí)有較高的風(fēng)能利用系數(shù)，但啟動(dòng)風(fēng)速較高，適用于發(fā)電根據(jù)風(fēng)輪的迎風(fēng)方式分類上風(fēng)型水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)首先通過(guò)風(fēng)輪再穿過(guò)塔架，風(fēng)輪總是面對(duì)來(lái)風(fēng)方向，風(fēng)輪在塔架“前面”，必須有某種調(diào)向裝置來(lái)保持風(fēng)輪迎風(fēng)下風(fēng)型水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)首先通過(guò)塔架在穿過(guò)風(fēng)輪，風(fēng)輪在塔架“后面”，能夠自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向。根據(jù)風(fēng)輪與發(fā)電機(jī)之間的連接方式分類變速式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組帶有增速齒輪箱直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)輪直接驅(qū)動(dòng)同步多極發(fā)電機(jī)根據(jù)葉片能否圍繞其縱向軸線轉(zhuǎn)動(dòng)分類定槳距式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組當(dāng)風(fēng)速變化時(shí)，槳葉的迎風(fēng)角度不能隨之變化，在轉(zhuǎn)速恒定的條件下，風(fēng)速增加超過(guò)額定風(fēng)速時(shí)，如果風(fēng)流與葉片分離，葉片將處于“失速”狀態(tài)，風(fēng)輪輸出功率降低變槳距式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)速變化時(shí)，槳葉的迎風(fēng)角能隨之變化根據(jù)發(fā)電機(jī)組負(fù)載形式分類并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組通過(guò)并網(wǎng)逆變器直接饋入電網(wǎng)，然后電力通過(guò)電網(wǎng)再輸送給用電戶離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組獨(dú)立于現(xiàn)有電網(wǎng)，需要蓄電池蓄能風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的構(gòu)成一次能源系統(tǒng)：葉片、輪轂主傳動(dòng)系統(tǒng)：主軸、主軸軸承、齒輪箱、聯(lián)軸器支撐系統(tǒng)：導(dǎo)流罩、機(jī)艙罩、底盤、塔筒、基礎(chǔ)發(fā)電系統(tǒng)：同步發(fā)電機(jī)（永磁式同步發(fā)電機(jī)）、異步發(fā)電機(jī)（雙饋式異步發(fā)電機(jī)）制動(dòng)系統(tǒng)：機(jī)械制動(dòng)（液壓系統(tǒng)）、空氣動(dòng)力制動(dòng)、偏航系統(tǒng)變槳系統(tǒng)避雷系統(tǒng)

4.2一次能源系統(tǒng)葉片的構(gòu)造材料：玻璃纖維增強(qiáng)塑料（GFRP）、碳纖維增強(qiáng)塑料（CFRP）、木材、鋼和鋁。復(fù)合材料以玻璃纖維或碳纖維為增強(qiáng)材料，樹脂為基體。優(yōu)點(diǎn)：比重小，強(qiáng)度較高；易成型性好；耐腐蝕性強(qiáng)；維護(hù)少，以修補(bǔ)。鋼材主要用于葉片內(nèi)部結(jié)構(gòu)的連接件葉片葉柄結(jié)構(gòu)采用螺栓與輪轂連接，形成懸臂形式：螺紋件預(yù)埋件、鉆孔組裝式木質(zhì)、鋁合金擠壓成型等弦長(zhǎng)、鋼制、鋼縱梁玻璃鋼、玻璃鋼葉片數(shù)兩葉片風(fēng)輪對(duì)應(yīng)最大風(fēng)能利用系數(shù)的轉(zhuǎn)速比較高。對(duì)剛性輪轂來(lái)說(shuō)，作用在兩葉片風(fēng)輪的脈動(dòng)載荷要大于三葉片風(fēng)輪。接受程度輪轂固定式輪轂：鑄造結(jié)構(gòu)或焊接結(jié)構(gòu)鉸鏈?zhǔn)捷嗇炗糜谟腥~柄的單葉片和二葉片風(fēng)輪。葉片被懸掛的角度與風(fēng)輪轉(zhuǎn)速有關(guān)，轉(zhuǎn)速越低，角度越大。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(zhǎng)氣動(dòng)弦長(zhǎng)厚度相對(duì)厚度彎度安裝角扭角幾何攻角葉片的基本幾何定義當(dāng)攻角增大時(shí)，升力系數(shù)Cl成線性遞增，當(dāng)攻角達(dá)到某一值α?xí)r，Cl突然下降，這一現(xiàn)象稱為失速。α稱為臨界攻角。壓力中心點(diǎn)：對(duì)于某一特定攻角，翼型總對(duì)應(yīng)一特殊點(diǎn)，空氣動(dòng)力對(duì)這個(gè)點(diǎn)的力矩為零，將該點(diǎn)稱為壓力中心點(diǎn)氣動(dòng)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(dòng)力效率，即：風(fēng)輪的幾何定義與參數(shù)風(fēng)輪直徑風(fēng)輪掃掠面積風(fēng)輪偏角槳距角風(fēng)輪錐角風(fēng)輪仰角風(fēng)輪額定轉(zhuǎn)速風(fēng)輪最高轉(zhuǎn)速風(fēng)輪實(shí)度葉尖速比

4.3主傳動(dòng)系統(tǒng)組成：主軸、主軸承、齒輪箱、聯(lián)軸器主軸及主軸承受力形式：軸向力、徑向力、彎矩、轉(zhuǎn)矩和剪切力主軸軸心通孔作用？主軸安裝方式：挑臂梁：兩點(diǎn)支撐懸臂梁：三點(diǎn)支撐優(yōu)點(diǎn)：前點(diǎn)為剛性支撐；后點(diǎn)為彈性支撐（齒輪箱）。主軸承雙列調(diào)心滾子軸承。特點(diǎn)：能夠補(bǔ)償軸的繞曲和同心誤差。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。徑向孔：潤(rùn)滑油通道進(jìn)行淬火原因？軸承座運(yùn)行時(shí)允許有微量油滲出！齒輪箱（增速箱）潤(rùn)滑油凈化和溫控系統(tǒng)粘度對(duì)溫度的影響?粘度高，齒輪箱潤(rùn)滑部位不能得到充分潤(rùn)滑。粘度下降，對(duì)嚙合齒面油膜的形成不利。為何要控制溫度？易生成點(diǎn)蝕、膠合和磨損現(xiàn)象。潤(rùn)滑方式飛濺潤(rùn)滑強(qiáng)制潤(rùn)滑過(guò)濾器工作方式粘度高，液壓油通過(guò)粗、精兩個(gè)過(guò)濾裝置（單向閥開）。粘度低，液壓油只通過(guò)粗過(guò)濾器裝置（單向閥關(guān)）截止閥作用：更換濾芯時(shí)將過(guò)濾器殼體內(nèi)的油液排出放氣接頭作用：將系統(tǒng)中的氣泡排除。潤(rùn)滑系統(tǒng)冷卻方式：風(fēng)冷式機(jī)組起動(dòng)前，先啟動(dòng)潤(rùn)滑油泵！齒輪箱安裝過(guò)程激光對(duì)中人工盤動(dòng)電機(jī)反向拖動(dòng)分階段加負(fù)載聯(lián)軸器撓性聯(lián)軸器無(wú)彈性彈性元件聯(lián)軸器金屬撓性元件聯(lián)軸器剛性聯(lián)軸器無(wú)鍵連接，可傳遞轉(zhuǎn)矩、軸向力或兩者的復(fù)合載荷，承載能力高，定心性好萬(wàn)向聯(lián)軸器：適用于有大角位移的兩軸之間的連接輪胎聯(lián)軸器：補(bǔ)償性能和緩沖減振能力大，但隨扭角增加，兩軸會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的附加軸向力膜片聯(lián)軸器：中間體帶有力矩限制器，當(dāng)傳動(dòng)力矩過(guò)大時(shí)可以自動(dòng)打滑。連桿聯(lián)軸器：特點(diǎn)：保護(hù)套的表面有不同的圖層，保護(hù)套與軸之間的摩擦力始終是保護(hù)套和軸套之間摩擦力的2倍，從而保證滑動(dòng)永遠(yuǎn)只會(huì)發(fā)生在保護(hù)套與軸套之間。

4.4支撐系統(tǒng)機(jī)艙機(jī)艙底盤性能要求：高強(qiáng)度、高剛度和減振特性結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分為兩部分：前機(jī)艙底盤為鑄件；后機(jī)艙底盤為焊接件。機(jī)艙罩結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分為下艙罩和上艙罩兩部分，加中空式加強(qiáng)筋與底盤連接利用帶有橡膠減震器的螺栓將機(jī)艙連接板與機(jī)艙底盤支架連接。整流罩外部呈流線型，有利于減小風(fēng)對(duì)機(jī)艙的作用力塔筒功能支撐位于空中的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，塔架與基礎(chǔ)相連接，承受風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行引起的各種載荷，同時(shí)傳遞這些載荷到基礎(chǔ)，使整個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組能穩(wěn)定可靠地運(yùn)行。分類拉索式塔架通過(guò)數(shù)根鋼索固定在離散的地基上，由每根鋼索的調(diào)節(jié)螺栓調(diào)節(jié)長(zhǎng)短，保證整個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組對(duì)地基的垂直度。適用小型風(fēng)電機(jī)組。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(fēng)力機(jī)塔筒式塔架鋼制塔架采用強(qiáng)度和塑性較好的多段鋼板進(jìn)行滾壓，對(duì)接焊成截錐式筒體，兩端與法蘭盤焊接而構(gòu)成截錐塔筒鋼混組合塔架鋼筒夾混塔塔架結(jié)構(gòu)安裝方式采用高強(qiáng)度螺栓穿過(guò)內(nèi)翻式法蘭將塔筒連接。高度確定≤25m：>25m：平臺(tái)為方便安裝螺栓，平臺(tái)距法蘭處1.1m左右。電纜及其固定通過(guò)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(zhuǎn)，同時(shí)承載相應(yīng)部分的電纜重量。內(nèi)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(guān)。受力頻率風(fēng)輪轉(zhuǎn)子殘余的旋轉(zhuǎn)不平衡質(zhì)量引起的振動(dòng)頻率=轉(zhuǎn)速n塔影、不對(duì)稱空氣來(lái)流、風(fēng)切變、尾流引起的振動(dòng)頻率=Nnf≥（1+20%）n或Nnf>Nn：剛性塔n<f<Nn：半剛性塔f<n：柔塔塔架-風(fēng)輪系統(tǒng)振動(dòng)模態(tài)分析模態(tài)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(fēng)力機(jī)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性問題提供依據(jù)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?；A(chǔ)厚板塊基礎(chǔ)抵制傾覆力矩和機(jī)組重力偏心力?？沙惺芷牧酁閃B/6。形式平面板塊基礎(chǔ)平放機(jī)座基礎(chǔ)嵌入式塔架和傾斜板塊基礎(chǔ)巖石床打錨基礎(chǔ)多樁基礎(chǔ)適用土質(zhì)疏松的地質(zhì)?；炷羻螛痘A(chǔ)支撐系統(tǒng)保護(hù)連接件的維護(hù)力矩檢測(cè)；防腐結(jié)構(gòu)件的維護(hù)外觀檢查；防銹及補(bǔ)漆（底漆、面漆）；焊點(diǎn)處檢查；電纜破損檢查塔基水平度檢測(cè) 下塔筒外法蘭盤上選取4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)塔筒標(biāo)識(shí)維護(hù)標(biāo)識(shí)清晰

4.5制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)的兩種分類：運(yùn)行制動(dòng)緊急制動(dòng)制動(dòng)裝置：機(jī)械制動(dòng)空氣動(dòng)力制動(dòng)機(jī)械制動(dòng)工作原理：利用非旋轉(zhuǎn)元件和旋轉(zhuǎn)元件之間的相互摩擦來(lái)阻止轉(zhuǎn)動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢(shì)。分類常開式常閉式制動(dòng)器工作狀態(tài)分類常閉式和常開式盤式制動(dòng)器鉗盤式：固定式和浮動(dòng)式（固定和擺動(dòng)）全盤式錐盤式制動(dòng)器安裝方式避免制動(dòng)軸受到徑向力和彎矩，鉗盤式制動(dòng)器應(yīng)成對(duì)分布。，制動(dòng)力矩在低速軸很大。失速型風(fēng)力機(jī)常用低速軸機(jī)械制動(dòng)（可靠性角度考慮）變槳距風(fēng)力機(jī)在高速軸制動(dòng)，但易發(fā)生制動(dòng)的不均勻性?？諝鈩?dòng)力制動(dòng)特點(diǎn)空氣動(dòng)力制動(dòng)并不能使風(fēng)輪完全靜止下來(lái)，只能使其轉(zhuǎn)速限定在允許的范圍內(nèi)。定槳距風(fēng)力機(jī)采用的空氣動(dòng)力裝置為葉尖擾流器工作過(guò)程：當(dāng)轉(zhuǎn)速增加時(shí)，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(zhuǎn)動(dòng)到制動(dòng)位置。葉尖擾流器還可以作為液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障的保護(hù)裝置。

4.6變槳系統(tǒng)變槳距使葉片繞其安裝軸旋轉(zhuǎn)，改變?nèi)~片的槳距角，從而改變風(fēng)力機(jī)的氣動(dòng)特性類型液壓變距型電動(dòng)變距型液壓變槳距系統(tǒng)類型組成槳距控制器、數(shù)碼轉(zhuǎn)換器、液壓控制單元、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、位移傳感器驅(qū)動(dòng)形式分類單獨(dú)變槳特點(diǎn)：可靠性高；需要精確的同步變距控制統(tǒng)一變槳工作過(guò)程電動(dòng)變槳距系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)工作過(guò)程主控制器根據(jù)風(fēng)速、發(fā)電機(jī)功率和轉(zhuǎn)矩等，把指令信號(hào)發(fā)送至電動(dòng)變槳距控制系統(tǒng)電動(dòng)變槳距系統(tǒng)把實(shí)際值和運(yùn)行狀況反饋至主控器。單元組成伺服電機(jī)的作用。電機(jī)編碼器的作用。減速器采用的形式。變槳減速器的潤(rùn)滑潤(rùn)滑方式浸油潤(rùn)滑、油脂潤(rùn)滑油脂檢查變槳軸承一般采用4點(diǎn)角接觸球軸承

4.7偏航系統(tǒng)偏航定義水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)輪繞垂直軸的旋轉(zhuǎn)偏航分類主動(dòng)偏航被動(dòng)偏航偏航系統(tǒng)的功能跟蹤風(fēng)向的變化，驅(qū)動(dòng)機(jī)艙圍繞塔架中心線旋轉(zhuǎn)，使風(fēng)輪掃掠面與風(fēng)向保持垂直。解纜功能在反復(fù)調(diào)整方向過(guò)程中，有可能發(fā)生沿著同一方向累計(jì)轉(zhuǎn)了許多圈，造成機(jī)艙與塔底之間的電纜扭絞現(xiàn)象。偏航阻尼器功能使機(jī)艙平穩(wěn)轉(zhuǎn)動(dòng)偏航計(jì)數(shù)器功能記錄偏航系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)圈數(shù)的裝置。偏航系統(tǒng)的組成和工作原理偏航計(jì)數(shù)器功能記錄偏航系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)圈數(shù)的裝置。偏航具體過(guò)程組成偏航軸承；偏航驅(qū)動(dòng)裝置；偏航制動(dòng)器；偏航液壓回路齒圈與偏航軸承做成一體齒圈形式內(nèi)齒圈外齒圈偏航軸承內(nèi)、外齒圈特點(diǎn)偏航驅(qū)動(dòng)偏航驅(qū)動(dòng)的安裝方式。偏航制動(dòng)與主傳動(dòng)制動(dòng)器的區(qū)別：不設(shè)置彈簧。偏航系統(tǒng)的維護(hù)偏航軸承維護(hù)：密封帶必須保持沒有灰塵，清洗其他部件時(shí)，避免清潔劑接觸到密封帶或進(jìn)入滾道系統(tǒng)。安裝偏航軸承后要找出4個(gè)合適的測(cè)量點(diǎn)并在支承和連接支座上標(biāo)注，并記錄相應(yīng)數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)作為以后測(cè)量數(shù)據(jù)的基準(zhǔn)。偏航系統(tǒng)的常見故障齒圈齒面磨損液壓管路泄露偏航壓力不穩(wěn)異常噪聲偏航定位不準(zhǔn)確偏航計(jì)數(shù)器故障

4.8液壓系統(tǒng)作用：液壓系統(tǒng)主要用于控制變槳距機(jī)構(gòu)和機(jī)械制動(dòng)，也用于偏航驅(qū)動(dòng)與制動(dòng)。液壓元件動(dòng)力元件、控制元件、執(zhí)行元件和輔助元件。動(dòng)力元件：將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液壓壓力能?？刂圃嚎刂葡到y(tǒng)壓力、流量、方向以及進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換和放大。執(zhí)行元件：將流體的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。輔助元件：保證系統(tǒng)正常工作。液壓泵分類：按結(jié)構(gòu)與壓力分類液壓泵的性能參數(shù)額定壓力理論排量功率效率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(jié)流閥（作用）：節(jié)流調(diào)速；阻尼；壓力緩沖調(diào)速閥分流集流閥電液伺服閥：根據(jù)輸入電信號(hào)連續(xù)成比例地控制系統(tǒng)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(jù)輸入電信號(hào)連續(xù)成比例地控制系統(tǒng)流量和壓力。液壓缸是液壓系統(tǒng)中的執(zhí)行元件，是將輸入的液壓能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的能量裝置，它可以方便地獲得直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。輔助裝置蓄能器應(yīng)急油源吸收壓力脈動(dòng)減小液壓沖擊輔助能源過(guò)濾器作用：保證液壓油的清潔分類：表面型；深度型；磁性油箱分為總體式和分體式熱交換器分為風(fēng)冷式、水冷式和冷媒式密封裝置分為接觸性密封和非接觸性密封定槳距風(fēng)力機(jī)液壓系統(tǒng):蓄能器的作用當(dāng)主油路斷開時(shí)，由蓄能器儲(chǔ)存的能量提供壓力，使葉尖擾流器與葉片保持一致。突開閥的作用當(dāng)風(fēng)速超過(guò)切出風(fēng)速時(shí)，突開閥自動(dòng)換向，系統(tǒng)的壓力被釋放，葉尖擾流器脫離葉片，實(shí)現(xiàn)緊急剎車保證機(jī)組的運(yùn)行安全性。壓力繼電器作用監(jiān)測(cè)剎車油缸的壓力大小，保持油缸中壓力穩(wěn)定，使剎車裝置安全可靠。變槳距風(fēng)力機(jī)液壓系統(tǒng)停機(jī)、待機(jī)開槳順槳液壓系統(tǒng)的維護(hù)設(shè)備的檢查油位行程開關(guān)和限位塊油溫緊固件過(guò)濾器和空氣濾清器液壓油選用原則液壓系統(tǒng)的液壓油應(yīng)該與生產(chǎn)企業(yè)指定的牌號(hào)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(tǒng)中的油液或添加到液壓系統(tǒng)中的油液必須經(jīng)常過(guò)濾，即使是初次用的新油也要過(guò)濾清洗過(guò)濾器和空氣濾清器清洗前要確保電機(jī)未起動(dòng)。故障排除和更換元件通常液壓系統(tǒng)元件都可以用現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員來(lái)完成液壓系統(tǒng)常見故障：出現(xiàn)異常振動(dòng)和噪聲輸出壓力不足油溫過(guò)高液壓泵的起停太頻繁

4.9避雷系統(tǒng)風(fēng)輪葉尖和風(fēng)速傳感器保護(hù)葉尖處設(shè)有接閃器風(fēng)速傳感器的避雷針機(jī)艙外殼瞬態(tài)電流不允許經(jīng)過(guò)軸承等精密部件機(jī)艙的保護(hù)傳動(dòng)系統(tǒng)齒輪箱、發(fā)電機(jī)、鋼架和機(jī)艙構(gòu)成等位體，避免電壓過(guò)高對(duì)部件的破壞。電氣設(shè)備的保護(hù)電源系統(tǒng)的保護(hù)三級(jí)保護(hù)原理防雷擊浪涌保護(hù)器浪涌保護(hù)器終端設(shè)備保護(hù)器控制柜內(nèi)主控器的電源保護(hù)變壓器輸出端并聯(lián)加裝防雷器測(cè)控線的保護(hù)在變送器前段加裝模擬信號(hào)防雷器或開關(guān)信號(hào)防雷器。地基防雷接地體由垂直接地體和環(huán)形接地體組成。

第5章風(fēng)力發(fā)電技術(shù)變槳距控制是為了盡可能地提高風(fēng)力機(jī)風(fēng)能轉(zhuǎn)化效率和保持風(fēng)力機(jī)輸出功率平穩(wěn)變槳距型風(fēng)力機(jī)在各種工況可按最佳參數(shù)運(yùn)行，使輸出功率曲線得到優(yōu)化，可使槳葉和整機(jī)的受力狀況大為改善，還可以使發(fā)動(dòng)機(jī)在額定風(fēng)速以下的工作區(qū)段有較高的發(fā)電量，而在額定風(fēng)速以上的高風(fēng)速區(qū)段不超載，不需要過(guò)載能力大的發(fā)電機(jī)變槳控制系統(tǒng)實(shí)際上是一個(gè)隨動(dòng)系統(tǒng)，變槳距控制器是一個(gè)非線性比例控制器5.1發(fā)電系統(tǒng)5.1.1發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成發(fā)電系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)變壓器變壓器的工作原理通常兩個(gè)繞組中一個(gè)接到交流電源，稱為一次繞組，簡(jiǎn)稱一次側(cè)。另一個(gè)接到負(fù)載，稱為二次繞組，簡(jiǎn)稱二次側(cè)。原理：一次、二次電壓決定于一次二次繞組匝數(shù)之比。變壓器的分類及結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)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(dǎo)率和降低鐵心內(nèi)的渦流損耗。開關(guān)電器開關(guān)電器分類低壓刀開關(guān)、接觸器、高壓負(fù)荷開關(guān)：正常工作下開端或閉合正常工作電流。熔斷器：開斷過(guò)負(fù)荷電流或短路電源高壓隔離開關(guān)：檢修時(shí)隔離電源。自動(dòng)分?jǐn)嗥鳎侯A(yù)定的記憶時(shí)間內(nèi)根據(jù)選定的計(jì)數(shù)次數(shù)在無(wú)電流的瞬間自動(dòng)分段故障電路。高壓短路器、低壓空氣短路：開斷或閉合正常工作電流，或過(guò)負(fù)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(jié)構(gòu)分裝式、固定式、手車式三種結(jié)構(gòu)。用途以真空作為滅弧和絕緣介質(zhì)的斷路器，多用于10~35kV的配電系統(tǒng)中交流接觸器用途：接通或斷開電動(dòng)機(jī)或其他設(shè)備的主電路結(jié)構(gòu)主觸頭：電流較大，接在電動(dòng)機(jī)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(jiǎn)單且最有效的短路保護(hù)電路。繼電器用途：用來(lái)保護(hù)電動(dòng)機(jī)使之免受長(zhǎng)期過(guò)載的危害。不能用作短路保護(hù)熱慣性中間繼電器用途：傳遞信號(hào)和同時(shí)控制多個(gè)電路，或直接用來(lái)控制小容量電動(dòng)機(jī)或其他電氣執(zhí)行元件。母線與電纜母線定義：在各級(jí)電壓配電裝置中，將發(fā)電機(jī)、變壓器與各種電器連線的導(dǎo)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(nèi)外配電裝置母線材料銅母線鋁母線：電阻率稍高于銅，但比銅經(jīng)濟(jì)鋼母線：電阻率高于銅7倍，適用于高壓小容量電路。母線的截面形狀矩形截面：一般用于35kV及以下的戶內(nèi)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(shí)，當(dāng)三條以上矩形母線不能滿足要求。電力電纜電力電纜的種類電壓、使用環(huán)境、線芯數(shù)、結(jié)構(gòu)特征、絕緣材料電力電纜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)油紙絕緣電纜塑料絕緣電纜交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜橡膠絕緣電纜電力電纜基本結(jié)構(gòu)：電纜的基本結(jié)構(gòu)由線芯、絕緣層、保護(hù)層組成

5.1.2變流器電力電子器件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(shí)現(xiàn)電能的傳輸、變換及控制的電子器件。主要參數(shù)：電功率大小處理功率級(jí)別大由信息電子來(lái)控制電力電子器件。電力電子器件的分類按控制性分類不控型器件：不能用控制信號(hào)控制其導(dǎo)通和關(guān)斷的電力電子器件半控型器件：通過(guò)控制極（門極）控制器件導(dǎo)通，但不能控制其關(guān)斷的電力電子器件。全控型器件：既可以通過(guò)器件的控制極（門極）控制其導(dǎo)通，又可控制其關(guān)斷。按驅(qū)動(dòng)信號(hào)分類電流驅(qū)動(dòng)型和電壓驅(qū)動(dòng)型不可控器件—電力二極管特征：正向?qū)щ娦院头聪蜃钄嘈栽恚赫螂妷篣F大于閾值電壓UT0時(shí)，導(dǎo)通。UF為二極管的正向同態(tài)壓降。當(dāng)反向電壓超過(guò)一定數(shù)值（URB0）后，二極管的反向電流迅速增大，產(chǎn)生雪崩擊穿，URB0稱為反向擊穿電壓。半控型器件—晶閘管又稱可控硅整流器組成：門極（G）、陽(yáng)極（A）和陰極（K）特征：電流觸發(fā)性；單向特性；半控型特性電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管——電力MOSFET原理：用柵極電壓來(lái)控制漏極電流，實(shí)現(xiàn)電流的通斷。分類：P溝道和N溝道特點(diǎn)：柵極電壓UGS越高，反型層越厚，導(dǎo)電溝道越寬，漏極電流越大；驅(qū)動(dòng)功率??；反應(yīng)效率快絕緣柵型雙極性晶體管——IGBT特點(diǎn)驅(qū)動(dòng)方便，開關(guān)速度快導(dǎo)通后呈電阻性質(zhì)，電力壓降高。電壓驅(qū)動(dòng)型通流能力強(qiáng)、耐壓等級(jí)高AC-DC變換電路不控整流—二極管大小取決于輸入電壓和電路形式特點(diǎn)電流穩(wěn)定——電感濾波電壓穩(wěn)定——電容濾波同時(shí)穩(wěn)定——電感與電容組成LC濾波電路分類半控橋和全控橋相控整流—晶閘管通過(guò)控制門極的觸發(fā)延遲角，就能控制晶閘管的導(dǎo)通時(shí)刻。分類半控橋全控橋特點(diǎn)控制方便產(chǎn)生的諧波對(duì)電網(wǎng)會(huì)產(chǎn)生二次污染斬波整流—PWM特點(diǎn)網(wǎng)側(cè)功率因素高、諧波含量低網(wǎng)側(cè)電流畸變小，功率因素任意可控體積、質(zhì)量小分類拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：電壓型和電流型是否有能量回饋：無(wú)能量回饋的整流器（PFC）和有能量回饋的開關(guān)模式整流器（SMR）動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度適當(dāng)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。DC-DC交換電路特點(diǎn)可將一種電流電變換成另外一種固定或可調(diào)電壓的直流電。分類不隔離式隔離式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(shí)也可以實(shí)現(xiàn)電壓變換，實(shí)現(xiàn)降頻降壓變換。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變流器的應(yīng)用技術(shù)支撐風(fēng)力發(fā)電機(jī)組大功率變流器的主要技術(shù)有：正弦脈寬調(diào)制技術(shù)將參考波形與輸出調(diào)制波形進(jìn)行比較，并根據(jù)兩者比較結(jié)果確定逆變橋壁的開關(guān)狀態(tài)大功率變流技術(shù)采用器件串聯(lián)技術(shù)來(lái)提高電壓等級(jí)采用器件并聯(lián)技術(shù)來(lái)提高輸出電流采用模塊并聯(lián)技術(shù)多重化技術(shù)指在電壓源型變流器中，為減少諧波，提高功率等級(jí)，將輸出的PWM波錯(cuò)位疊加，使輸出波形更加正弦波。低電壓穿越技術(shù)當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障如電壓跌落時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組仍需要保持與電網(wǎng)的連接，只有故障嚴(yán)重時(shí)才允許脫網(wǎng)。計(jì)算機(jī)軟件控制技術(shù)

5.2發(fā)電機(jī)及其并網(wǎng)發(fā)電機(jī)輸出頻率恒定的方法有兩種：恒轉(zhuǎn)速/恒頻系統(tǒng)變轉(zhuǎn)速/恒頻系統(tǒng)異步感應(yīng)發(fā)電機(jī)同步發(fā)電機(jī)繞線轉(zhuǎn)子異步發(fā)電機(jī)雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)5.2.1異步發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)籠型和繞線型籠型組成定子由鐵心和定子（勵(lì)磁）繞組組成轉(zhuǎn)子鐵心由硅鋼片疊成，槽中嵌入金屬導(dǎo)條。鐵心兩端用鋁或銅端環(huán)將導(dǎo)條短接，轉(zhuǎn)子不需要外加勵(lì)磁，沒有集電環(huán)和電刷。繞線型定子與籠型異步發(fā)電機(jī)相同，轉(zhuǎn)子繞組電流通過(guò)集電環(huán)和電刷流入流出。發(fā)電：發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速略高于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速，并且恒速運(yùn)行。異步發(fā)電機(jī)6極，輸入轉(zhuǎn)速為？r/min。工作原理同步轉(zhuǎn)速（旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速）轉(zhuǎn)差率工作狀態(tài)當(dāng)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速小于同步轉(zhuǎn)速時(shí)（n<n1）電機(jī)中的電磁轉(zhuǎn)矩為拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩，電機(jī)從電網(wǎng)中吸收無(wú)功功率建立磁場(chǎng)，吸收的有功功率將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。當(dāng)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速大于同步轉(zhuǎn)速時(shí)（n>n1）電機(jī)中的電磁轉(zhuǎn)矩為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，電機(jī)從外部吸收無(wú)功功率建立磁場(chǎng)，風(fēng)力機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。并網(wǎng)方式直接并網(wǎng)條件：發(fā)電機(jī)的相序與電網(wǎng)的相序相同發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速缺點(diǎn)產(chǎn)生沖擊電流（5~6倍額定電流）并網(wǎng)過(guò)程降壓并網(wǎng)原理：在發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)之間串接電阻或電抗器，或者接入自耦變壓器，降低并網(wǎng)時(shí)沖擊電流和電網(wǎng)下降的幅度。晶閘管軟并網(wǎng)原理：定子和電網(wǎng)之間每相串入一只雙向晶閘管，通過(guò)晶閘管的導(dǎo)通角來(lái)控制并網(wǎng)時(shí)的電流沖擊。并網(wǎng)過(guò)程并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的功率輸出及無(wú)功功率補(bǔ)償并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的功率輸出發(fā)電機(jī)輸出的電流大小及功率因素決定于轉(zhuǎn)差率s和發(fā)電機(jī)的參數(shù)。轉(zhuǎn)差率的大小由發(fā)電機(jī)的負(fù)載決定。飛車產(chǎn)生的原因當(dāng)風(fēng)輪傳給發(fā)電機(jī)機(jī)械功率增加時(shí)，發(fā)電機(jī)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩也相應(yīng)增大，當(dāng)超過(guò)最大輸出功率時(shí)，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩不增反減，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速迅速增加。轉(zhuǎn)矩與電網(wǎng)電壓二次方成正比，電網(wǎng)電壓下降，制動(dòng)力矩相應(yīng)減小，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩?zé)o法有效控制，造成飛車。變速恒頻技術(shù)變速恒頻：發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速變化，發(fā)出的電流通過(guò)適當(dāng)?shù)淖兓?，使輸出頻率與電網(wǎng)頻率相同。設(shè)備：AC-DC-AC變頻器缺點(diǎn)：變頻器體積過(guò)大，成本過(guò)高。

5.2.2同步發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)定子：由定子鐵心和三相定子繞組組成轉(zhuǎn)子：由轉(zhuǎn)子鐵心和轉(zhuǎn)子繞組（勵(lì)磁）組成集電環(huán)轉(zhuǎn)子軸分類凸極式和隱極式勵(lì)磁系統(tǒng)直流發(fā)電機(jī)作為勵(lì)磁電流的直流勵(lì)磁系統(tǒng)。用整流裝置將交流變成直流后供給勵(lì)磁的整流勵(lì)磁系統(tǒng)（大容量發(fā)電機(jī)）。工作原理在風(fēng)力機(jī)的拖動(dòng)下，轉(zhuǎn)子（含磁極）以轉(zhuǎn)速n旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)切割定子上的三相對(duì)稱繞組，在定子繞組中產(chǎn)生頻率為f1的三相對(duì)稱的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流輸出，從而將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。優(yōu)缺點(diǎn)即可輸出有用功率，也可提供無(wú)功功率，提高功率因數(shù)。發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速必須恒定，需要精確的調(diào)速機(jī)構(gòu)并網(wǎng)條件和方式并網(wǎng)條件波形；幅值；頻率；相序；相位并網(wǎng)方式自動(dòng)準(zhǔn)同步并網(wǎng)自同步并網(wǎng)轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性功率調(diào)節(jié)和補(bǔ)償有功功率的調(diào)節(jié)同步發(fā)電機(jī)的功率角：轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁場(chǎng)軸線與定、轉(zhuǎn)子合成磁場(chǎng)軸線之間的夾角。調(diào)節(jié)方法當(dāng)轉(zhuǎn)速增加，定子電流增加，附加定子勵(lì)磁磁場(chǎng)增加時(shí)，功率角增大，輸出功率增加。當(dāng)功率角達(dá)到90°時(shí)，定子電流最大，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速將失去同步，機(jī)組將無(wú)法監(jiān)理平衡。通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流使功率角小于90°，提高穩(wěn)定性。（用于短時(shí)間陣風(fēng)調(diào)節(jié)）無(wú)功功率的補(bǔ)償無(wú)功功率不足，電網(wǎng)的電壓將會(huì)下降同步發(fā)電機(jī)帶感性負(fù)載時(shí)，由于定子電流建立的磁場(chǎng)對(duì)電機(jī)中的勵(lì)磁磁場(chǎng)有去磁作用。過(guò)勵(lì)時(shí)，發(fā)電機(jī)輸出滯后無(wú)功功率，改善功率因數(shù)；欠勵(lì)時(shí)，從電網(wǎng)吸收滯后無(wú)功功率，降低功率因數(shù)。同步發(fā)電機(jī)通常在過(guò)勵(lì)狀態(tài)下運(yùn)行，確保機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行。變速恒頻技術(shù)使用變頻器的優(yōu)點(diǎn)由于同步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)之間通過(guò)變流器相連接，發(fā)電機(jī)的頻率和電網(wǎng)的頻率彼此獨(dú)立，并網(wǎng)時(shí)一般不會(huì)發(fā)生因頻率偏差而產(chǎn)生較大的電流沖擊和轉(zhuǎn)矩沖擊，并網(wǎng)過(guò)程比較平穩(wěn)。

5.2.3雙饋異步發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)組成：定子和轉(zhuǎn)子（結(jié)構(gòu)上帶有集電環(huán)和電刷）與異步發(fā)電機(jī)相同。變流器（AC-AC，AC-DC-AC，正弦波脈寬調(diào)制雙向變流器）電流組成定子輸出轉(zhuǎn)子通過(guò)逆變器輸出工作原理當(dāng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速n發(fā)生變化時(shí)，可通過(guò)調(diào)節(jié)f2來(lái)維持f1不變，以保證與電網(wǎng)頻率相同雙饋異步發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)的功率分析：定子輸出的電能（有用功率）：轉(zhuǎn)子輸出/輸入的功率（無(wú)功功率）雙饋電機(jī)在四象限運(yùn)行過(guò)程中的能流關(guān)系轉(zhuǎn)子運(yùn)行在亞同步的電動(dòng)狀態(tài)（1>s>0）電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)下，電磁轉(zhuǎn)矩為拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩，機(jī)械功率由電機(jī)輸出給機(jī)械負(fù)載，轉(zhuǎn)差功率回饋給轉(zhuǎn)子外界電源轉(zhuǎn)子運(yùn)行于亞同步的定子回饋制動(dòng)狀態(tài)（1>s>0）電磁功率由定子回饋給電網(wǎng)，機(jī)械功率由風(fēng)力機(jī)輸入電機(jī)，電磁轉(zhuǎn)矩為制動(dòng)性轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)子運(yùn)行于與超同步速的電動(dòng)狀態(tài)（s<0）電磁功率由定子輸給電機(jī)，機(jī)械功率由電機(jī)輸給負(fù)載，轉(zhuǎn)差功率由電網(wǎng)輸給負(fù)載，電磁轉(zhuǎn)矩為拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩。變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)為什么采用雙向變流器？變流器控制轉(zhuǎn)子電流的頻率、幅值、相位和相序，從而實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)連接。當(dāng)風(fēng)力機(jī)運(yùn)行在亞同步狀態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)子中的電流從電網(wǎng)流向轉(zhuǎn)子繞組線圈；當(dāng)風(fēng)力機(jī)運(yùn)行在超同步狀態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)子中的電流流向電網(wǎng)。并網(wǎng)過(guò)程？雙饋式風(fēng)力機(jī)的優(yōu)點(diǎn)通過(guò)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流，實(shí)現(xiàn)變速運(yùn)行下的恒頻及功率調(diào)節(jié)只有電流頻率通過(guò)變流器，變流器容量減小。系統(tǒng)具有很強(qiáng)的抗干擾性和穩(wěn)定性缺點(diǎn)電刷和集電環(huán)降低可靠性。

5.1.6永磁同步發(fā)電機(jī)發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)定子與普通交流電機(jī)相同轉(zhuǎn)子采用永磁材料勵(lì)磁優(yōu)點(diǎn)無(wú)勵(lì)磁繞組的銅損耗無(wú)集電環(huán)發(fā)電機(jī)體積較小極對(duì)數(shù)可做的很多省去齒輪箱，提高系統(tǒng)的效率和運(yùn)行可靠性缺點(diǎn)運(yùn)行時(shí)溫度高，所以永磁發(fā)電機(jī)常做成轉(zhuǎn)子型，便于散熱直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)采用電機(jī)永磁發(fā)電機(jī)電勵(lì)磁式同步發(fā)電機(jī)（目前應(yīng)用）

5.3控制系統(tǒng)5.3.1功率調(diào)節(jié)在超過(guò)額定風(fēng)速后（一般為12~16m/s）以后，由于部件機(jī)械強(qiáng)度和發(fā)電機(jī)、電力電子容量等物理性能的限制，必須降低風(fēng)輪的能量捕獲，使功率輸出保持在額定值附近，減少葉片承受負(fù)荷和整個(gè)風(fēng)力機(jī)受到的沖擊，保證風(fēng)力機(jī)不受損害功率調(diào)節(jié)方式定槳距失速調(diào)節(jié)控制最簡(jiǎn)單，利用高風(fēng)速時(shí)升力系數(shù)降低和阻力系數(shù)增加，限制功率在高風(fēng)速時(shí)保持恒定變槳距調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)槳距葉片安裝角以減小攻角，高風(fēng)速時(shí)減小升力系數(shù)，以限制功率主動(dòng)失速調(diào)節(jié)利用槳距調(diào)節(jié)，在中低風(fēng)速區(qū)可優(yōu)化功率輸出風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展在功率調(diào)節(jié)方式：變速恒頻技術(shù)和變槳調(diào)節(jié)技術(shù)發(fā)電機(jī)類型：無(wú)刷雙饋型感應(yīng)發(fā)電機(jī)和永磁式發(fā)電機(jī)在控制技術(shù)：計(jì)算機(jī)分布式控制技術(shù)和新的控制理論驅(qū)動(dòng)方式：免齒輪箱的直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)世界風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的統(tǒng)一形式水平軸三葉片上風(fēng)向管式塔發(fā)展趨勢(shì)單機(jī)容量不斷增大變槳距功率調(diào)節(jié)方式代替定槳距功率調(diào)節(jié)方式變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)迅速取代恒速恒頻發(fā)電系統(tǒng)免齒輪箱系統(tǒng)的直取方式發(fā)電系統(tǒng)功率調(diào)節(jié)方式三種功率調(diào)節(jié)方式定槳距失速控制變槳距調(diào)節(jié)主動(dòng)失速調(diào)節(jié)定槳距失速控制優(yōu)點(diǎn)：控制簡(jiǎn)單缺點(diǎn)：功率曲線由葉片的失速特性決定，功率輸出不確定阻尼較低，振動(dòng)幅度較大，葉片易疲勞損壞高風(fēng)速時(shí)氣動(dòng)載荷較大，葉片及塔架等受載荷較大低風(fēng)速段風(fēng)輪轉(zhuǎn)速較低時(shí)的功率輸出較高變槳距調(diào)節(jié)優(yōu)點(diǎn)：獲取更多的風(fēng)能，提供氣動(dòng)剎車，減少作用在機(jī)組上額極限載荷變槳速率約為5°/s，緊急變槳速率為10°/s主動(dòng)失速調(diào)節(jié)特點(diǎn)：可以補(bǔ)償空氣密度、葉片粗糙度、翼型變化對(duì)功率輸出的影響，優(yōu)化中低風(fēng)速的出力額定點(diǎn)之后可維持額定功率輸出葉片可順槳，制動(dòng)平穩(wěn)，沖擊小，極限載荷小概述控制器一：電力電子裝置控制發(fā)電機(jī)的反力矩在額定風(fēng)速以下時(shí)，主要調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)反力矩使轉(zhuǎn)速跟隨風(fēng)速變化，以獲得最佳葉尖速比控制器二：伺服系統(tǒng)控制槳葉節(jié)距在高于額定風(fēng)速時(shí)，主要通過(guò)變槳距系統(tǒng)改變槳距角來(lái)限制風(fēng)力機(jī)獲取能量，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組保持在額定值下發(fā)電，并使系統(tǒng)失速負(fù)荷最小化

5.3.2控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)（離散控制）控制系統(tǒng)的功能原因：風(fēng)能密度低、穩(wěn)定性差風(fēng)速和風(fēng)向隨機(jī)性目標(biāo)：保證系統(tǒng)的可靠性運(yùn)行、能量利用率最大電能質(zhì)量高機(jī)組壽命長(zhǎng)常規(guī)控制內(nèi)容風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)：當(dāng)外部條件（如：負(fù)載、風(fēng)速和空氣密度等）和自身的參數(shù)確定，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組經(jīng)過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)整后將工作在某一平衡工作點(diǎn)。最佳風(fēng)能利用系數(shù)曲線：在不同風(fēng)速下，風(fēng)力機(jī)輸出功率最大點(diǎn)的連線?？刂葡到y(tǒng)的任務(wù)：保證機(jī)組安全可靠運(yùn)行的前提下，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)盡可能靠近風(fēng)力發(fā)電機(jī)的最佳風(fēng)能利用系數(shù)曲線。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組工作狀態(tài)及其轉(zhuǎn)換工作狀態(tài)運(yùn)行狀態(tài)暫停狀態(tài)停機(jī)狀態(tài)緊急停機(jī)狀態(tài)當(dāng)緊急停機(jī)電路動(dòng)作時(shí)，所有接觸器斷開，計(jì)算機(jī)輸出信號(hào)被旁路，使計(jì)算機(jī)沒有可能去激活任何機(jī)構(gòu)。提高工作狀態(tài)層次只能一層一層地上升，而要降低工作狀態(tài)層次可以一層或多層故障處理方式故障檢測(cè)故障記錄對(duì)故障的反應(yīng)故障處理后的重新起動(dòng)當(dāng)外部條件良好，此外部原因引起的故障狀態(tài)可能自動(dòng)復(fù)位。一般可以通過(guò)遠(yuǎn)程控制復(fù)位，如果操作者發(fā)現(xiàn)故障可接受并允許起動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，可以復(fù)位機(jī)組的起動(dòng)自起動(dòng)本地起動(dòng)遠(yuǎn)程起動(dòng)偏航系統(tǒng)的運(yùn)行設(shè)置一定的允許偏差偏航控制系統(tǒng)包括：主動(dòng)偏航90°側(cè)風(fēng)自動(dòng)解纜頂部機(jī)艙控制偏航面板控制偏航和遠(yuǎn)程控制偏航

5.3.3定槳距風(fēng)電機(jī)組的控制（恒頻/恒速）概念在風(fēng)力發(fā)電過(guò)程中保持發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速不變，從而得到和電網(wǎng)頻率一直的恒頻電能調(diào)節(jié)類型定槳距失速型：利用風(fēng)輪葉片翼型的氣動(dòng)失速特性來(lái)限制葉片吸收過(guò)大的風(fēng)能變槳距失速型：通過(guò)葉輪葉片的變槳距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)控制風(fēng)力機(jī)的輸出功率機(jī)組的控制特征失速和制動(dòng)核心問題自動(dòng)失速性能突甩負(fù)載下的安全停機(jī)定義：失速安裝角的調(diào)整失速只與風(fēng)速有關(guān)，失速型風(fēng)機(jī)冬夏兩季的輸出功率不同。夏季空氣密度低，氣壓小，定槳距風(fēng)力機(jī)發(fā)電量小。增加安裝角大小，提高失速點(diǎn)，控制發(fā)電機(jī)的輸出功率在額定功率附近波動(dòng)。反之亦然。主動(dòng)失速風(fēng)力機(jī)雙速發(fā)電機(jī)風(fēng)力機(jī)在低于額定風(fēng)速下運(yùn)行的時(shí)間約占風(fēng)力機(jī)全年運(yùn)行時(shí)間60%~70%，為了充分利用低風(fēng)速時(shí)的風(fēng)能，增加全年的發(fā)電量，近年來(lái)廣泛應(yīng)用雙速異步發(fā)電機(jī)改變電機(jī)定子繞組的極對(duì)數(shù)3種方法：采用兩臺(tái)定子繞組極對(duì)數(shù)不同的異步電機(jī)在一臺(tái)電機(jī)定子上放置兩套不同相互獨(dú)立的繞組，即是雙繞組的雙速電機(jī)在一臺(tái)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(duì)數(shù)，即單繞組雙速電機(jī)通過(guò)改進(jìn)發(fā)電裝置實(shí)現(xiàn)不連續(xù)變速功能方法雙速發(fā)電機(jī)雙繞組雙速感應(yīng)發(fā)電機(jī)雙速極幅調(diào)制感應(yīng)發(fā)電機(jī)運(yùn)行過(guò)程待機(jī)狀態(tài)當(dāng)風(fēng)速達(dá)到切入風(fēng)速，不足以將風(fēng)力發(fā)電機(jī)組拖動(dòng)到切入的轉(zhuǎn)速，或者風(fēng)力發(fā)電機(jī)組從小功率（逆功率）狀態(tài)切出，沒有重新并入電網(wǎng)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的自起動(dòng)風(fēng)輪在自然風(fēng)速的作用下，不依靠其他外力的協(xié)助，將發(fā)電機(jī)拖動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速。自起動(dòng)的條件電網(wǎng)：低、過(guò)電壓（10min）風(fēng)況機(jī)組風(fēng)輪對(duì)風(fēng)并制動(dòng)解除，準(zhǔn)備自起動(dòng)風(fēng)輪對(duì)風(fēng)時(shí)間常數(shù)控制（10s）自動(dòng)解除擾流器回收與松開鉗式制動(dòng)器風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)與脫網(wǎng)并網(wǎng)主電路晶閘管完成。為避免火花產(chǎn)生需用旁路接觸器首先接通。大小發(fā)電機(jī)軟并網(wǎng)程序達(dá)到預(yù)置切入點(diǎn)→晶閘管接通，加速度由大變小→轉(zhuǎn)速超過(guò)同步轉(zhuǎn)速發(fā)電→從旁路接觸器輸送電能至電網(wǎng)從小發(fā)電機(jī)向大發(fā)電機(jī)的切換切換依據(jù)：平均功率或瞬時(shí)功率發(fā)電機(jī)向小發(fā)電機(jī)的切換切換依據(jù)：持續(xù)功率或平均功率電動(dòng)機(jī)起動(dòng)只在調(diào)試期間或某些特殊情況下使用參數(shù)監(jiān)測(cè)和處理電力參數(shù)監(jiān)測(cè)電壓：電網(wǎng)沖擊電流：電路短路保護(hù)（斷路器保護(hù)）；過(guò)電流保護(hù)（軟件）頻率：電網(wǎng)上下限功率進(jìn)行比較功率因數(shù)：通過(guò)電壓相角和電流相角獲得功率監(jiān)測(cè)：過(guò)低、過(guò)高。風(fēng)力參數(shù)監(jiān)測(cè)風(fēng)速監(jiān)測(cè)25m/s，正常停機(jī)33m/s，持續(xù)2s，正常停機(jī)50m/s，持續(xù)2s，緊急停機(jī)，90側(cè)風(fēng)風(fēng)向監(jiān)測(cè)風(fēng)向與機(jī)艙中心線的偏差角機(jī)組狀態(tài)檢測(cè)轉(zhuǎn)速監(jiān)測(cè)溫度監(jiān)測(cè)機(jī)艙振動(dòng)監(jiān)測(cè)電纜扭轉(zhuǎn)監(jiān)測(cè)機(jī)械制動(dòng)狀況油位監(jiān)測(cè)各種反饋信號(hào)的監(jiān)測(cè)

5.3.4變槳距風(fēng)電機(jī)組的控制機(jī)組的控制特性輸出功率特征控制發(fā)電功率方式調(diào)節(jié)槳距角控制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)差率（控制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流來(lái)）在額定點(diǎn)具有較高的風(fēng)能利用系數(shù)V<V額，Cp最大。定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電量高于變槳距風(fēng)力機(jī)V=V額，Cp最大。由于未達(dá)到V額，定槳距風(fēng)力機(jī)已經(jīng)失速，所以發(fā)電量略低于變槳距風(fēng)力機(jī)V>V額，Cp緩慢下降。變槳距風(fēng)力機(jī)發(fā)電量高于定槳距風(fēng)力機(jī)。V=V切出，Cp最小運(yùn)行狀態(tài)變槳距風(fēng)力機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)起動(dòng)狀態(tài)（轉(zhuǎn)速控制）欠功率狀態(tài)（不控制）額定功率狀態(tài)（功率控制）狀態(tài)風(fēng)速力矩發(fā)電功率槳距角控制系統(tǒng)啟動(dòng)狀態(tài)0~V切入增大090°~0°×欠功率狀態(tài)V切入~V額定增大至最大0°×額定功率V額定~V切出減小P額定0°~90°√帶調(diào)整發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)差率的變槳系統(tǒng)變槳距系統(tǒng)有風(fēng)速低頻分量和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制，風(fēng)速的高頻分量產(chǎn)生的機(jī)械能波動(dòng)，通過(guò)迅速改變發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)進(jìn)行平衡，即通過(guò)轉(zhuǎn)子電流控制器對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)差率進(jìn)行控制。在發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)前，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速由速度控制器A直接控制；發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)后，速度控制器B與功率控制器起作用。功率控制器的任務(wù)主要是根據(jù)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速給出相應(yīng)的功率曲線，調(diào)整發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)差率，并確定速度控制器B的速度給定。風(fēng)力機(jī)葉輪起動(dòng)變槳過(guò)程發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流控制技術(shù)原理通過(guò)對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流的控制來(lái)迅速改變發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)差率，從而改變風(fēng)輪轉(zhuǎn)速。應(yīng)用RCC的功率控制系統(tǒng)外環(huán)通過(guò)測(cè)量轉(zhuǎn)速產(chǎn)生參考曲線內(nèi)環(huán)是一個(gè)功率伺服環(huán)，它通過(guò)轉(zhuǎn)子電流控制器（RCC）對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)差率進(jìn)行控制，是發(fā)電機(jī)功率跟蹤給定值。轉(zhuǎn)子電流控制器原理轉(zhuǎn)子電流控制器由快速數(shù)字式PI控制器和一個(gè)等效電阻構(gòu)成。轉(zhuǎn)子電流控制器的結(jié)構(gòu)將普通三相異步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子引出，外接轉(zhuǎn)子電阻，電阻值從0變化到100%，則發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)差率絕對(duì)值增大值10%。特點(diǎn)：開關(guān)速度快提高了發(fā)電機(jī)的效率電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單采用轉(zhuǎn)子電流控制器的功率調(diào)整（了解）為什么要在短暫風(fēng)速下使用轉(zhuǎn)子電流控制技術(shù)反映速度快，可以對(duì)發(fā)電功率瞬時(shí)調(diào)節(jié)降低變槳距動(dòng)作頻率，延長(zhǎng)變槳距機(jī)構(gòu)的使用壽命

5.3.5變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制優(yōu)點(diǎn)低風(fēng)速時(shí)它能夠根據(jù)風(fēng)速變化，在運(yùn)行中保持最佳葉尖速比以獲得最大風(fēng)能；高風(fēng)速時(shí)利用風(fēng)輪轉(zhuǎn)速的變化，儲(chǔ)存或釋放部分能量，提高傳動(dòng)系統(tǒng)的柔韌性，使輸出更加平穩(wěn)?？刂破鞑捎肞ID型控制系統(tǒng)控制器采用PID型控制系統(tǒng)比例（P）環(huán)節(jié)：即時(shí)成比例地反應(yīng)控制系統(tǒng)的偏差信號(hào)e(t)，偏差一旦產(chǎn)生，調(diào)節(jié)器立即產(chǎn)生控制作用以減小偏差。微分（I）環(huán)節(jié)：能反應(yīng)偏差信號(hào)的變化趨勢(shì)(變化速率)，并能在偏差信號(hào)的值變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個(gè)有效的早期修正信號(hào)，從而加快系統(tǒng)的動(dòng)作速度，減小調(diào)節(jié)時(shí)間。積分（D）環(huán)節(jié)：主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無(wú)差度。積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時(shí)間常數(shù)TI，TI越大，積分作用越弱，反之則越強(qiáng)。最佳風(fēng)能利用系數(shù)風(fēng)能利用系數(shù)是葉尖速比λ和槳距角的函數(shù)葉尖速比：由于機(jī)組本身因素（機(jī)械強(qiáng)度和物理性能），如下的特性要受到限制：功率轉(zhuǎn)速風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)