学习《风力发电原理与应用》后的心得体会

第一篇：学习《风力发电原理与应用》后的心得体会

学习《风力发电原理与应用》后的心得体会

在湛蓝天空下，四周安静的时候，给人印象深刻的就是风，它从你的耳畔掠过，从你的指尖流过，胸中浊气涤荡一空，在一呼一吸之间，身心也轻盈起来。在这个空气清新、负氧离子浓密的地方，你可以自由自在地、毫无负担地呼吸。这与清洁能源的大力发展，减少大气污染有很大的关系，这也使得以风能为代表的清洁能源在近年来快速的发展。

现今调整能源结构、减少温室气体排放、缓解环境污染、加强能源安全已成为国内外关注的热点，我国也对可再生能源的利用,特别是风能开发利用也给予了高度重视。我国风能资源总量约42亿千瓦，技术可开发量约3亿千瓦。目前东南沿海是最大风能资源区，风能密度为200W/M2～300W/M2，大于6m/s的风速时间全年3000h以上就可取得较大经济效益。风能与其他能源相比，有其明显的优点：蕴量巨大、可以再生、分布广泛、没有污染。风能和阳光一样，是取之不尽、用之不竭的再生能源。风力发电没有燃料问题，不会产生辐射或二氧化碳公害，也不会产生辐射或空气污染。而且从经济的角度讲，风力仪器比太阳能仪器要便宜九成多。中国风能储量很大、分布面广，甚至比水能还要丰富。合理利用风能，既可减少环境污染，又可减轻越来越大的能源短缺的压力。

近年来，工程师们尝试发展其他更好的方法利用风力。风力虽不很稳定，但是比其他动力资源要来得便利，因为，风向自由、清洁、不会产生不良的副作用。而且风可以推陈出新、供应不断。利用风力发电已越来越成为风能利用的主要形式，受到世界各国的高度重视，而且发展速度最快。风力发电通常有三种运行方式。一是独立运行方式，通常是一台小型风力发电机向一户或几户提供电力，它用蓄电池蓄能，以保证无风时的用电。二是风力发电与其他发电方式（如柴油机发电）相结合，向一个单位或一个村庄或一个海岛供电。三是风力发电并入常规电网运行，向大电网提供电力；而且，通过一个学期对《风力发电原理与应用》的学习，使得我对风力发电机组有了一定的了解，按照风轮形式分类：可分为垂直轴风力发电机组和水平轴风力发电机组。按照有无齿轮分类：可分为直驱式风力发电机和双馈式风力发电机。直驱式风力发电机是一种由风力直接驱动发电机，亦称无齿轮风力发动机，这种发电机采用多极电机与叶轮直接连接进行驱动的方式，免去齿轮箱这一传统部件。由于齿轮箱是目前在兆瓦级风力发电机中属易过载和过早损坏率较高的部件，因此，没有齿轮箱的直驱式风力发动机，具备低风速时高效率、低噪音、高寿命、减小机组体积、降低运行维护成本等诸多优点。双馈风电机组中，为了让风轮的转速和发电机的转速相匹配，必须在风轮和发电机之间用齿轮箱来联接，这就增加了机组的总成本；而齿轮箱噪音大、故障率高、需要定期维护，并且增加了机械损耗；机组中采用的双向变频器结构和控制复杂；电刷和滑环间也存在机械磨损。双馈式风力发电机组的特点是采用了多级齿轮箱驱动有刷双馈式异步发电机。它的发电机的转速高，转矩小，重量轻，体积小，变流器容量小，但齿轮箱的运行维护成本高且存在机械运行损耗。

通过一个学期对《风力发电原理与应用》的学习，也是得我对风力发电的优越性有了更加深刻的理解，其优越性可归归结为三点：第一，建造风力发电场的费用低廉，比水力发电厂、火力发电厂或核电站的建造费用低得多；第二，不需火力发电所需的煤、油等燃料或核电站所需的核材料即可产生电力，除常规保养外，没有其他任何消耗；第三，风力是一种洁净的自然能源，没有煤电、油电与核电所伴生的环境污染问题。

更为重要的是风电资源的开发对环境来讲，利远大于弊。虽然大量的风能资源处于戈壁滩、大草原和沿海滩涂地区，给开发带来不便，但依靠后方力量的支援一定能够克服。此外，虽然风电建设要占用大面积的土地，旋转的风机叶片可能产生噪音污染等，但在荒凉地区开发风电，对社会和环境影响非常少，不占用基本农田，不存在与民争地的矛盾。因此，在这些地区的大风口建设风电，不仅可以利用荒地清洁生产电力，还可以削弱风速，减少冬春季节的扬沙浮尘天气。

第二篇：风力发电原理教学大纲

中等职业学校风力发电教学大纲

课程编号:«978-7-111-35345-4»

课程名称：«风力发电原理»

总 学 时：«64»

先修课程：«风力发电基础，电子电工技术，电力电子»

一、课程性质、目的和任务

本课程是风能与动力工程专业学生的重要专业课。通过本课程学习使学生了解国内外风力发电的发展趋势，掌握风力发电的基本原理，风力发电机组的基本结构及各部分的特性，了解风能资源的基本情况及评估方法，熟悉风电场选址、运行、维护的基本概念和技术，为学习后继课程以及从事本专业工程技术工作提供必要的理论基础。

二、教学要求和内容

«基本要求»：深刻理解、掌握风力发电的基本原理，熟悉风力发电机风轮、发电机、齿轮箱、塔架、辅助装置等各部件的基本结构，参数指标。了解风资源的分布和评估技术，为进行风电场的选址和管理打下初步基础。熟练掌握风电场的运行、维护、并网控制和安全系统知识，为从事风电场工作奠定理论基础。

«基本内容»：本课程主要内容为绪论（风力发电的发展历史、机组结构，国内外的发展趋势）；风能及其转换原理（风的种类及其特性，风的测量及其评估，风能资源的评估及风电场选址概述，风能转换的基本原理，风力机的特性）；风力发电机组的结构（水平轴风电机组的概述，风轮的结构，风电机组传动系统，机舱、主机架与偏航系统，塔架与基础，风电机组的其他部件）；风力发电机（发电机的工作原理，风力发电系统中的风力发电机，并网风力发电机）；风力发电机组的控制机安全保护（风力发电机组的控制技术，风力机控制，风电机控制，风力发电机组信号检测，控制系统的执行机构，风电机组的安全保护）；垂直轴风力发电机组（垂直轴风力发电机组及其发展概况，垂直轴风力机的基本

原理）；离网风力发电系统（离网风力发电机组的应用，微、小型风力发电机组的结构，互补发电系统，储能装置）。

三、教学安排及方式

以课堂讲授为主，课堂讨论和实验为辅的教学手段。本课程的课堂教学中安排专题讲授，采取开放式教学方法，在课堂上学生可以随时提出问题。

四、各教学环节学时分配

（一）学时安排

（二）教学方法

１ 重视实践和实训教学环节，坚持“做中学、做中教”，激发学生的学习兴趣。在教学过程中注重培养学生严谨的工作作风、实事求是的工作态度和良好的职业素养。

２ 可以结合教学进程，组织学生开展常用工程材料、标准机械零部件的市场销售情况调查；组织开展以小论文、小制作、小发明、小改革等为载体的创新思维训练。

３ 阶段性实习训练和综合实践模块是本课程的重要组成部分，是对学生进行风电原理基础综合能力训练的重要环节。教学中可结合专业背景，选择合适的课题，制作综合实践任务书，要求学生完成综合实践报告，强化综合能力培养。

五、考核与评价

１ 注重评价内容的整体性，注重综合素质与能力评价，注重学生爱护工具、节省原材料、节约能源、规范与安全操作和保护环境等意识与观念的评价。

２ 坚持教师评价与学生自评、互评相结合，过程性评价和结果性评价相结合，定性描述和定量评价相结合，倡导采用表现性的评价方式。３ 根据不同学生的特点，对课程教学目标和教学要求可做进一步的细化，考核与评价的标准要与教学目标相对应。４ 对阶段实习训练和综合实践内容独立考核

第三篇：风力发电的工作原理视频与讲解

风力发电的工作原理视频与讲解：风力发电正在世界上形成一股热潮，风力发电在芬兰、丹麦等国家风力发电

很流行，我国也在西部地区大力提倡。因为风力发电没有燃料问题，也不会产生辐射或空气污染，是一种特别好的发电方式风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。依据目前的风车技术，大约是每秒三公尺的微风速度（微风的程度），便可以开始发电。转子叶片：捉获风，并将风力传送到转子轴心。现代600千瓦风力发电机上，每个转子叶片的测量长度大约为20米，而且被设计得很像飞机的机翼。

1、2、火力发电的工作原理视频与讲解

水力发电的工作原理视频与讲解：水力发电的基本原理是利用水位落差，配合水轮发电机产生电力，也就是利用水

三峡大坝 的位能转为水轮的机械能，再以机械能推动发电机，而得到电力。科学家们以此水位落差的天然条件，有效的利用流力工程及机械物理等，精心搭配以达到 最高的发电量，供人们使用廉价又无污染的电力。

在河流高处建立水库提高蓄水位，在较低的下游

3、太阳能发电的工作原理视频与讲解：

光—电直接转换方式该方式是利用光电效应，将太阳辐射能直接转换成电能，光—电转换的基本装置就是太阳能电池。太阳能电池是一种由于光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件，是一个半导体光电二极管，当太阳光照到光电二极管上时，光电二极管就会把太阳的光能变成电能，产生电流。当许多个电池串联或并联起来就可以成为有比较大的输出功率的太阳能电池方阵了。太阳能电池是一种大有前途的新型电源，具有永久性、清洁性和灵活性三大优点.太阳能电池寿命长，只要太阳存在，太阳能电池就可以一次投资而长期使用；与火力发电相比，太阳能电池不会引起环境污染。

4、柴油发动机的工作原理视频与讲解

5、汽车发动机的工作原理视频与讲解

6、新能源汽车的工作原理视频与讲解

7、火力发电与汽柴油对环境的污染，柴静的视频

8、我们要怎样才能环保：

1、走路

2、骑自行车

3、骑电动车、4、坐公交车

5、劝说父母出行少开私家车

6、做到随手关灯的好习惯

9、收集一下本人的工作范畴：讲解一下中国南车的业务范围：高铁、火车、风力发电、公交车并带一段视频

10、提问：哪个发电能源最环保：

11、电的来源：火力发电、风力发电、水力发电、核电、石油（柴油机）发电

12、水电要淹没大量土地，有可能导致生态环境破坏，而且

13、水力：大型水库一旦塌崩，后果将不堪设想。另外，一个国家的水力资源也是有限的，而且还要受季节的影响。

14、火电：火电需要燃烧煤、石油等化石燃料。一方面化石燃料蕴藏量有限、越烧越少，正面临着枯竭的危险。据估计，全世界石油资源再有30年便将枯竭。另一方面燃烧将排出二氧化碳和硫的氧化物，因此会导致温室效应和酸雨，恶化地球环境

核电：核电在正常情况下固然是干净的，但万一发生核泄漏，后果同样是可怕的。前苏联切尔诺贝利核电站事故，已使900万人受到了不同程度的损害；2011年3月11日13时46分，日本福岛发生9.0级地震，引发震惊国际的福岛核电站事故，造成核电站附近30公里成为无人区；方圆5公里的海洋资源将受到不同程度的影响或是海洋生物变异它是以核反应堆来代替火电站的锅炉，以核燃料在核反应堆中发生特殊形式的“燃烧”产生热量，来加热水使之变成蒸汽。使核能转变成热能。蒸汽通过管路进入汽轮机，推动汽轮发电机发电，使机械能转变成电能。一般说来，核电站的汽轮发电机及电器设备与普通火电站大同小异，其奥妙主要在于核反应堆。核反应堆

核反应堆，又称为原子反应堆或反应堆，是装配了核燃料以实现大规模可核反应堆工作原理图

15、太阳能发电：太阳能照射的能量分布密度小，约100 W/m2；

年发电时数较低，平均1300 h；

不能连续发电，受季节、昼夜以及阴晴等气象状况影响大； 精准预测系统发电量比较困难；

光伏系统的造价还比较高，系统成本40000～60000元/kW。

16、风力发电：

17、风能为洁净的能量来源。内蒙古草原上的风力发电机

风能设施日趋进步，大量生产降低成本，在适当地点，风力发电成本已低于发电机。

风能设施多为不立体化设施，可保护陆地和生态。

风力发电是可再生能源，很环保

18、优点19、1.核能发电不像化石燃料发电那样排放巨量的污染物质到大气中，因此核能发电不会造成空气污染。

20、2.[2]。

21、3.核能发电所使用的铀燃料，除了发电外，没有其他的用途。

22、4.核燃料能量密度比起化石燃料高上几百万倍，故核能电厂所使用的燃料体积小，运输与储存都很方便，一座1000百万瓦的核能电厂一年只需30公吨的铀燃料，一航次的飞机就可以完成运送。

23、5.核能发电的成本中，燃料费用所占的比例较低，核能发电的成本较不易受到国际经济情势影响，故发电成本较其他发电方法为稳定。

24、缺点25、1.核能电厂会产生高低阶放射性废料，或者是使福岛核电站用过之核燃料，虽然所占体积不大，但因具有放射线，故必须慎重处理，且需面对相当大的政治困扰。

26、2.核能发电厂热效率较低，因而比一般化石燃料电厂排放更多废热到环境裏，故核能电厂的热污染较严重。

27、3.核能电厂投资成本太大，电力公司的财务风险较高。

28、4.核能电厂较不适宜做尖峰、离峰之随载运转。

29、5.兴建核电厂较易引发政治歧见纷争。

30、6.核电厂的反应器内有大量的放射性物质，如果在事故中释放到外界环境，会对生态及民众造成伤害。

31、缺点

风力发电在生态上的问题是可能干扰鸟类，如美国堪萨斯州的松鸡在风车出现之后已渐渐消失。目前的解决方案是离岸发电，离岸发电价格较高但效率也高。

在一些地区、风力发电的经济性不足：许多地区的风力有间歇性，更糟糕的情况是如台湾等地在电力需求较高的夏季及白日、是风力较少的时间；必须等待压缩空气等储能技术发展。

风力发电需要大量土地兴建风力发电场，才可以生产比较多的能源。

进行风力发电时，风力发电机会发出庞大的噪音，所以要找一些空旷的地方来兴建。

现在的风力发电还未成熟，还有相当发展空间

第四篇：玻璃钢材料在风力发电的应用

玻璃钢复合材料在风力发电领域中的应用

摘要：本文简单介绍了玻璃钢复合材料的特点,以及玻璃钢制品在风力发电领域常用的成型工艺；重点叙述了玻璃钢复合材料在风机叶片、机舱罩、整流罩及其他附件中的应用；提出了目前玻璃钢复合材料在风电发电领域应用存在的问题。具有一定的现实意义和实用价值。

关键字：玻璃钢复合材料、风机叶片、机舱罩、整流罩

来自世界权威机构的统计：石油、天然气、煤炭等储量的开采年限分别仅有41、61.9、230。日益萎缩的燃料能源使得新能源的发展前景喜人，而新能源的清洁、环保和可再生的突出特点使得其利用与发展在全球经济的发展大局中不断升温。上世纪70年代以来，新能源开发利用受到世界各国的普遍重视，许多国家都将开发利用新能源作为提高能源安全、应对气候变化和实施可持续发展战略的重要途径。最近几年，随着国际石油价格的大幅攀升以及《京都议定书》的生效，新能源发展愈加成为国际能源领域的热点。

从目前新能源的资源状况和技术发展水平来看，水能、风能、生物能和太阳能已经成为发展重点。其中，风电技术已基本成熟，开发成本接近常规能源，未来将会继续保持较快的发展速度。到2006年底，世界风电装机总容量达到了7500万千瓦，过去10年中年均增长28%，已成为继火电、水电和核电之后的第四大主要发电电源。

在风力发电领域玻璃钢复合材料扮演着重要角色，它是风力发电机叶片、机舱罩、整流罩等部件的主要制作材料，它的性能好坏直接决定着风机的工作效率和使用寿命。因此，研究玻璃钢复合材料的特点、性能、制作工艺、常用制品并能在风力发电领域有效的加以利用具有一定的使用价值和重要的现实意义。1.玻璃钢复合材料 1)玻璃钢复合材料简介

玻璃钢学名玻璃纤维增强塑料。它是以玻璃纤维及其制品作为增强材料，以合成树脂作基体材料的一种复合材料。玻璃纤维是由不同成分的玻璃为原料，经熔融后拉丝制得的，其直径为0.1～30微米不等,它是应用很广的一种无机材料。

用于玻璃钢的玻璃纤维主要是玻璃布、玻璃带、玻璃纤维合股纱和攻璃纤维表面毡等。在玻璃钢中，树脂则是基体材料。通常树脂合显约为玻璃钢制品重量的20～80％。树脂的性能对玻璃钢的性能有着直接的影响。常用的热固性树脂中，主要有不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂。而目前用得最多的是不饱和聚酯树脂，环氧树脂及酚醛树脂次之。不同的树脂对应不同的玻璃钢制品，其性能有着明显的差异。相对聚酯玻璃钢来说，环氧玻璃钢机械性能、耐腐蚀性都比较优越，但其成型较为困难，价格昂贵，毒性大。在风电领域环氧玻璃钢主要用于叶片的制作，聚酯玻璃钢用于机舱罩、整流罩等其他玻璃钢零部件的制作。2)玻璃钢复合材料的特点

a)轻质高强 相对密度在1.5～2.0之间，只有碳钢的1/4～1/5，可是拉伸强度却接近，甚至超过碳素钢，而比强度可以和高级合金钢相比。

b)耐腐蚀性能好 FRP是良好的耐腐材料，对大气、水和一般浓度的酸、碱、盐以及多种油类和溶剂都有较好的抵抗能力。是优良的绝缘材料，用来制造绝缘体。高频下仍能保护良好介电性。FRP热导率低，是优良的绝热材料,室温下为1.25～1.67kJ /(m·h·k)，只有金属的1/100～1/1000。

c)可设计性好 可以根据需要，灵活地设计出各种结构产品，也可以充分选择材料来满足产品的性能。

d)工艺性能优良 以根据产品的形状、技术要求、用途及数量来灵活地选择成型工艺。工艺简单，可以一次成型，经济效果突出，尤其对形状复杂、不易成型的数量少的产品，更突出它的工艺优越性。3)风力发电中的玻璃钢制品主要成型方法

a)手糊法 操作简单、成本低，但产品质量不稳定，主要用于整体制品和机械强度不高的大型制品。目前手糊法是制作叶片、机舱罩、整流罩的主要成型方法。

b)真空导入法

真空导入法的原理是：一个真空袋与模具形成的耐压密闭腔内先填满纤维增强材料，再用压力将液态树脂注入模腔使其浸透增强纤维，然后固化成型。密闭成型，产品尺寸和外型精度高，适合成型高质量的复合材料整体构件；制品表在光洁度高；成型效率高，环境污染小。工艺属于半机械化的复合材料成型工艺，工人只需将设计好的纤维制品按照工艺要求铺好，然后表面铺设真空袋，与模具形成密闭腔，然后用空压机抽真空并保持恒定压力，使真空袋紧贴纤维制品，随后注射已配比好的树脂，注射树脂时通过压力表密切注意密闭腔内压力的变化，出现大的变化时应立即停止注射树脂，检查密闭性并修复，这样形成的产品气泡少、树脂淤积少、纤维得到了充分浸润。与手糊工艺相比，不但节约了粘接工艺的各种工装设备，而且节约了工作时间，提高了生产效率，降低了生产成本。同时由于采用了低粘度树脂浸润纤维以及采用加温固化工艺，大大提高了复合材料的质量和生产效率。

c)夹层结构 夹层结构一般是由三层材料制成的复合材料，采用夹层构方式是为了提高材料的有效利用率和减轻结构重量、增加基体刚度。根据所用的芯材种类和形式的不同，分为泡沫塑料夹层结构、蜂窝夹层结构、梯形和矩形带头作用层结构、圆环形夹层结构。2.玻璃钢复合材料的应用

a)叶片 叶片是整个风力发电机的关键部件,它的性能优劣、设计好坏直接影响到配套的齿轮箱和发电机的设计和正常运行。风力发电机叶片是一个复合材料制成的薄壳结构，结构上分3个部分：第一部分为根部：材质一般为金属。第二部分为外壳：一般为玻璃钢，通常是使用双、多轴向织物为增强体与基体树脂复合而成。织物可以具有不同的结构，与不同的材料进行复合，再用树脂进行连结，模塑成半个外壳。一对半个外壳粘在一起形成一个承载外壳，第三部分为龙骨，即加强筋或加强框，一般为玻璃纤维或碳纤维增强复合材料，双轴向经编织物和多轴向经编织物增强复合材料的基布比经纬交织的机织物具有更明显的优势。这类轴向织物承受载荷的纱线系统按要求排列并绑缚在一起，因此能够处于最佳的承载状态。目前，大型风机叶片主要采用玻璃纤维、玻璃纤维/碳纤维混杂、碳纤维等增强体的复合材料。由于玻璃纤维的价格仅为碳纤维价格的1/10左右，而玻璃纤维增强复合材料叶片因为其质量轻比强度高、可设计性强、价格比较便宜等因素，还是大中型风机叶片材料的主流。

b)机舱罩、整流罩 机舱罩、整流罩是风力发电机抵抗恶劣环境的外壳，同时也给风机维护人员提供了安全闭合的操作空间，它能防沙、防雨、防雷和保温，起到保护风力发电机整机、轮毂及其电器元件的作用，它的性能好坏直接决

定着风机的使用寿命。从材料角度分为两部分玻璃钢部分和非玻璃钢部分（主要是金属附件），玻璃钢部分结构又分为两种：夹层结构和全玻璃钢结构，罩体主要采用的是夹层结构，夹芯以泡沫为主，在需要打孔来安装附件的区域泡沫夹芯用密度较大、硬度较高的材料替代，常用的有木材或聚亚安酯材料。全玻璃钢结构主要用于强度要求比较高的连接法兰和开口翻遍处。机舱罩、整流罩内部布有 纵、横加强筋，以增加罩体的强度和刚度，保证风机能经受住风载、雪载、冰载等综合载荷。

风机排风口罩、风机高速轴护罩等小部件 小部件结构简单、量小、载荷要求不高，基本采用手糊法制作。3.存在的问题

虽然玻璃钢复合材料在风电领域得到了极大的应用，但个人认为以下的问题还是制约着其发展：(1)机舱罩、整流罩制作

目前国内没有统一的国家标准，在材料性能、载荷分析、制品要求等大多参考国内外船级社的规定，严重制约着新产品的设计，加上国内同行业间的技术壁垒，先进的技术得不到广泛推广。(2)玻璃钢制品最大的特点是易变形

如何能有效的控制大型制品的变形量并加以量化，是提高产品质量的一个难点。4.结论

玻璃钢作为一种新型的工程材料拥有突出的性能，在风电发电领域起着举足轻重的作用；相信在不远的将来，随着生产技术的不断发展，玻璃钢产业会成为我国一种新型的支柱产业。

第五篇：《风力发电原理》教案(2014版)

第1章 绪论

 风力发电过程中，风轮将风能转化机械能，发电机将机械能转化电能

 在能量转化与传递过程中，风能的特性是决定因素

 自然风是一种随机的湍流运动，影响风电机组中机械设备、电气设备的稳定性，对电网造成冲击

 风能是太阳能的一种表现形式

 风能密度高低关系到风电度电成本高低

1.1 风的形成

 温度不是独立参量，而是系统的几何参量、力学参数、化学参数和电磁参量的函数

 大气运动遵循大气动力学和热力学变化的规律。空气运动与大气压力的分布及变化

 静力学方程： dppgdz

1.当dz>0时，dp<0，即气压是随高度的增加而减小的。

2.气压随高度增加而减少的快慢主要取决于空气的密度。

3.某一高度z上的气压等于从该高度直到大气上界的单位截面积空气柱的重量。这是大气静力学气压定义。

 单位气压高度差（气压差）：在垂直气柱中，每改变单位气压时所对应的高度差

hdz180001t dpgp1.气压愈低（即温度愈高），单位气压高度差愈大

2.温度愈高，单位气压高度差愈大 1.1.1 大气环流

 环流原因：日地距离和方位不同，所接受的太阳辐射强度各异

 科氏力：由于地球自转形成的地球偏向力的存在，这种力称为科里奥利力，简称偏向力或科氏力。在此力作用下，在北半球使气流向右偏转，在南半球使气流向左偏转。 三圈环流 1.1.2 季风环流

1.季风环流

季风：在一个大范围地区内，它的盛行风向或气压系统有明显的季风变化。这种在一年内随着季节的不同，有规律转变风向的风

东北亚季风和南亚季风对我国天气气候变化都有很大影响

 形成季风环流的因素：

 海陆差异：冬季，风从大陆吹向海洋；夏季，风从海洋吹向大陆

 行星风带的季节转换转换：5个风带在北半球的夏季向北移动，冬季向南移动

 地形特征：青藏高原  季风指数

 它是由地面冬夏盛行风向之间的夹角来表示的，当夹角在120°-180°之间，认为是属于季风，然后1月和7月盛行风向出现的频率相加除以2，即I=（f1+f2）/2为季风指数

I>40%季风区

I=40%-60%为较明显区季风区

I>60%为明显季风区。2.局地环流

1.海陆风：以日为周期（湖陆风）

2.山谷风 1.1.3 风力等级

 根据风速大小来划分的。国际上采用英国人蒲福于1805年所拟定的，称为“蒲福风级”。从静风到飓风共分为13级。1946年以来风力等级修改，由13级变为17级。

风级 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 称谓 无风 calm 软风 light air 轻风slight breeze 微风 gentle breeze 和风 fresh breeze 清风 strong breeze 强风 near gale 疾风 gale 大风 strong gale 烈风 violent strom 狂风 storm 暴风 violent storm 飓风 hurricane

一般描述 烟直上

仅烟能表示风向，但不能转动风标 人面感觉有风，树叶摇动，普通之风标转动

树叶及小枝摇动不息，近期飘展 尘土及碎纸被风吹扬，树分枝摇动

有叶小树开始摇摆

树木枝摇动，电线发出呼呼啸声，张伞困难

小树枝被吹折，步行不能前进 建筑物有损坏，烟囱被吹倒 树被风拔起，建筑物有相当破坏 极少见，如出现必有重大灾害

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  风力等级换算

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 风的测量

1.测风系统

 风的测量包括风向测量和风速测量

 风向测量：风的来向

 风速测量：单位时间内空气在水平方向上所移动的距离

 组成

 传感器：将模拟信号转换成数字信号。包括：风速传感器、风向传感器、温度传感器、气压传感器

 主机：对传感器发出的信号进行采集、计算和存储，由数据记录装置、数据读取装置、微处理器、就地显示装置组成 数据存储装置：

 电源：提高系统工作可靠性，要求两备用电源

 安全与保护装置：要求在输入信号和主机、环境之间增设保护和隔离装置。提高数据准确的可靠性

2.风速测量

1.风速计

 旋转式风速计：风杯和螺旋桨叶片，最常用的传感器是风杯

 压力式风速计：利用流体的全压力与静压力之差来测定风的动压

2p1pp0pV21cV21c1/2

 散热式风速计：被加热物体的散热速率与周围空气的流速有关

 声学风速计

2.风速记录

 机械式，电接式，电机式，光电式 3.风速表示

 风速大小与风速计安装高度和观测时间有关

 高度：10m  时间：2min，10min和瞬时风速。风能资源计算时选用10min平均风速

3.风向测量

 分类：单翼型、双翼型和流线型等

 组成：尾翼、指向杆、平衡锤和旋转主轴

 传送和指示方法：电触点盘、环形电位、自整角机和光电码盘。最常用的是光电码盘

 风向杆的安装方位指向正北 1.2 风能资源

1.2.1 风能的特点

 在1个标准大气压、0℃条件下，空气的密度是淡水密度的1.293‰，淡水密度是空气密度的773.3倍

 风能资源的储量取决于这一地区风速的大小和有效风速的持续时间

 风吹过后必须经过前后、左右各10倍直径距离后才能恢复到原来的速度

 理论开发风能储量： RWS/100a  实际可开发量： R0.785R/10

 全国风能实际可开发量为2.53×1011W  有效风能密度和可利用的年累计小时两个指标表示

等级 风资源丰富区 风资源次丰富区 风资源可利用区 风资源贫乏区

风资源丰富区 东南沿海、山东和辽东半岛沿海及岛屿 内蒙古和甘肃北部 松花江下游地区

风资源次丰富区 沿海地区 三北地区 青藏高原中部和北部地区

风资源可利用区 两广沿海 大、小兴安岭山地

三北中部

风资源贫乏区 以四川为中心 雅鲁藏布江河谷 塔里木盆地西部 年有效风功率密

度W/m2

>200 200-150 150-100 <100

风速年累计小时数h

>5000 5000-4000 4000-2000 <2000

年平均风速

m/s

>6 5.5 5 4.5

'6 1.2.2 中国风能资源分布特点 1.3 风能的数字描述

1.3.1 风特性

 100m高度以下的地表层的风

 风特性分为平均风特性和脉动风特性

平均风特性包括：

平均风速

平均风向

 风速轮廓

 风频曲线

 脉动风特性包括：

 脉动风速

 脉动系数

 风向

 湍流强度 1.平均风速和风向

 瞬时风速由平均风速和脉动风速组成：VtVV't 平均风速： V1t2Vtdt t1t2t1 不同时距计算平均风速时，其值不同，时距10min到1h范围内功率谱曲线比较平坦

 我国规范规定的时距为10min  我国规范规定的高度为10m 平均风向

 风向一般由16个方位表示，即北东北（NNE）、东北（NE）、东东北（ENE）、东（E）、东东南（ESE）、东南（SE）、南东南（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）。静风记为C

平均风向

 以正北为基准，顺时针，东风为90°，南风为180°，西风为270°，北风为360°

2.脉动风速

 在某时刻t，空间某点上的瞬时风速与平均风速的差值，其时间的平均值为零：V'tVtV

 湍流强度：描述风速随时间和空间变化的程度，反映风的脉动强度，是确定结构所受脉动风载荷的关键参数。

 湍流强度

 描述风速随时间和空间变化的程度，反映风的脉动强度，是确定结构所受脉动风载荷的关键参数。

 湍流强度：10min时距的脉动风速均方根与平均风速的比值： u'v'w'/3u'v'w'/3 222222uvw222V 与离地高度与地表面粗糙度有关

 阵风因子：阵风持续期内平均风速的最大值与10min时距的平均风速之比

 持续期越大，对应的阵风因子越小

 阵风系数同湍流强度有关，湍流强度越大，则阵风系数越大  湍流功率谱密度

 形成原因：许多不同尺度的涡运动组合而成的，空间某点的脉动风速是由不同尺度的涡在该处形成的各种频率的脉动叠加而成的

 作用：描述涡流中不同尺度的涡的动能在湍流脉动动能所占的比例

3.平均风速和风向的表示

 风（向）玫瑰图：根据各方向风出现的频率按相应的比例长度绘制在图上

 盛行风向  风向旋转方向  最小风向频率

平均风速和风向的表示

 风能玫瑰图：反映风能资源，包含风向和风速的信息

 风向频率：在一段时间内各种风向出现的次数占观测总次数的百分比

 风速频率：在一个月或一年的周期中发生相同风速的时数占这段时间刮风总时数的百分比。

 直线的长度表示一年内这个方向的风的时间百分数

 生产中用到图种类

 风速分布图

 风功率密度分布图         风速功率密度月变化图

风速功率密度日变化图

风向玫瑰图

风功率玫瑰图

风速和功率分布

月风向玫瑰图

月风能玫瑰图

月风速功率玫瑰图

4.平均风速随高度变化

 在大气边界层中，平均风速随高度发生变化，其变化规律称为风剪切或风速廓线

 风速廓线符合对数律分布或指数分布

 对数律分布

 在近地层中，造成风在近地层中的垂直变化的原因有动力因素和热力因素

uu*ZlnKZ0u*

 指数律分布

0

Znunu1Z

1 α值的变化与地面粗糙度有关

类别

α值

A B C D 0.12 0.16 0.20 0.30 场所

近海海面、海岛、海岸、湖岸及沙漠

田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的中小城镇和大城市郊区

密集建筑物群的城市市区

密集建筑群且建筑面较高的城市市区

10 1.3.2 风能公式 1.空气密度

   

p0.378e 1.27610.00366t1000p—气压，hPa

t—气温，℃

e—水汽压，hPa

风的统计特性的重要形式是风速的频率分布，资料的长度至少有3年以上的观测记录，风电场前期的风资源测量工作要求1年以上，且数据的完成率为95% 2.风速的统计特性

 威布尔分布

kxPxcc

k1xkexp

c 其中，k和c为威布尔分布的两个参数，k称为形状参数，c称为尺度参数

 c=1，标准威布尔分布

 k=1，指数型；k=2，瑞利分布；k=3.5，正态分布

 风速频率分布一般为偏态，风力愈大的地区，分布曲线愈平缓，峰值降低右移

3.风能公式

 风能：E11mV2tAV3td2V3tWh 228 风功率：P8d2V3W

4.平均风能密度和有效风能密度

1V3 21T1V3dt 平均风能密度 WT02 风能密度 W 实际应用，计算某地年（月）风能密度：WymW1t1W2t2Wntn

t1t2tn11 第2章 风力发电的基本原理

2.1 工作原理

 为什么大型并网风力机仅到20世纪的中后期才获得应用？

 常规发电还能满足需要，社会生产力水平不够高，还无法顾及降低环境污染和解决偏远地区的供电

 能够并网的风力发电机的设计与制造，只有在现代高技术出现后才有可能，20世纪初期是造不出现代风力发电机

 风力机风轮运转（叶片旋转）工作原理

 当气流流经上下翼型形状不同的叶片时，因凸面的弯曲而使气流加速，压力较低，凹面较平缓，使气流速度减缓，压力较高，因而产生作用于叶面的升力。

 现代风力发电的原理

 利用风力带动风轮叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促进发电机发电

 两种物质流

 能量流

 信息流：控制系统的功能是过程控制和安全过程。过程控制包括起动、运行、暂停、停止

 信息流的作用

 变桨距风机根据风速变桨  变速型风机根据风速变速  根据风向变化对风

 需停机时，执行气动刹车和机械制动  风力机的主要组成

 机械组成：风轮、机舱、塔架和基础

 功能构成：变桨系统、发电系统、主传动系统、偏航系统和控制系统

 风轮

 作用：把风的动能转变为机械能的重要部件

 要求：强度高、重量轻

 材料：玻璃钢或其他复合材料（如碳纤维） 发电机

 作用：由风轮得到的恒定转速，通过升速传递给发电机均匀运转，把机械能转变为 电能的装置

 塔架

 作用：支承风轮、尾翼和发电机的构架

 要求：高且强度高 2.2 风力发电基本原理

1.1919年德国的A ·贝茨（Betz）理论

 贝茨（兹）假设

 风轮没有锥角、倾角和偏角，全部接受风轮风能（没有轮毂），叶片无限多，对空气流没有阻力

 风轮叶片旋转时么有摩擦阻力；风轮前未受扰动的气流静压和风轮后的气流静压相等

 风轮流动模型可简化成一个单元流管，不考虑尾流旋转

 作用在风轮上的推力是均匀的  贝茨理论

 质量守恒 S1V1S2V2SV

 欧拉定理（动量定理）FSVV1V2  风轮吸收额功率为 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 动能定理 WVVPS12V1V2

2 求P的最大值 2dP1SV122V1V23V22 dV24 当 V2 则 Pmax V1 38SV13 27 理论最大效率（理论风能利用系数）：Cmax8SV13Pmax16270.59

31127SV13SV132214  风力机实际吸收的有用功率为: P1CPSV13 2 推导过程所用理论

 质量守恒

 欧拉定理（动量定理）

 动能定理

 能量守恒

2.叶素理论

 1889年，Richard Froude提出叶素理论

 作用：从叶素附近流动来分析叶片上的受力和功能交换

 叶素：风轮叶片在风轮任意半径r处的一个基本单元，它是由r处翼型剖面延伸一小段厚度dr而形成

 叶素

 叶素理论假设

 叶片分割成无限多个叶素，每个叶素厚度无限小，叶素为二元翼型

 叶素都是独立，之间不存在相互作用，通过各叶素气流不相互干扰

 忽略叶片长度的影响

 叶素剖面和气流角、受力关系

1W2CCrdr

212 阻力：dDWCCDdr

2 升力：dL 合速度：W 进一步计算的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 转矩：dMBdFr1W2BCCrrdr 23.涡流理论

 涡流流动假设

 忽略叶片翼型阻力和叶梢损失的影响

 忽略有限叶片数对气流的周期性影响

 叶片各个径向环断面之间相互独立

 风轮涡流示意图

 涡流引起的风速可看成是由3个涡流系统叠加的结果

 中心涡：转轴上

 附着涡：叶片上

 螺旋涡（自由涡）：叶片尖部

 在风轮旋转平面处气流的轴向速度：V1V1

 其中，α为轴向诱导因子；V1V2 V1 风轮变径r处的切向速度U1b 第3章 风力机

 风力发电的优越性

 建造费用低廉

 产生电力无需其他任何消耗  没有环境污染

 运行简单，无人值守  实际占地少

3.1 风力机概念

 风力机是以风力作能源，将风力转化为机械能而做功的一种动力机

 一种能截获流动的空气所具有的动能并将风轮叶片迎风扫掠面积内的一部分动能转化为有用机械能的装置

 又称风动机、风力发动机和风车 3.2 风力机的分类

1.按风力机风轮轴所在的空间位置来分

 水平轴风力机：风轮轴平行或接近平行于水平

 上风向风力机

 下风向风力机

 垂直轴风力机：风轮轴垂直于水平面

2.按风力机功率大小来分

 微型风力机：1kW以下

 小型风力机：1~10kW  中型风力机：10~100kW  大型风力机：100~1000kW  巨型风力机或兆瓦级风力机：1000kW以上 3.按正常工作状态下的转速分：

 高速风力机：叶尖速比λ（高速性系数）大于3  低速风力机

4.按叶片数目的多少分

 少叶（翼）式风力机：叶片数目小于或等于4片

 多叶片风力机 5.按叶片工作原理分

 升力型风力机

 阻力型风力机

6.按叶片升力翼型的形状分

 螺旋桨式

 达里厄式

7.按功率调节方式分

 定桨距风力机

 普通变桨距型（正变距）风机  主动失速型（负变距）风机 8.按传动形式分

 高传动比齿轮箱型（双馈型） 直接驱动型

 中传动比齿轮箱型（半直驱）3.3 水平轴风力机

 水平轴风力机的优势

 升力比阻力大得多

 升力装置可以得到较大的叶尖速比 λ  价格和功率之比较低

 上风式风力机：水平轴风力机的风轮在塔架的前面迎风旋转  固定桨距：在高风速时依靠叶片翼型及叶片内部构造达到自动失速以限制风力机转速及输出功率的目的

 桨距可调：分全翼展桨距可调及部分翼展可调 1.风轮

 作用：将风能转化为机械能，是风力发电机接收风能的部件

 叶片的翼型和材料强度决定了风轮吸收风能的效率和叶片寿命

 相对轮毂安装叶片转动的称变桨距风轮 2.风力发电机

 直流发电机

 同步交流发电机

 异步交流发电机

 交流永磁发电机

3.塔架

 作用：用来支撑风力机及机舱内（或机座上）各种设备，并使之离开地面一定高度，以使风力机能处于良好的风况环境下运转

4.机舱（或机座）

 作用：用来支撑风轮以及与风轮相连的齿轮传动（变速）装置、调速装置及调向机构等

5.调向装置

 使风轮能随着风向的变化随时都迎着风向，以最大限度地获取风能

6.调速装置

 当风速不断变化时使风轮的转速维持在一个接近稳定不变的范围内。

7.刹车制动装置

 使风力发电机停止动转的装置

8.增速器及联轴器

 由于风轮的转速低而发电机转速高，为匹配发电机，要在低速的风轮轴与高速的发电机轴接一个增速器

 高速联轴器：增速器与发电机之间

 低速联轴器：风轮轴与增速器之间 3.4 垂直轴风力机

1.优点

 寿命长，易安装

 利于环保

 无需偏航对风

 叶片制造工艺简单

 叶片仅受沿展向的张力

 无塔影效应

 运行条件宽松 2.缺点

1.风能利用率

2.启动风速

3.增速结构

4.难控制易失速

5.加工工艺不成熟 3.达里厄型风力机

4.旋转涡轮式风力机 第4章 风力发电机组

4.1 风力发电机组的分类和构成

1.风力发电机组的分类

1.根据风力机轴的空间位置分类

 水平轴风力发电机组

 风轮围绕一个水平轴旋转，风轮的旋转平面与风向垂直  垂直轴风力发电机组

 风轮的旋转轴垂直于地面或气流方向，可以接受来自任何方向的风，无须对风；齿轮箱和发电机可以安装在地面上，减轻风力机发电机组承重，且方便维护

 叶片越多，转得越慢，叶片数多的风力机通常称为低速风力机，它在低速运行时，有较大的转矩。它的启动力矩大、启动风速低，因而适用于磨面、提水

 叶片数目少的风力机通常称为高速风力机，它在高速运行时有较高的风能利用系数，但启动风速较高，适用于发电 2.根据风轮的迎风方式分类

 上风型水平轴风力发电机组

 风首先通过风轮再穿过塔架，风轮总是面对来风方向，风轮在塔架“前面”，必须有某种调向装置来保持风轮迎风

 下风型水平轴风力发电机组

 风首先通过塔架在穿过风轮，风轮在塔架“后面”，能够自动对准风向。

3.根据风轮与发电机之间的连接方式分类

 变速式风力发电机组

 带有增速齿轮箱

 直驱式风力发电机组

 风轮直接驱动同步多极发电机

4.根据叶片能否围绕其纵向轴线转动分类

 定桨距式风力发电机组

 当风速变化时，桨叶的迎风角度不能随之变化，在转速恒定的条件下，风速增加超过额定风速时，如果风流与叶片分离，叶片将处于“失速”状态，风轮输出功率降低

 变桨距式风力发电机组

 风速变化时，桨叶的迎风角能随之变化 5.根据发电机组负载形式分类

 并网型风力发电机组

 通过并网逆变器直接馈入电网，然后电力通过电网再输送给用电户

 离网型风力发电机组

 独立于现有电网，需要蓄电池蓄能

2.风力发电机组的构成

 一次能源系统：叶片、轮毂

 主传动系统：主轴、主轴轴承、齿轮箱、联轴器

 支撑系统：导流罩、机舱罩、底盘、塔筒、基础      发电系统：同步发电机（永磁式同步发电机）、异步发电机（双馈式异步发电机）

制动系统：机械制动（液压系统）、空气动力制动、偏航系统

变桨系统

避雷系统 4.2 一次能源系统

1.叶片的构造

 材料：玻璃纤维增强塑料（GFRP）、碳纤维增强塑料（CFRP）、木材、钢和铝。 复合材料以玻璃纤维或碳纤维为增强材料，树脂为基体。优点：比重小，强度较高；易成型性好；耐腐蚀性强；维护少，以修补。 钢材主要用于叶片内部结构的连接件

2.叶片叶柄结构

 采用螺栓与轮毂连接，形成悬臂形式：螺纹件预埋件、钻孔组装式

 木质、铝合金挤压成型等弦长、钢制、钢纵梁玻璃钢、玻璃钢

3.叶片数

 两叶片风轮对应最大风能利用系数的转速比较高。

 对刚性轮毂来说，作用在两叶片风轮的脉动载荷要大于三叶片风轮。 接受程度 4.轮毂

 固定式轮毂：铸造结构或焊接结构  铰链式轮毂

 用于有叶柄的单叶片和二叶片风轮。

 叶片被悬挂的角度与风轮转速有关，转速越低，角度越大。

5.叶片的基本几何定义

 叶尖

 叶片投影面积  叶片翼型  中弧线  前缘  后缘  几何弦

平均几何弦长  气动弦长  厚度  相对厚度  弯度  安装角  扭角  几何攻角

6.叶片的基本几何定义

 当攻角增大时，升力系数Cl成线性递增，当攻角达到某一值α时，Cl突然下降，这一现象称为失速。α称为临界攻角。

 压力中心点：对于某一特定攻角，翼型总对应一特殊点，空气动力对这个点的力矩为零，将该点称为压力中心点

 气动力效率：在某一攻角下，升力与阻力之比称为升阻比，又称气动力效率，即：cotCl Cd

7.风轮的几何定义与参数

 风轮直径  风轮扫掠面积  风轮偏角        桨距角 风轮锥角 风轮仰角 风轮额定转速 风轮最高转速 风轮实度 叶尖速比 4.3 主传动系统

 组成：主轴、主轴承、齿轮箱、联轴器 1.主轴及主轴承

 受力形式：轴向力、径向力、弯矩、转矩和剪切力  主轴轴心通孔作用？

 主轴安装方式：

 挑臂梁：两点支撑  悬臂梁：三点支撑

 优点：前点为刚性支撑；后点为弹性支撑（齿轮箱）。

 主轴承

 双列调心滚子轴承。特点：能够补偿轴的绕曲和同心误差。 结构特点。径向孔：润滑油通道  进行淬火原因？

 轴承座运行时允许有微量油渗出！

2.齿轮箱（增速箱） 润滑油净化和温控系统

 粘度对温度的影响?  粘度高，齿轮箱润滑部位不能得到充分润滑。 粘度下降，对啮合齿面油膜的形成不利。 为何要控制温度？

 易生成点蚀、胶合和磨损现象。 润滑方式

 飞溅润滑  强制润滑  过滤器工作方式

 粘度高，液压油通过粗、精两个过滤装置（单向阀开）。 粘度低，液压油只通过粗过滤器装置（单向阀关）

 截止阀作用：更换滤芯时将过滤器壳体内的油液排出  放气接头作用：将系统中的气泡排除。 润滑系统冷却方式：风冷式  机组起动前，先启动润滑油泵！ 齿轮箱安装过程

 激光对中  人工盘动  电机反向拖动  分阶段加负载  联轴器

 挠性联轴器

 无弹性弹性元件联轴器  金属挠性元件联轴器  刚性联轴器

 无键连接，可传递转矩、轴向力或两者的复合载荷，承载能力高，定心性好  万向联轴器：适用于有大角位移的两轴之间的连接

 轮胎联轴器：补偿性能和缓冲减振能力大，但随扭角增加，两轴会产生相当大的附加轴向力

 膜片联轴器：中间体带有力矩限制器，当传动力矩过大时可以自动打滑。

 连杆联轴器：特点：保护套的表面有不同的图层，保护套与轴之间的摩擦力始终是保护套和轴套之间摩擦力的2倍，从而保证滑动永远只会发生在保护套与轴套之间。4.4 支撑系统

1.机舱

 机舱底盘

 性能要求：高强度、高刚度和减振特性  结构特点

 分为两部分：前机舱底盘为铸件；后机舱底盘为焊接件。

 机舱罩

 结构特点

 分为下舱罩和上舱罩两部分，加中空式加强筋

 与底盘连接利用带有橡胶减震器的螺栓将机舱连接板与机舱底盘支架连接。

 整流罩

 外部呈流线型，有利于减小风对机舱的作用力 2.塔筒

 功能

 支撑位于空中的风力发电系统，塔架与基础相连接，承受风力发电系统运行引起的各种载荷，同时传递这些载荷到基础，使整个风力发电机组能稳定可靠地运行。

 分类

1.拉索式塔架

 通过数根钢索固定在离散的地基上，由每根钢索的调节螺栓调节长短，保证整个风力发电机组对地基的垂直度。 适用小型风电机组。2.桁架式塔架

 采用钢管或角铁焊接成截锥形桁塔支撑在地基上，桁塔的横截面多为正方形或正多边形。

 适用于中小型风力机

3.塔筒式塔架  钢制塔架

 采用强度和塑性较好的多段钢板进行滚压，对接焊成截锥式筒体，两端与法兰盘焊接而构成截锥塔筒  钢混组合塔架  钢筒夹混塔

 塔架结构

 安装方式

 采用高强度螺栓穿过内翻式法兰将塔筒连接。 高度确定

 ≤25m：HtgRHzgAz  >25m：Htg:D1:1

平台

 为方便安装螺栓，平台距法兰处1.1m左右。 电缆及其固定

 通过电缆卷筒与支架固定  电缆卷筒作用

 保证电缆有一定的自由旋转，同时承载相应部分的电缆重量。

 内梯与外梯  塔架的固有频率

 振幅大小于激振频率和塔架的固有频率有关。

 f12g y 1mlgl3mgl3 yEJx83 JxD4d464

 受力频率

 风轮转子残余的旋转不平衡质量引起的振动频率=转速n  塔影、不对称空气来流、风切变、尾流引起的振动频率=Nn  f≥（1+20%）n或Nn  f>Nn：刚性塔

 n

 塔架-风轮系统振动模态

 分析模态作用

 在交变力、交变力矩作用下的振型、振幅和频率，为解决风力机的动态稳定性问题提供依据

 固有频率改变

 随着离心力增加，叶片的刚性增加，从而固有频率提高。3.基础

1.厚板块基础

 抵制倾覆力矩和机组重力偏心力。可承受偏心力距为WB/6。 形式

平面板块基础 平放机座基础

 嵌入式塔架和倾斜板块基础  岩石床打锚基础

2.多桩基础

 适用土质疏松的地质。3.混凝土单桩基础 4.支撑系统保护

1.连接件的维护

 力矩检测；防腐 2.结构件的维护

 外观检查；防锈及补漆（底漆、面漆）；焊点处检查；电缆破损检查 3.塔基水平度检测

 下塔筒外法兰盘上选取4个监测点 4.塔筒标识维护

 标识清晰

4.5 制动系统

 制动的两种分类：

 运行制动  紧急制动  制动装置：

 机械制动  空气动力制动

电网监测制动命令动力源风况监测主控系统功率放大机械制动风机停止风机监测停机指令空气动力制动制动系统的工作原理

1.机械制动

 工作原理：

 利用非旋转元件和旋转元件之间的相互摩擦来阻止转动和转动的趋势。 分类

 常开式  常闭式  制动器

 工作状态分类

 常闭式和常开式  盘式制动器

 钳盘式：固定式和浮动式（固定和摆动） 全盘式  锥盘式

 制动器安装方式

 避免制动轴受到径向力和弯矩，钳盘式制动器应成对分布。 PM，制动力矩在低速轴很大。

 失速型风力机常用低速轴机械制动（可靠性角度考虑） 变桨距风力机在高速轴制动，但易发生制动的不均匀性。

2.空气动力制动

 特点

 空气动力制动并不能使风轮完全静止下来，只能使其转速限定在允许的范围内。

 定桨距风力机采用的空气动力装置为

 叶尖扰流器

 工作过程：当转速增加时，叶尖的离心力增大，叶尖扰流器克服液压力的作用脱离叶片主体转动到制动位置。

 叶尖扰流器还可以作为液压系统出现故障的保护装置。

4.6 变桨系统

 变桨距

 使叶片绕其安装轴旋转，改变叶片的桨距角，从而改变风力机的气动特性  类型

 液压变距型  电动变距型 1.液压变桨距系统类型

1.组成

 桨距控制器、数码转换器、液压控制单元、执行机构、位移传感器

液压站桨距角给定桨距控制器-转换为桨距信号A/D转化器位移传感器D/A转化器伺服阀或比例阀液压缸变桨机构桨距角

2.驱动形式分类

 单独变桨

 特点：可靠性高；需要精确的同步变距控制  统一变桨

 工作过程

2.电动变桨距系统

1.总体结构  工作过程

 主控制器根据风速、发电机功率和转矩等，把指令信号发送至电动变桨距控制系统

 电动变桨距系统把实际值和运行状况反馈至主控器。

第3个独立桨距装置风速风向仪第2个独立桨距装置主控制器变压输入控制器输出器功率调节电机转速蓄电池驱动器第1个独立桨距装置伺服电机减速器

2.单元组成

 伺服电机的作用。 电机编码器的作用。 减速器采用的形式。

3.变桨减速器的润滑  润滑方式

 浸油润滑、油脂润滑  油脂检查

3.变桨轴承

 一般采用4点角接触球轴承

4.7 偏航系统

 偏航定义

 水平轴风力发电机风轮绕垂直轴的旋转  偏航分类

 主动偏航  被动偏航 1.偏航系统的功能

 跟踪风向的变化，驱动机舱围绕塔架中心线旋转，使风轮扫掠面与风向保持垂直。 解缆功能

 在反复调整方向过程中，有可能发生沿着同一方向累计转了许多圈，造成机舱与塔底之间的电缆扭绞现象。

 偏航阻尼器功能

 使机舱平稳转动  偏航计数器功能

 记录偏航系统旋转圈数的装置。

2.偏航系统的组成和工作原理

风向信号控制器-偏航计数器功率放大器执行机构风力机风轮偏向监测元件 偏航计数器功能

 记录偏航系统旋转圈数的装置。 偏航具体过程

 组成

 偏航轴承；偏航驱动装置；偏航制动器；偏航液压回路  齿圈与偏航轴承做成一体  齿圈形式

 内齿圈  外齿圈  偏航轴承

 内、外齿圈特点  偏航驱动

 偏航驱动的安装方式。 偏航制动

 与主传动制动器的区别：不设置弹簧。

3.偏航系统的维护

 偏航轴承

 维护：密封带必须保持没有灰尘，清洗其他部件时，避免清洁剂接触到密封带或进入滚道系统。

 安装偏航轴承后要找出4个合适的测量点并在支承和连接支座上标注，并记录相应数据，此数据作为以后测量数据的基准。

4.偏航系统的常见故障

 齿圈齿面磨损  液压管路泄露  偏航压力不稳  异常噪声

 偏航定位不准确  偏航计数器故障

4.8 液压系统

 作用：

 液压系统主要用于控制变桨距机构和机械制动，也用于偏航驱动与制动。1.液压元件

 动力元件、控制元件、执行元件和辅助元件。

 动力元件：将机械能转换为液压压力能。

 控制元件：控制系统压力、流量、方向以及进行信号转换和放大。 执行元件：将流体的压力能转换为机械能。 辅助元件：保证系统正常工作。1.液压泵

 分类：按结构与压力分类  液压泵的性能参数

 额定压力  理论排量  功率  效率

2.液压阀

 分类

 方向控制阀  压力控制阀  流量控制阀  方向控制阀：

 普通单向阀

 液控单向阀  换向阀

 压力控制阀

 溢流阀（作用）：定压；安全；卸载；减压阀；顺序阀

 压力继电器  流量控制阀

 节流阀（作用）：节流调速；阻尼；压力缓冲

 调速阀  分流集流阀  电液伺服阀：根据输入电信号连续成比例地控制系统流量和压力的液压控制阀

 电液比例阀：用比例电磁铁代替普通电磁换向阀电磁铁的液压控制阀。它也可以根据输入电信号连续成比例地控制系统流量和压力。

3.液压缸

 是液压系统中的执行元件，是将输入的液压能转化为机械能的能量装置，它可以方便地获得直线往复运动。

4.辅助装置

1.蓄能器

 应急油源  吸收压力脉动  减小液压冲击  辅助能源 2.过滤器

 作用：保证液压油的清洁  分类：表面型；深度型；磁性 3.油箱

 分为总体式和分体式 4.热交换器

 分为风冷式、水冷式和冷媒式 5.密封装置

 分为接触性密封和非接触性密封

5.定桨距风力机液压系统:

1.蓄能器的作用

 当主油路断开时，由蓄能器储存的能量提供压力，使叶尖扰流器与叶片保持一致。

2.突开阀的作用

 当风速超过切出风速时，突开阀自动换向，系统的压力被释放，叶尖扰流器脱离叶片，实现紧急刹车保证机组的运行安全性。

3.压力继电器作用

 监测刹车油缸的压力大小，保持油缸中压力稳定，使刹车装置安全可靠。

6.变桨距风力机液压系统

1.停机、待机

2.开桨

3.顺桨

7.液压系统的维护

1.设备的检查

 油位

 行程开关和限位块  油温  紧固件

 过滤器和空气滤清器 2.液压油

 选用原则

 液压系统的液压油应该与生产企业指定的牌号相符。 温度高选用粘度高的油液  更换液压油的要求

 液压系统中的油液或添加到液压系统中的油液必须经常过滤，即使是初次用的新油也要过滤

 清洗过滤器和空气滤清器

 清洗前要确保电机未起动。 故障排除和更换元件

 通常液压系统元件都可以用现场维护人员来完成

8.液压系统常见故障：

 出现异常振动和噪声  输出压力不足  油温过高

 液压泵的起停太频繁

4.9 避雷系统

 风轮叶尖和风速传感器保护

 叶尖处设有接闪器  风速传感器的避雷针  机舱外壳

 瞬态电流不允许经过轴承等精密部件

 机舱的保护

 传动系统齿轮箱、发电机、钢架和机舱构成等位体，避免电压过高对部件的破坏。 电气设备的保护

1.电源系统的保护

 三级保护原理

 防雷击浪涌保护器  浪涌保护器  终端设备保护器

2.控制柜内主控器的电源保护

 变压器输出端并联加装防雷器 3.测控线的保护

 在变送器前段加装模拟信号防雷器或开关信号防雷器。4.地基防雷接地体

 由垂直接地体和环形接地体组成。

第5章 风力发电技术

1.变桨距控制是为了尽可能地提高风力机风能转化效率和保持风力机输出功率平稳

2.变桨距型风力机在各种工况可按最佳参数运行，使输出功率曲线得到优化，可使桨叶和整机的受力状况大为改善，还可以使发动机在额定风速以下的工作区段有较高的发电量，而在额定风速以上的高风速区段不超载，不需要过载能力大的发电机

3.变桨控制系统实际上是一个随动系统，变桨距控制器是一个非线性比例控制器

5.1 发电系统

5.1.1 发电系统的构成 1.发电系统的总体结构

至电网开关柜变流器变压器发电机

2.变压器

 变压器的工作原理

 通常两个绕组中一个接到交流电源，称为一次绕组，简称一次侧。另一个接到负载，称为二次绕组，简称二次侧。

 原理：一次、二次电压决定于一次二次绕组匝数之比。 变压器的分类及结构

 用途分类：

 电力变压器（220kV超高压，35-110kV中压，10kV配电变压器） 特种变压器（电炉、整流） 仪用互感器（电压、电流互感器） 冷却方式：

 油浸式变压器和干式变压器  变压器的分类及结构

 结构

 铁心：分铁心柱和铁轭

 材料：表面涂的含桂量较高的厚度为0.35mm硅钢片制成。 目的：提高磁路的磁导率和降低铁心内的涡流损耗。

3.开关电器

 开关电器分类

1.低压刀开关、接触器、高压负荷开关：正常工作下开端或闭合正常工作电流。2.熔断器：开断过负荷电流或短路电源 3.高压隔离开关：检修时隔离电源。4.自动分断器：预定的记忆时间内根据选定的计数次数在无电流的瞬间自动分段故障电路。

5.高压短路器、低压空气短路：

 开断或闭合正常工作电流，或过负荷电流或短路电流。 具有灭弧装置

 真空断路器

 真空灭弧室

 断路器的结构

 分装式、固定式、手车式三种结构。 用途

 以真空作为灭弧和绝缘介质的断路器，多用于10~35kV的配电系统中

 交流接触器

 用途：接通或断开电动机或其他设备的主电路  结构

 主触头：电流较大，接在电动机主电路  辅助触头：电流较小，接在控制电路。 灭弧装置

 熔断器

 最简单且最有效的短路保护电路。

4.继电器

 用途：用来保护电动机使之免受长期过载的危害。 不能用作短路保护

 热惯性  中间继电器

 用途：传递信号和同时控制多个电路，或直接用来控制小容量电动机或其他电气执行元件。

5.母线与电缆

1.母线

 定义：在各级电压配电装置中，将发电机、变压器与各种电器连线的导线。 分类

 软母线：电压较高的户外配电装置  硬母线：电压较低的户内外配电装置 1.母线材料

 铜母线

 铝母线：电阻率稍高于铜，但比铜经济

 钢母线：电阻率高于铜7倍，适用于高压小容量电路。2.母线的截面形状

 矩形截面：一般用于35kV及以下的户内配电装置中。 圆形截面：35kV以上的户外配电装置中（可防电晕）。 槽型截面：配电时，当三条以上矩形母线不能满足要求。

2.电力电缆

1.电力电缆的种类

 电压、使用环境、线芯数、结构特征、绝缘材料 2.电力电缆的结构特点

 油纸绝缘电缆  塑料绝缘电缆  交联聚乙烯绝缘电缆  橡胶绝缘电缆 3.电力电缆基本结构：

 电缆的基本结构由线芯、绝缘层、保护层组成

5.1.2 变流器

1.电力电子器件

1.电力电子器件的概念和特征

 被广泛用于处理电能的主电路中，是实现电能的传输、变换及控制的电子器件。

 主要参数：电功率大小  处理功率级别大

 由信息电子来控制电力电子器件。

2.电力电子器件的分类 1.按控制性分类

 不控型器件：不能用控制信号控制其导通和关断的电力电子器件  半控型器件：通过控制极（门极）控制器件导通，但不能控制其关断的电力电子器件。

 全控型器件：既可以通过器件的控制极（门极）控制其导通，又可控制其关断。

2.按驱动信号分类

 电流驱动型和电压驱动型

3.不可控器件—电力二极管

 特征：正向导电性和反向阻断性

 原理：正向电压UF大于阈值电压UT0时，导通。UF为二极管的正向同态压降。当反

向电压超过一定数值（URB0）后，二极管的反向电流迅速增大，产生雪崩击穿，URB0称为反向击穿电压。

4.半控型器件—晶闸管

 又称可控硅整流器

 组成：门极（G）、阳极（A）和阴极（K） 特征：电流触发性；单向特性；半控型特性 5.电力场效应晶体管——电力MOSFET  原理：用栅极电压来控制漏极电流，实现电流的通断。 分类：P沟道和N沟道

 特点：栅极电压UGS越高，反型层越厚，导电沟道越宽，漏极电流越大；驱动功率小；反应效率快

6.绝缘栅型双极性晶体管——IGBT  特点

 驱动方便，开关速度快

 导通后呈电阻性质，电力压降高。 电压驱动型

 通流能力强、耐压等级高

2.AC-DC变换电路

1.不控整流—二极管

1.大小取决于输入电压和电路形式 2.特点

 电流稳定——电感滤波  电压稳定——电容滤波

 同时稳定——电感与电容组成LC滤波电路 3.分类

 半控桥和全控桥

2.相控整流—晶闸管

 通过控制门极的触发延迟角，就能控制晶闸管的导通时刻。1.分类

 半控桥  全控桥 2.特点

 控制方便

 产生的谐波对电网会产生二次污染

3.斩波整流—PWM 1.特点

 网侧功率因素高、谐波含量低  网侧电流畸变小，功率因素任意可控  体积、质量小 2.分类

 拓扑结构：电压型和电流型

 是否有能量回馈：无能量回馈的整流器（PFC）和有能量回馈的开关模式整流器（SMR） 动态响应速度

 适当控制整流器交流端的幅值和相位可获得所需大小和相位的输入电流。

3.DC-DC交换电路

1.特点

 可将一种电流电变换成另外一种固定或可调电压的直流电。2.分类

 不隔离式  隔离式

4.DC-AC变换电路分类

 电压型  电流型

 单相半桥  单相全桥  三相桥式 5.AC-AC变换电路

 分类

 频率不变而仅改变电压大小的AC-AC电压变压器

 直接将一定频率的交流电变换为较低频率交流电的相控式AC-AC直接变换器，在直接变频的同时也可以实现电压变换，实现降频降压变换。

6.风力发电机组变流器的应用技术

 支撑风力发电机组大功率变流器的主要技术有： 1.正弦脉宽调制技术

 将参考波形与输出调制波形进行比较，并根据两者比较结果确定逆变桥壁的开关状态

2.大功率变流技术

 采用器件串联技术来提高电压等级  采用器件并联技术来提高输出电流  采用模块并联技术 3.多重化技术

 指在电压源型变流器中，为减少谐波，提高功率等级，将输出的PWM波错位叠加，使输出波形更加正弦波。

4.低电压穿越技术

 当电网发生故障如电压跌落时，风力发电机组仍需要保持与电网的连接，只有故障严重时才允许脱网。

5.计算机软件控制技术