风力机的结构和数学模型

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内容提要

1 风力机的基本结构

2 风力机的数学模型

3 风力机功率控制方式

第1章

风力机的基本结构

风力发电系统的基本部件

风轮

由叶片和轮毂组成由叶片和轮毂组成；；是机组中最重要的部件;决定性能和成本决定性能和成本；；

目前多数是上风式目前多数是上风式，，三叶片三叶片；；

叶片与轮毂的连接叶片与轮毂的连接：：固定式固定式，，可动式可动式；；

叶片多由复合材料叶片多由复合材料（（玻璃钢玻璃钢））构成

传动轴系

由风力发电机中的旋转部件组成由风力发电机中的旋转部件组成。。主要包括低速轴主要包括低速轴，，齿轮箱和高速轴齿轮箱和高速轴，，以及支撑轴承以及支撑轴承、、联轴器和机械刹车。

齿轮箱有两种齿轮箱有两种：：平行轴式和行星式平行轴式和行星式。。大型机组中多用行星式用行星式（（重量和尺寸优势重量和尺寸优势）。）。）。有些机组无齿轮箱有些机组无齿轮箱有些机组无齿轮箱。。传动轴系的设计按传统的机械工程方法传动轴系的设计按传统的机械工程方法，，主传动轴系的设计按传统的机械工程方法系的设计按传统的机械工程方法，，主要考虑特殊的受载荷情况受载荷情况。。

机舱与偏航系统

包括机舱盖包括机舱盖，，底板和偏航系统底板和偏航系统。。机舱盖起防护作用机舱盖起防护作用，，底板支撑着传动轴系部件板支撑着传动轴系部件。。

偏航系统的主要部件是一个连接底板和塔架的大齿轮偏航系统的主要部件是一个连接底板和塔架的大齿轮。。上风式采用主动偏航，上风式采用主动偏航，由偏航电机驱动由偏航电机驱动，，由偏航控制系统控制统控制。。偏航刹车用来固定机舱位置偏航刹车用来固定机舱位置。。

塔架与基础

塔架有钢管塔架有钢管、、桁架和混凝土三种桁架和混凝土三种。。塔架高度通常为风轮直径的塔架高度通常为风轮直径的1~1.51~1.51~1.5倍倍

塔架的刚度在风力机动力学中是主因素塔架的刚度在风力机动力学中是主因素。。

第2章

风力机的数学模型

（Betz）理论贝兹（

贝兹

风力机功率表达式的推导

功率系数Cp的性质

风轮的几何描述

叶片的形状

叶片截面

叶片截面的描述

桨距角β的定义

叶尖速度比

功率系数Cp的典型表达式

功率系数Cp与β和λ的关系

功率系数Cp与λ的关系

（β固定在0 °）

的关系（

风力机功率与风速和风轮转速之间的关系风力机功率与风速和风轮转速之间的关系（（β固定在0 °）

叶片的数目与功率系数Cp和最优λ的关系对应某种特定的叶片

第3章

风力机功率控制方式

失速控制方式

主动失速控制方式

变桨距控制方式

变桨距控制框图

风轮功率控制方式比较

风电机组的功率风电机组的功率－－风速曲线

变桨距风电机组的功率变桨距风电机组的功率－－风速曲线

实例BONUS 2.3 MW

变桨距风电机组的功率变桨距风电机组的功率－－转速特性曲线

实例-Vestas[-292.40]V52m-850风机

风速与Beta的关系

Lambda与Beta的关系

PSS/E采用的理想化功率跟踪与调节特性曲线