风力发电机及其系统
风力发电机及其系统
风力发电机的效率
风力发电机的效率是指其将风能转换为电能的效率。影响风力发电机效率的因素有很多，包括风机的 设计、制造质量、安装角度、自然风况等。提高风机的设计水平和制造质量，以及合理选择安装地点 和角度，都是提高风力发电机效率的有效途径。
目前，大型商业风力发电机的主流机型一般为水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机。水平轴风力发 电机的效率相对较高，但受风向影响较大；垂直轴风力发电机的效率略低，但受风向影响较小，适合 在复杂地形和狭小空间中使用。
大型化风力发电机还可以提高电网的稳定性，减少对化石燃料的依赖，降低环境污 染。
海上风电
随着陆上风电资源的逐渐减少，海上 风电成为风力发电的重要发展方向。
海上风电的建设需要克服海洋环境的 影响，如台风、海浪、海流等，因此 需要更高的技术要求和投资成本。
海上风电具有丰富的资源，离岸距离 近，风速稳定，风能品质高等优点。
03
风力发电机系统
风力发电机组
风力发电机组是风力发电系统的核心组成部分，它利 用风能转化为电能，为电网提供清洁能源。
输标02入题
风力发电机组主要包括风轮、发电机、塔筒等部分。 风轮捕获风能，驱动发电机产生电能，塔筒支撑风轮 和发电机，使其能够旋转并从风中获取能量。
01
03
风力发电机组的性能和可靠性对整个风力发电系统的 运行和维护至关重要。
风力发电机的工作流程
风力发电机的工作流程包括以下几个步骤：风的捕获、能量的转换、电能的输送和分配。风的捕获主要依靠风车叶片将自然 风的动力转化为机械能；能量的转换是将机械能转化为电能，这一过程由发电机的电磁场和转子完成；电能的输送和分配则 是将电能输送到电网，供用户使用。
风力发电机的工作流程需要配合控制系统来实现，控制系统能够自动调节风力发电机的运行状态，使其在各种风况下都能保 持高效稳定的工作。
风电机组发电机系统
风电机组发电机系统1. 简介风电机组发电机系统是风能转化为电能的关键部分，它负责将风能转化为旋转机械能，再通过励磁控制使其产生电能。
本文将从风电机组发电机系统的组成、工作原理、性能指标以及维护等方面进行介绍。
2. 组成风电机组发电机系统主要由以下几个部分组成：2.1 风轮风轮是风电机组的关键部件，它通过捕捉和利用风能来转动发电机。
风轮通常由多个叶片组成，这些叶片的形状和数量会对风能的捕捉效率产生影响。
2.2 塔架塔架是支撑整个风电机组的结构，它通常是由钢铁材料构建的，以提供足够的稳定性和抗风能力。
2.3 发电机发电机是风电机组的核心组件，它将风轮产生的旋转机械能转化为电能。
发电机的类型可以分为同步发电机和异步发电机两种，其中同步发电机在风电机组中更加常见。
2.4 变流器变流器是将发电机输出的交流电转化为适用于电网的电能的装置。
它可以将发电机输出的电能进行调整和稳定，以满足电网的要求。
3. 工作原理风电机组发电机系统的工作原理如下：1.风能通过风轮被捕捉和利用，使风轮产生旋转。
2.风轮的旋转通过轴将旋转机械能传递给发电机。
3.发电机接收到机械能后，通过励磁控制产生感应电流。
4.产生的电流经过变流器转化为适用于电网的电能。
5.变流器输出的电能通过电网传输和使用。
4. 性能指标风电机组发电机系统的性能指标通常包括以下几个方面：4.1 发电效率发电效率是指发电机将机械能转化为电能的效率，通常以百分比表示。
高发电效率意味着更多的风能被有效转化为电能。
4.2 功率因数发电机的功率因数是指发电机输出电能的正弦波形与电压波形之间的相位差。
功率因数越接近1，表示发电机输出的电能质量越高。
4.3 响应速度响应速度是指发电机在遇到电网故障或电网负荷变化时，重新建立稳定运行状态所需的时间。
响应速度越快，表示发电机对电网变化的适应能力越强。
4.4 可靠性发电机系统的可靠性是指其在长时间运行中能够保持稳定工作的能力，并且在出现故障时能够自动检测和隔离故障，以保证风电机组的正常发电运行。
风力发电机及其系统讲解
双馈异步风力发电机系统
系统主回路构成： 双馈异步发电机 ＋交直交双向功率变换器
双馈异步风力发电机系统
国产1MW双馈异步风力发电机
双馈异步风力发电机的运行原理
引入转子交流励磁变流器，控制转子电流； 转子电流的频率为转差频率，跟随转速变化； 通过调节转子电流的相位，控制转子磁场领先 于由电网电压决定的定子磁场，从而在转速高 于和低于同步转速时都能保持发电状态； 通过调节转子电流的幅值，可控制发电机定子 输出的无功功率； 转子绕组参与有功和无功功率变换，为转差功 率，容量与转差率有关（约为全功率的S倍）。
双馈发电机的功率转速关系
双馈发电机功率转速曲线
1600 1400 1200 1000
输出功率 定子有功 转子有功
功率(kW)
800 600 400 200 0 -200 700.00
800.00
900.00
1000.00 发电机转速(r/min)
1100.00
1200.00
1300.00
双馈发电机的负载电流关系
转子电流受控的异步风力发电机 系统(Rotor Current Control， RCC)
绕线型转子异步发电机
转子采用类似于定子的三相交流绕组，一般 接成Y接； 转子三相绕组可在转子内部联接，也可经滑 环—电刷装置将转子三相绕组端接线引出； 转子三相绕组的端接线在转子内部短接时， 发电机的机械特性类似于笼型异步发电机；外 接附加电阻时，机械特性变软。
• 叶尖速比
TSR m R V
TSR: Tip Speed Rate
风力发电机组及其分类
• • • • • • 风力发电机组的分类： 按风轮桨叶分类 按风轮转速分类 按传动机构分类 按发电机分类 按并网方式分类
风力发电机及偏航系统
风力发电机及偏航系统引言：风力发电是一种利用风能将其转化为电能的发电方式。
它是一种环保、可再生的能源，可以帮助减少对传统化石燃料的依赖，并减少排放。
风力发电机是风力发电的核心设备，而偏航系统是确保风力发电机能够高效运行的关键部件。
本文将从风力发电机的原理、构造和工作原理以及偏航系统的功能、原理和优化等方面进行阐述，以帮助读者更好地理解风力发电机及偏航系统的工作原理与应用。
一、风力发电机1.原理2.构造3.工作原理当风力吹过风力发电机的叶片时，叶片产生升力，并形成一个扭转力矩。
这个扭转力矩通过轴传递给发电机，进而带动发电机转子旋转。
转子内部的磁场与绕组相互作用，产生感应电动势，从而产生电能。
二、偏航系统1.功能偏航系统是风力发电机中的重要部分，其主要功能是使风力发电机始终面向风向，以利用风能的最大化。
偏航系统可以通过调整发电机的方向来适应风的变化，确保叶片始终相对于风的方向。
2.原理偏航系统通常由风向传感器、控制器和驱动器等组成。
风向传感器负责感知风的方向，控制器根据风向数据和预设参数进行判断和计算，驱动器则通过调整发电机的方向来控制风力发电机的偏航。
3.优化为了提高风力发电系统的效益，偏航系统的优化也尤为重要。
通过采用更先进的风向传感器、控制算法和驱动器技术，可以提高偏航系统的准确性和响应速度，进而提高风力发电机的发电效率。
结论：风力发电机及偏航系统是风力发电的重要组成部分，其工作原理和优化对风力发电系统的效益起到至关重要的作用。
理解和掌握风力发电机及偏航系统的原理和应用，对于推广和应用风力发电具有重要的指导意义。
随着技术的不断进步，风力发电的效率和可靠性将继续提升，为可持续发展和环境保护做出积极贡献。
风电机组电气系统
风电机组电气系统1. 简介风电机组电气系统是指风力发电机组中包含的所有电气设备和组件，用于将风能转化为电能并进行供电。
它包括风力发电机、变压器、电缆、控制系统等。
本文将对风电机组电气系统的组成、工作原理和常见故障进行介绍。
2. 组成风电机组电气系统主要由以下几个组成部分组成：2.1 风力发电机风力发电机是将风能转化为机械能的关键设备。
它通常由风轮、发电机和传动系统组成。
风轮通过风力的作用转动，驱动发电机发电。
风力发电机的类型有水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机两种。
2.2 变压器变压器用于将风力发电机输出的低电压电能升压为适用于输送的高电压电能。
它起到了电能传输和分配的关键作用。
常见的变压器包括升压变压器和降压变压器。
2.3 电缆电缆用于将变压器输出的高电压电能输送到外部电网或用于风力发电机组内部的供电。
它要具备良好的绝缘性能和导电性能，以确保电能的安全传输和有效利用。
2.4 控制系统控制系统是风电机组电气系统的大脑，用于监控和控制机组的运行状态。
它由集中控制器、传感器和执行器等组成。
通过对风力发电机和变压器进行监测和调节，控制系统可以确保风电机组的安全运行和最大发电效率。
3. 工作原理风电机组电气系统的工作原理如下：1.风力发电机受到风的作用，风轮开始转动；2.转动的风轮通过传动系统将机械能传递给发电机；3.发电机利用转动的风轮产生的机械能，将其转化为电能；4.通过变压器将低电压的电能升压为高电压，便于输送；5.输送电能的电缆将电能传输到大型电网中，或者供电给其他设备；6.控制系统监测发电机、变压器和电缆的运行状态，并控制风力发电机组的运行。
4. 常见故障及处理风电机组电气系统可能会遇到一些常见故障，下面是其中一些故障及处理方法：4.1 发电机故障发电机故障可能包括电气故障和机械故障。
电气故障可能是由于线圈短路、绝缘破损等原因导致的。
机械故障可能是由于轴承磨损、风轮损坏等原因导致的。
处理方法包括维修或更换故障部件。
风力发电系统组成及技术原理
风力发电系统组成及技术原理
风力发电系统是一种利用风能转化为电能的装置，由风机、转轮、变速器、发电机、电力传输系统等组成。
风力发电系统的基本技术原理是利用风能驱动风机，风机通过转轮将机械能转化为旋转能量，旋转能量经过变速器调整后驱动发电机发电，再通过电力传输系统将电能输送到消费者。
风力发电系统的组成包括风机、转轮、变速器、发电机、电力传输系统等部分。
风机是风力发电系统的核心部分，其主要功能是将风能转化为机械能。
转轮是固定于风机上的部分，其主要功能是将机械能转化为旋转能量。
变速器的作用是调整风机输出的旋转速度，使其达到与发电机要求的相符。
发电机是将旋转能量转化为电能的装置，其输出的电能需要经过电力传输系统输送到消费者。
风力发电系统的基本技术原理是利用风能转化为电能。
风能是一种可再生的、无污染的能源，利用风能发电可以减少对传统能源的依赖，保护环境、降低能源消耗。
风力发电系统的核心技术是风机的设计和优化，以及发电机的高效转换和传输系统的稳定运行。
同时，风力发电系统的建设和运行需要考虑到环境保护、风机的适应性、安全性等多方面因素。
总之，风力发电系统是一种利用风能转化为电能的重要装置，由风机、转轮、变速器、发电机、电力传输系统等组成。
其基本技术原理是利用风能驱动风机产生机械能，再将机械能转化为旋转能量，通过变速器调整旋转速度，最终将旋转能量转化为电能并通过电力传输
系统输送到消费者。
风力发电系统的建设和运行需要考虑到多方面因素，才能实现可持续、高效和安全的发电。
风力发电设备系统及原理概述
风力发电设备系统及原理概述1. 引言风力发电作为一种清洁能源的代表，已经成为世界范围内广泛应用的可再生能源形式。
风力发电设备系统是利用风能转化为电能的装置，其原理是通过风轮叶片转动带动发电机发电。
本文将对风力发电设备系统及其原理进行概述。
2. 风力发电设备系统风力发电设备系统主要由风轮、转轴、传动系统和发电机组成。
2.1 风轮风轮是风力发电设备系统中最核心的部件之一，也是直接接受风能的部分。
它通常由多个叶片和一个中心轴组成。
叶片的数量和形状可以根据实际需求进行设计，以最大程度地捕捉风能。
常见的风轮形式包括水平轴风轮和垂直轴风轮两种。
水平轴风轮是目前应用最广泛的形式，其叶片与地面平行，在风的作用下自由旋转。
垂直轴风轮的叶片垂直于地面，可以接受来自任何方向的风能。
2.2 转轴和传动系统转轴连接风轮和发电机，将风轮旋转的动力传递给发电机。
转轴通常由高强度的材料制成，以承受风轮产生的力。
传动系统由齿轮、轴承等部件组成，起到将风轮的旋转速度提高到适合发电的转速的作用。
2.3 发电机发电机是风力发电设备系统的关键部分，负责将机械能转化为电能。
根据不同的需求，可以采用不同类型的发电机，包括同步发电机、异步发电机等。
发电机的输出电压和频率通常是固定的，需要通过变频器等装置进行调节，以满足电网的要求。
3. 风力发电原理风力发电的原理是利用风的动能转化为机械能，再将机械能转化为电能。
3.1 风能转化为机械能当风吹过风轮的叶片时，叶片受到气流的压力差，并且产生了扭矩。
这个扭矩通过转轴传递给发电机，使发电机开始旋转。
风轮的旋转速度与风的速度、叶片的形状和数量等因素有关，通常需要通过气动学模型进行优化设计。
3.2 机械能转化为电能发电机接收到风轮传递过来的机械能后，将其转换为电能。
发电机的旋转产生电磁感应，导致电流的产生。
这些电流经过整流器等部件处理后，可输出为直流电。
对于连接到电网的风力发电设备，直流电会通过逆变器转换为交流电，以与电网的电压和频率匹配。
风力发电机系统及其自动化控制
风力发电机系统及其自动化控制一、引言风力发电是一种利用风能转化为电能的可再生能源技术。
风力发电机系统是由风力发电机、传动系统、发电机控制系统和电网连接系统等组成的。
自动化控制技术在风力发电机系统中起着至关重要的作用，可以提高系统的效率和可靠性。
本文将介绍风力发电机系统的基本原理和自动化控制技术。
二、风力发电机系统的基本原理风力发电机系统的基本原理是利用风能驱动风力发电机转动，通过传动系统将机械能转化为电能，并将电能输送到电网中。
风力发电机通常由风轮、主轴、发电机和控制系统组成。
1. 风轮风轮是风力发电机的核心部件，它通过叶片捕捉风能并转化为机械能。
风轮通常由数个叶片组成，叶片的形状和数量会影响风力发电机的性能。
2. 主轴主轴是连接风轮和发电机的部件，它将风轮转动的机械能传递给发电机。
主轴通常由高强度的材料制成，以承受风力发电机的转动力矩。
3. 发电机发电机是将机械能转化为电能的设备。
风力发电机通常采用异步发电机或永磁同步发电机。
发电机的输出电压和频率需要与电网保持一致，因此需要通过控制系统来调节发电机的转速。
4. 控制系统控制系统是风力发电机系统的核心部分，它负责监测和控制风力发电机的运行状态。
控制系统通常包括风速测量装置、转速测量装置、电压测量装置和控制器等。
通过对测量数据的分析和处理，控制系统可以实现对风力发电机的自动化控制。
三、风力发电机系统的自动化控制技术风力发电机系统的自动化控制技术主要包括风速控制、转速控制和电压控制等。
1. 风速控制风速控制是通过调节风轮的转动速度来控制风力发电机的输出功率。
当风速较低时，风力发电机的输出功率较低，可以通过提高风轮的转速来提高输出功率；当风速较高时，风力发电机的输出功率较高，可以通过降低风轮的转速来控制输出功率。
2. 转速控制转速控制是通过调节发电机的转速来控制风力发电机的输出电压和频率。
当电网电压和频率发生变化时，控制系统可以通过调节发电机的转速来使输出电压和频率保持稳定。
风力发电结构组成
风力发电结构组成
风力发电结构主要由以下几个部分组成：
1. 风力发电机：风力发电机是风力发电系统的核心部分，它通过捕捉和利用风能来产生电能。
风力发电机通常由塔架、转子、发电机和控制系统等部分组成。
2. 塔架：塔架是支撑风力发电机的结构物，通常由钢铁或混凝土等材料构成。
塔架的高度决定了风力发电机的叶片能够捕捉到的风能量。
3. 叶片：叶片是风力发电机中最重要的部分，它通过受到风的作用而转动，将机械能转化为电能。
叶片一般由纤维复合材料或铝合金等材料制成，具有良好的强度和轻巧的特点。
4. 发电机：发电机是将机械能转化为电能的装置，它由转子、定子和输出电路等部分组成。
风力发电机中常用的发电机是永磁直驱发电机和同步发电机，具有高效率和可靠性。
5. 控制系统：控制系统用于监测和控制风力发电机的运行状态，包括风速、叶片角度、输出电压等参数的监测和调节。
控制系统还可以实现风力发电机的启动和停机等功能，保证发电机的安全和高效运行。
6. 输电系统：输电系统用于将风力发电机产生的电能输送到
电网中，包括变压器、电缆和输电线路等部分。
输电系统需要
将风力发电机的输出电压提升到适合输送的电压，并保证电能的传输安全和稳定。
风力发电机组液压系统的组成
风力发电机组液压系统的组成导语：风力发电机使用两个驱动系统，即制动系统(偏转器和主轴一高速轴回转系统)和叶片角度控制及机舱偏转器回转控制系统。
风电液压系统风机是有许多转动部件的。
机舱在水平面旋转，随时跟风。
风轮沿水平轴旋转，以便产生动力。
在变桨矩风机，组成风轮的叶片要围绕根部的中心轴旋转，以便适应不同的风况。
在停机时，叶片尖部要甩出，以便形成阻尼。
液压系统就是用于调节叶片桨矩、阻尼、停机、刹车等状态下使用。
1、驱动系统风力发电机使用两个驱动系统，即制动系统(偏转器和主轴一高速轴回转系统)和叶片角度控制及机舱偏转器回转控制系统。
制动系统用液压控制，而叶片和偏转器的控制则用液压或电气驱动方式。
采用那一种传动的争论在风力发电机的设计中也不例外。
至于采用液压还是电气来控制叶片角度的输出功率、速度或频响，一般取决于制造厂家的经验而定。
2、变桨控制系统叶片角度（变桨）控制系统设计时主要应考虑当风力发电机遇到像台风等强风力时，机组能立即停止运行，以使电源中断，而此时的叶片需要控制在和风向相平行的位置上，确保叶片不再转动，电源中断后，机组的能量贮存系统开始工作，如液压蓄能器或蓄电池。
用液压控制时，用液压直线驱动器(液压缸)，用电气控制时，采用电气回转式驱动器。
装在主轴内的液压直线驱动器，及停止时应用的蓄能器也装在轴内。
国外液压直线驱动器是将液压、电子、电气的优点融合在一起的液压直线驱动装置（Electro-hydraulicsystem），简称Hybrid系统，这种系统节能是值得提倡。
这种由液压缸、液压泵、AC马达、蓄能器、电磁阀、传感器和动力源组成的集成式电气液压伺服驱动系统具有动态性能好，输出功率大，电气安装性和维护性好等优点。
它可以降低液压系统的缺点，如漏油和油污染的影响，使可靠性得到显著提高，而当电力中断时，又能充分显示出液压传动的优点，即和液压缸串联的液压缸，从蓄能器获得供油，使叶片迎风面和风向平行，使叶轮停止转动。
风力发电机的结构与组成
风力发电机的结构与组成风力发电机是一种利用风能转化为电能的设备。
它由风轮、传动系统、发电机和控制系统等部分组成。
风力发电机的核心部件是风轮。
风轮由数片叶片组成，叶片的形状和材料选择对风力发电机的性能有着重要影响。
一般来说，叶片采用空气动力学设计，以最大程度地捕捉和利用风能。
叶片通常采用轻质但坚固的材料，如纤维增强塑料或复合材料，以提高强度和耐久性。
传动系统是将风轮的旋转动能传递给发电机的关键部分。
传动系统通常由主轴、齿轮箱和发电机轴组成。
主轴将风轮的旋转动能传递给齿轮箱，齿轮箱通过齿轮的配合将速度和扭矩转化为适合发电机工作的转速。
齿轮箱的设计要考虑到转速变化范围、传动效率和可靠性等因素。
发电机是将机械能转化为电能的关键部件。
风力发电机常用的发电机类型有同步发电机和异步发电机。
同步发电机是将风轮的旋转速度与电网频率同步，通过控制风轮的转速来调整发电机的输出电压和频率。
异步发电机则通过变频器控制转速和电压频率的匹配。
发电机的设计和选型要考虑到风轮的转速、电压和功率等要求。
控制系统是风力发电机的重要组成部分。
控制系统能够监测风速、风向和发电机的运行状态，根据实时数据调整风轮的转速和发电机的输出功率。
控制系统还能对风力发电机进行故障检测和保护，确保其安全稳定地运行。
现代风力发电机通常配备智能化的控制系统，具备远程监控和自动化调节的功能。
除了以上核心部件，风力发电机还包括塔架和基础等支撑结构。
塔架是风力发电机安装的基础，用于提高风轮的高度，以获取更强的风能。
塔架的高度和结构要考虑到风力发电机的维护和运输等因素。
基础是将风力发电机固定在地面的结构，需要具备足够的稳定性和承载能力。
总结起来，风力发电机的结构与组成包括风轮、传动系统、发电机和控制系统等核心部件，以及塔架和基础等支撑结构。
这些部件相互配合，实现了风能到电能的转化，为清洁能源的发展做出了积极贡献。
随着技术的不断创新和进步，风力发电机的效率和可靠性将进一步提高，为可持续发展做出更大的贡献。
风力发电机系统及其自动化控制
风力发电机系统及其自动化控制一、引言风力发电是一种利用风能转化为电能的可再生能源技术。
风力发电机系统是实现风能转化的关键设备，而自动化控制则是提高风力发电系统效率和稳定性的重要手段。
本文将介绍风力发电机系统的组成和工作原理，并探讨其自动化控制的关键技术。
二、风力发电机系统的组成风力发电机系统主要由风力发电机组、变频器、变压器、电网连接和监控系统等组成。
1. 风力发电机组风力发电机组是风力发电系统的核心部件，其主要由风轮、发电机和塔架组成。
风轮是转动的部分，通常由数片叶片组成，叶片的设计和材料选择直接影响风力发电机组的性能。
发电机是将风能转化为电能的装置，常用的有同步发电机和异步发电机两种。
塔架用于支撑风轮和发电机，使其能够高效地利用风能。
2. 变频器变频器是将风力发电机组产生的交流电转换为适合电网输送的交流电的装置。
它能够根据电网的要求调整输出电压和频率，实现风力发电系统与电网的匹配。
3. 变压器变压器用于将变频器输出的电能升压至电网所需的电压水平，以便输送到电网中。
4. 电网连接电网连接是将风力发电系统与电网相连的关键环节。
通过电网连接，风力发电系统可以将产生的电能输送到电网中，实现对外供电。
5. 监控系统监控系统用于实时监测风力发电机组的运行状态和电能输出情况。
通过监控系统，可以及时发现故障并采取相应措施，保证风力发电系统的安全稳定运行。
三、风力发电机系统的工作原理风力发电机系统的工作原理是利用风能驱动风轮旋转，进而带动发电机产生电能。
具体工作过程如下：1. 风轮转动当风力作用于风轮叶片时，风轮开始转动。
风轮的转动速度与风速、叶片形状和数量等因素有关。
2. 发电机发电风轮的转动带动发电机转子旋转，通过磁场感应原理产生电能。
同步发电机通过转子和定子之间的磁场耦合产生电能，而异步发电机则通过转子感应电流产生电能。
3. 变频器调节发电机产生的交流电经过变频器转换为适合电网输送的交流电。
变频器可以根据电网的要求调整输出电压和频率，以实现与电网的匹配。
风力发电机概述,风力发电机工作原理,风力发电机各个部件介绍
风力发电机概述一、风力发电机风力发电的原理简单来说：风力发电原理是把风的动能转换为风轮轴的机械能最后到电能！工作原理现代变速双馈风力发电机的工作原理就是通过叶轮将风能转变为机械转距（风轮转动惯量），通过主轴传动链，经过齿轮箱增速到异步发电机的转速后，通过励磁变流器励磁而将发电机的定子电能并入电网。
如果超过发电机同步转速，转子也处于发电状态，通过变流器向电网馈电。
齿轮箱可以将很低的风轮转速（1500千瓦的风机通常为12-22转/分）变为很高的发电机转速（发电机同步转速通常为1500转/分）。
风机是有许多转动部件的，机舱在水平面旋转，随时偏航对准风向；风轮沿水平轴旋转，以便产生动力扭距。
对变桨矩风机，组成风轮的叶片要围绕根部的中心轴旋转，以便适应不同的风况而变桨距。
在停机时，叶片要顺桨，以便形成阻尼刹车。
就1500千瓦风机而言，一般在3米/秒左右的风速自动启动，在11.5米/秒左右发出额定功率。
然后，随着风速的增加，一直控制在额定功率附近发电，直到风速达到25米/秒时自动停机。
二、风力发电机结构风力发电机整机主要包括：1.机座2.传动链（主轴、齿轮箱）3. 偏航组件（偏航驱动、偏航刹车钳、偏航轴承）4.踏板和棒5.电缆线槽6.发电机7.联轴器8.液压站9.冷却泵(风冷型无) 10.滑环组件11.自动润滑12.吊车13.机舱柜14.机舱罩15.机舱加热器16.轮毂17.叶片18.电控系统等。
1、机座：机座是风力发电整机的主要设备安装的基机座：础，风电机的关键设备都安装在机座上。
(包括传动链（主轴、齿轮箱）、偏航组件（偏航驱动、偏航刹车钳、偏航轴承）、踏板和棒、电缆线槽、发电机、联轴器、液压站、冷却泵(风冷型无)、滑环组件、自动润滑、吊车、机舱柜、机舱罩、机舱加热器等。
机座与现场的塔筒连接，人员可以通过风电机塔进入机座。
机座前端是风电机转子，即转子叶片和轴。
2、偏航装置偏航装置：：自然界的风，方向和速度经常变化，为了使风力机能有效地捕捉风能，就相应设置了对风装置以跟踪风向的变化，保证风轮基本上始终处于迎风状况。
风力发电机原理及结构
风力发电机原理及结构风力发电机是一种将风能转换为电能的能量转换装置，它包括风力机和发电机两大部分。
空气流动的动能作用在风力机风轮上，从而推动风轮旋转起来，将空气动力能转变成风轮旋转机械能，风轮的轮毂固定在风力发电机的机轴上，通过传动系统驱动发电机轴及转子旋转，发电机将机械能变成电能输送给负荷或电力系统，这就是风力发电的工作过程。
1、风机基本结构特征风力机主要有风轮、传动系统、对风装置（偏航系统）、液压系统、制动系统、控制与安全系统、机舱、塔架和基础等组成。
（1）风轮风力机区别于其他机械的主要特征就是风轮。
风轮一班有2~3个叶片和轮毂所组成，其功能是将风能转换为机械能。
风力发电厂的风力机通常有2片或3片叶片，叶尖速度50~70m/s，3也片叶轮通常能够提供最佳效率，然而2叶片叶轮及降低2%~3%效率。
更多的人认为3叶片从审美的角度更令人满意。
3叶片叶轮上的手里更平衡，轮毂可以简单些。
1）叶片叶片是用加强玻璃塑料（GRP）、木头和木板、碳纤维强化塑料（CFRP）、钢和铝职称的。
对于小型的风力发电机，如叶轮直径小于5m，选择材料通常关心的是效率而不是重量、硬度和叶片的其他特性，通常用整块优质木材加工制成，表面涂上保护漆，其根部与轮毂相接处使用良好的金属接头并用螺栓拧紧。
对于大型风机，叶片特性通常较难满足，所以对材料的选择更为重要。
目前，叶片多为玻璃纤维增强负荷材料，基体材料为聚酯树脂或环氧树脂。
环氧树脂比聚酯树脂强度高，材料疲劳特性好，且收缩变形小，聚酯材料较便宜它在固化时收缩大，在叶片的连接处可能存在潜在的危险，即由于收缩变形，在金属材料与玻璃钢之间坑能产生裂纹。
2）轮毂轮毂是风轮的枢纽，也是叶片根部与主轴的连接件。
所有从叶片传来的力，都通过轮毂传到传动系统，在传到风力机驱动的对象。
同时轮毂也是控制叶片桨距（使叶片作俯仰转动）的所在。
轮毂承受了风力作用在叶片上的推理、扭矩、弯矩及陀螺力矩。
通常安装3片叶片的水平式风力机轮毂的形式为三角形和三通形。
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39
恒速恒频笼型异步风力发电机系统
笼型异步风力发电机系统的特点
（3）过载能力：发电机的机械特性曲线较硬，允许转子转速变动 范围小，导致风力机的风能转换率偏低 。风速 不稳时，风电机组容易受到冲击机械应力 ；
（2）定子铁心槽内的导体与转子上的 主磁极之间发生相对运动
（3）导体切割磁力线感应出电动势
导体感应电动势的方向可用右手定则判断！
交变频率： f pn1 [Hz] 60
p：磁极的极对数
20
恒速恒频同步风力发电机系统
同步风力发电机的基本工作原理 — 产生电磁制动力
（1）载流导体在磁场中受到电磁力 （2）绕组电流受力形成电磁转矩 （3）电磁转矩阻止转子旋转，是一种
0 n1
电 动 机
T2πf1[(R1mR1s2p)U212R(s2X 1X2)2]
发电机状态： 0＜n1＜n ，s＜0
电动机状态：
电磁 －Tm
10
制动
s
T Tm
0＜n＜n1 ，0＜s＜1 软特性 vs. 硬特性
38
恒速恒频笼型异步风力发电机系统
笼型异步风力发电机系统的特点
（1）无功补偿：发电机励磁消耗无功功率，皆取自电网。应选用较 高功率因数发电机，并在机端并联电容； （由于负荷经常变动，固定电容难以做到完全补偿。 可能出现过补或欠补现象，造成电网电压浮动。可 考虑在变电站加装可控无功补偿装置SVC）
16
风力发电机系统
风力发电机系统的分类：
恒速恒频风力发电机系统
（1）同步发电机系统 （2）笼型异步发电机系统 （3）绕线转子RCC异步发电机系统
变速恒频风力发电机系统
（1）变速恒频鼠笼异步发电机系统（高速） （2）变速恒频双馈异步发电机系统（高速） （3）变速恒频电励磁同步发电机系统（中、低速） （4）变速恒频永磁同步发电机系统（中、低速） （5）变速恒频横向磁通发电机系统（中、低速）
0
if (Ff )
空载特性 E0＝f ( if )
23
恒速恒频同步风力发电机系统
同步风力发电机的外特性
U
外特性：同步发电机在n＝nN ，if＝
const，cos＝const的条件下，端电
cos() 0.8 压U和负载电流I 的关系曲线。
UN
cos 1 外特性反映负载性质不同时，端电
cos 0.8
去掉全部负载后，空载电动势为E0 ，
UN
则电压调整率为
U%E0UN100% UN
式中E0和UN同为相值或线值。
0
IN I
25
恒速恒频同步风力发电机系统
同步风力发电机的功角特性
PMmE X 0U d sinmU 22X 1qX 1dsin2
励磁电磁功率
磁阻电磁功率 PM
隐极同步发电机，最大电磁功率出现在
用转差率s可以表示异步电机的运行状态!
33
恒速恒频笼型异步风力发电机系统
笼型异步风力发电机的等值电路
R1 jX1
R2 jX 2
I1 U1
I0 Rm
I2'
jXm E1= E'2
1
s
s
R2
➢一相等值电路 ➢定子漏阻抗、转子漏阻抗（折合）、励磁阻抗 ➢转子可变电阻反映发电机的负载状况
34
恒速恒频笼型异步风力发电机系统
风电机组对发电机系统的基本要求：
（1）将旋转风力机的机械能高效率地转换为电能 转速、转矩、效率、电压、电流、体积、重量
（2）输出的电能质量应满足电力系统的并网要求 频率、有功、无功、波形畸变率、三相不平衡度、 并网冲击、电压跌落跨越
（3）与风力机系统匹配，最大限度发挥风力机的风能转换率 有无齿轮箱（直驱）、变速（MPPT）、变桨（恒功）
风力发电机组
两大核心系统：风力机系统＋ 发电机系统 一个灵魂： 系统控制器
风力机系统：
桨叶 轮毂 主轴 调桨机构（液压或电动伺服机构） 偏航机构（电动伺服机构） 刹车、制动机构 风速传感器
发电机系统：
发电机 励磁调节器（电力电子变换器） 并网开关 软并网装置 无功补偿器 主变压器 转速传感器
13
风力发电机组
笼型异步风力发电机的电磁功率表述
pCu1
R1 I1 U1
P1
jX1
jX 2
I0
Rm
pFe
I2 E1 E2
jXm
PM
定子输出功率：P1m1U1I1cos1
R2 pCu2 铁损耗： pFe m1I02Rm
定、转子铜损耗：
1
s
s
R2
pCu1 m1I12R1 pCu2 m1I22R2
Pm
Pmm1I221ssR2
电磁功率： P M m 1 E 2 I 2 c o s2 m 2 E 2 I 2 c o s2 m 1 I 2 2 R s 2 35
恒速恒频笼型异步风力发电机系统
笼型异步风力发电机的等值电路
R1 jX1
R2 jX 2
U1
I1
I0 Rm
I2'
jXm E1= E'2
1
s
s
R2
➢一相等值电路 ➢定子漏阻抗、转子漏阻抗（折合）、励磁阻抗 ➢转子可变电阻反映发电机的负载状况
4
双馈异步风力发电机组
5
风力发电机组的结构
直驱永磁同步风力发电机组
7
风力发电机组的基础知识
桨叶的升力与阻力
桨叶的距角
桨叶围绕翼展长度方向的轴 线旋转的角度。显然，桨距角的 变动对桨叶的升力影响很大。
8
风力机风能转换效率特性
• 风轮的功率
P
1 2
AV3Cp
• 风能转换率
Cpf(TS,R )
n1
60 f P
—— 同步转速
31
恒速恒频笼型异步风力发电机系统
笼型异步风力发电机的工作原理 — 电磁感应
（1）定子三相电流产生旋转磁场，以同步转速n1 旋转 （2）旋转磁场在转子导条中产生感应电动势 e和电流i
（3）i 在磁场中受力f，产生电磁转矩T
（4）若转子以转速n>n1, 向n1的方向旋转， T为制动转矩
30
恒速恒频笼型异步风力发电机系统
笼型异步风力发电机的工作原理 — 旋转磁场
(1) 向对称三相绕组中通入对称三相交流电流，可形成行波磁场； (2) 如果绕组分布在圆周上，则行波磁场为旋转磁场；
(3) 旋转磁场在一个圆周内，呈现出的磁极（N、S极）数目称为极 数，用2p表示。
(4) 旋转磁场的转向取决于三相电流的相序，转速n1取决于电流的 频率 f 和极对数p：
功角 ＝90处。
凸极同步发电机，最大电磁功率出现在
功角 ＜90处。
0
。
90
180。
26
恒速恒频同步风力发电机系统
同步风力发电机的并网条件
发电机输出的三相交流电压与电网电压应满足四同条件，即：
“同相序、同幅值、同频率、同相位”
同相序：由正确的旋转方向保证 同幅值：由励磁调节器自动保证 同频率：由调速器保证，桨距调节可用作并网调速器 同相位：由调速器微调实现
10
风力发电机组的功率控制
定速发电机
发电机转子转速基 本恒定，例如笼型 转子异步发电机。
变速发电机
发电机转子转速 可在一定范围内变 化。需要变频器保 证馈入电网的电能 频率恒定。
变速发电机有利于小风速下风力机吸收更多的功率。
11
风力机的输出功率
定桨定速 vs.变桨变速风力机输出功率的比较：
12
（软特性发电机的转子损耗较大，发热严重） （4）高效轻载：绝大部分时间处于轻载状态，要求发电机的效率
曲线平坦，在中低负载区效率较高。可考虑在轻 载区，将定子绕组由角接改为星接，降低铁耗。
40
恒速恒频笼型异步风力发电机系统
笼型双速异步风力发电机系统的特点
（1）变极双速笼型异步风力发电机方案
在同一台发电机的定子铁心中，埋设两套不同极对数的电 枢绕组（通常为4/6极）。根据需要，可在两套绕组切换，以获 得合适的运行转速。高速绕组角接，低速绕组星接，以降低轻 载运行时的铁心磁密和损耗。
15
风力发电机组
风电机组的分类：
（3）按传动机构分类 升速型：用齿轮箱连接低速风力机和高速发电机。 直驱型：将低速风力机和低速发电机直接连接。
（4）按发电机分类 异步型：笼型单速异步发电机、笼型双速变极异步 发电机；绕线式异步发电机。 同步型：电励磁同步发电机；永磁同步发电机。
（5）按并网方式分类 并网型：直接或间接并入电网，可省却储能环节。 离网型：需配储能环节，也可与柴发、光伏并联运行。
36
恒速恒频笼型异步风力发电机系统
笼型异步风力发电机的功率流程图
R1
I1 U1
jX1
jX 2
R2
I0
I 2
Rm
E1 E2
jXm
R2 / s
1
s
s
R2
P1 pCu1
PM pFe
pCu2
Pm
P2
pm+ pa
37
恒速恒频笼型异步风力发电机系统
笼型异步风力发电机的机械特性曲线
n
电磁转矩：
发
电
机
Smax
• 叶尖速比
TSRmRV
TSR: Tip Speed Rate
9
风力发电机组的功率控制
定桨距桨叶
桨距角固定，大风 速时，翼型的尾部 气流紊乱，升力不 增反降，称为失速 现象。
变桨距桨叶
桨距角可调，大风