清洁能源概论风力发电技术解析
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风力机的主要技术指标参数
① 风轮直径，通常风力机的功率越大，直径越大； ② 叶片数目，高速发电用风力机为2—4片，低速风力
机大干4片；
③ 叶片材料，现代常采用高强度低密度的复合材料； ④ 风能利用系数，一般为0.15—0.5之间； ⑤ 启动风速，一般为3—5m/s; ⑥ 停机风速，通常为15—35m／s; ⑦ 输出功率，现代风力机一般为几百干瓦—几兆瓦； ⑧ 发电机，分为直流发电机和交流发电机； ⑨ 另外还有塔架高度等等。
二、分类：
1）根据它收集风能的结构形式及在空间的布置，可分为水平轴 式或垂直轴式。
2）从塔架位置上，分为上风式和下风式； 3）还可以按桨叶数量，分为单叶片、双叶片、三叶片、四叶片
和多叶片式。 4）从桨叶和形式上分，有螺旋桨式、H型、S型等； 5）按桨叶的工作原理分，则有升力型和阻力型的区别。 6）以风力机的容量分，则有微型(1kW以下)、小型(1—10kW)、
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控制系统主要功能：
①按预先设定的风速值(一般为3—4m／s)自动启动风 力发电机组，并通过软启动装置将异步发电机并人 电网。
②借助各种传感器自动检测风力发电机组的运行参数 及状态，包括风速、风向、风力机风轮转速、发电 机转速、发电机温升、发电机输出功率、功率因数、 电压、电流等以从齿轮箱轴承的油温、液压系统的 油压等。
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(五)塔架
• 水平抽风力发电机组需要通过塔架将其置 于空中，以捕捉更多的风能。
• 类型：即由钢板制成的锥形筒状塔架和由 角钢制成的桁架式塔架。
(六)控制系统 组成： 100kw以上的中型风力发电机组及1Mw
以上的大型风力发电机组皆配有由微机或 可编程控制器(PLC)组成的控制系统来实现 控制、自检和显示功能。
风力发电技术
1
风Leabharlann Baidu的利用
• 按照不同的需要，风能可以被转化成其他不同形式的能量，如机 械能、电能、热能等，以实现提水灌溉、发电、供热、风帆助航 等功能。21世纪风能利用的主要领域是风力发电。
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风力发电设备
一、组成：风力发电机组包括两大部分；
➢ 一部分是风力机，由它将风能转换为机械能； ➢ 另一部分是发电机，由它将机械能转换为电能。
6
风机叶片
7
2、垂直轴风力机
特点：凡风轮转轴与地面呈垂直状态的风力 机叫垂直抽风力机。
形式有：如s型、H型、Ф型等。 应用：虽然目前垂直轴风力机尚未大量商品
化，但是它有许多特点，如不需大型塔架、 发电机可安装在地面上、维修方便及叶片制 造简便等，研究日趋增多，各种形式不断出 现。各种形式的垂直轴风力机。
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• 在实际运行中，桨叶的角度调节是在转子 旋转的同时完成的，叶片一次会转动一个 微小的角度。
• 采用可调楔角控制的风轮机要求精确的工 程设计来保证叶片恰好转动所需的角度。 可调楔角控制用计算机来实现，使风轮机 在所有风速时桨叶都能保持最佳角度，以 产出最多电能。
• 可调楔角控制装置通常都是液压驱动的。
③当风速大干最大运行速度(一般设定为25m／s)时实 现自动停机。
④故障保护。 ⑤通过调制解调器与电话线连接。
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水平轴中大风力发电机组基本结构
16
• 风轮机的设计思想是尽可能便宜地生产电 能。风轮机的设计基于目标风场的风速条 件，因此风轮机一般被设计成在风速为8～ 15m／s时具有最佳的性能，即有最大的电 能产出。人们不会花大力气把风机设计在 强风时有最多电能产出，因为强风天气不 多见。
（二）调向机构
作用：用来调整风力机的风轮叶片旋转平而与空气
流动方向相对位置的机构。因为当风轮叶片旋转平 面与气流方向垂直时，也即是迎着风向时，风力机 从流动的空气中获取的能量最大，因而风力机的输 出功率最大，所以调向机构又称为迎风机构(国外 通称偏航系统)。
类型：小型水平轴风力机常用的调向机构有尾 舵和尾车；风电场中并网运行的中大型风力 机则采用由伺服电动机。
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Ф型风力机图
9
• 风力发电系统的分类——风轮轴向
垂直轴
水平轴
10
风力发电系统及装置
(一)风力发电机组的系统 组成
• 风力发电系统是将风能转
换为电能的机械、电气及 共控制设备的组合。 • 通常包括风轮、发电机、 变速器(小、微容量及特殊 类型的也有不包括变速器 的)及有关控制器和储能装 置。
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19
• (2)被动失速控制风轮机。被动失速控制(stall) 风轮机的桨叶以一个固定的角度(即安装角 或楔角)用螺栓固定在轮毂上，因此其楔角 是固定不变的。
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1、水平轴力风机
特点：风力机的风轮轴与地面呈水平状态，称 水平轴风力机。
组成：它一般内风轮增速器、调速器、调向装 置、发电机和塔架等部件组成，大中型风力 机还有自动控制系统。
应用：这种风力机的功率从几十千瓦到数兆瓦， 是日前最具有灾际开发价值的风力机：
• 类型：有传统风车、低速风力机及高速风力 机等3大类型。
中型(10—100kW)和大型(100kw以上)机。
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• 叶轮：叶片和轮毂，获取风能并转化为机械能。 • 机舱
– 偏航系统 – 传动链
• 主轴：将风轮力矩传递给齿轮箱或发电机。 • 齿轮箱：将风轮转速在高速轴侧提高到满足发电机需要的转
速。 – 发电机：异步发电机、双馈发电机、永磁同步发电机 – 制动系统、桨距调节装置 • 塔架 • 电控系统：风力发电机组的运行与管理。
• 因此，在强风天气时必须浪费部分多余风 能，以避免损坏风机。所以所有的风机都 设计有某种能量控制装置，在现代风机上 有两种不同的安全实现方式。
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• (1)可调楔角控制风轮机。在可调楔角控制 (pitch)的风力发电机上，风力发电机的电子 控制器每秒钟检查几次风力发电机的电能 输出。当能量输出过高时，它就会向桨叶 调节装置发出一个指令，后者将立即把桨 叶轻微地转动一个角度，减小冲角使之偏 离最佳值；反之，当风速再次降低时，桨 叶就会回复原来的最佳冲角。因此，安装 在轮毂上的桨叶必须能够绕风轮的径向纵 轴转动。
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（三）发电机
微型及容量在10kW以下的小型风力发电机组，
采用永磁式或自励式交流发电机，经整流后 向负载供电及向蓄电池充电；
容量在l00kw以上的并网运行的风力发电机组，
则应用同步发电机或异步发电机：
（四）升速齿轮箱
• 作用：是将风力机轴上的低速旋转输入转变 为高速旋转输出，以便与发电机运转所需要 的转速相匹配。
风力机的主要技术指标参数
① 风轮直径，通常风力机的功率越大，直径越大； ② 叶片数目，高速发电用风力机为2—4片，低速风力
机大干4片；
③ 叶片材料，现代常采用高强度低密度的复合材料； ④ 风能利用系数，一般为0.15—0.5之间； ⑤ 启动风速，一般为3—5m/s; ⑥ 停机风速，通常为15—35m／s; ⑦ 输出功率，现代风力机一般为几百干瓦—几兆瓦； ⑧ 发电机，分为直流发电机和交流发电机； ⑨ 另外还有塔架高度等等。
二、分类：
1）根据它收集风能的结构形式及在空间的布置，可分为水平轴 式或垂直轴式。
2）从塔架位置上，分为上风式和下风式； 3）还可以按桨叶数量，分为单叶片、双叶片、三叶片、四叶片
和多叶片式。 4）从桨叶和形式上分，有螺旋桨式、H型、S型等； 5）按桨叶的工作原理分，则有升力型和阻力型的区别。 6）以风力机的容量分，则有微型(1kW以下)、小型(1—10kW)、
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控制系统主要功能：
①按预先设定的风速值(一般为3—4m／s)自动启动风 力发电机组，并通过软启动装置将异步发电机并人 电网。
②借助各种传感器自动检测风力发电机组的运行参数 及状态，包括风速、风向、风力机风轮转速、发电 机转速、发电机温升、发电机输出功率、功率因数、 电压、电流等以从齿轮箱轴承的油温、液压系统的 油压等。
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(五)塔架
• 水平抽风力发电机组需要通过塔架将其置 于空中，以捕捉更多的风能。
• 类型：即由钢板制成的锥形筒状塔架和由 角钢制成的桁架式塔架。
(六)控制系统 组成： 100kw以上的中型风力发电机组及1Mw
以上的大型风力发电机组皆配有由微机或 可编程控制器(PLC)组成的控制系统来实现 控制、自检和显示功能。
风力发电技术
1
风Leabharlann Baidu的利用
• 按照不同的需要，风能可以被转化成其他不同形式的能量，如机 械能、电能、热能等，以实现提水灌溉、发电、供热、风帆助航 等功能。21世纪风能利用的主要领域是风力发电。
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风力发电设备
一、组成：风力发电机组包括两大部分；
➢ 一部分是风力机，由它将风能转换为机械能； ➢ 另一部分是发电机，由它将机械能转换为电能。
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风机叶片
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2、垂直轴风力机
特点：凡风轮转轴与地面呈垂直状态的风力 机叫垂直抽风力机。
形式有：如s型、H型、Ф型等。 应用：虽然目前垂直轴风力机尚未大量商品
化，但是它有许多特点，如不需大型塔架、 发电机可安装在地面上、维修方便及叶片制 造简便等，研究日趋增多，各种形式不断出 现。各种形式的垂直轴风力机。
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• 在实际运行中，桨叶的角度调节是在转子 旋转的同时完成的，叶片一次会转动一个 微小的角度。
• 采用可调楔角控制的风轮机要求精确的工 程设计来保证叶片恰好转动所需的角度。 可调楔角控制用计算机来实现，使风轮机 在所有风速时桨叶都能保持最佳角度，以 产出最多电能。
• 可调楔角控制装置通常都是液压驱动的。
③当风速大干最大运行速度(一般设定为25m／s)时实 现自动停机。
④故障保护。 ⑤通过调制解调器与电话线连接。
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水平轴中大风力发电机组基本结构
16
• 风轮机的设计思想是尽可能便宜地生产电 能。风轮机的设计基于目标风场的风速条 件，因此风轮机一般被设计成在风速为8～ 15m／s时具有最佳的性能，即有最大的电 能产出。人们不会花大力气把风机设计在 强风时有最多电能产出，因为强风天气不 多见。
（二）调向机构
作用：用来调整风力机的风轮叶片旋转平而与空气
流动方向相对位置的机构。因为当风轮叶片旋转平 面与气流方向垂直时，也即是迎着风向时，风力机 从流动的空气中获取的能量最大，因而风力机的输 出功率最大，所以调向机构又称为迎风机构(国外 通称偏航系统)。
类型：小型水平轴风力机常用的调向机构有尾 舵和尾车；风电场中并网运行的中大型风力 机则采用由伺服电动机。
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Ф型风力机图
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• 风力发电系统的分类——风轮轴向
垂直轴
水平轴
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风力发电系统及装置
(一)风力发电机组的系统 组成
• 风力发电系统是将风能转
换为电能的机械、电气及 共控制设备的组合。 • 通常包括风轮、发电机、 变速器(小、微容量及特殊 类型的也有不包括变速器 的)及有关控制器和储能装 置。
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• (2)被动失速控制风轮机。被动失速控制(stall) 风轮机的桨叶以一个固定的角度(即安装角 或楔角)用螺栓固定在轮毂上，因此其楔角 是固定不变的。
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1、水平轴力风机
特点：风力机的风轮轴与地面呈水平状态，称 水平轴风力机。
组成：它一般内风轮增速器、调速器、调向装 置、发电机和塔架等部件组成，大中型风力 机还有自动控制系统。
应用：这种风力机的功率从几十千瓦到数兆瓦， 是日前最具有灾际开发价值的风力机：
• 类型：有传统风车、低速风力机及高速风力 机等3大类型。
中型(10—100kW)和大型(100kw以上)机。
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• 叶轮：叶片和轮毂，获取风能并转化为机械能。 • 机舱
– 偏航系统 – 传动链
• 主轴：将风轮力矩传递给齿轮箱或发电机。 • 齿轮箱：将风轮转速在高速轴侧提高到满足发电机需要的转
速。 – 发电机：异步发电机、双馈发电机、永磁同步发电机 – 制动系统、桨距调节装置 • 塔架 • 电控系统：风力发电机组的运行与管理。
• 因此，在强风天气时必须浪费部分多余风 能，以避免损坏风机。所以所有的风机都 设计有某种能量控制装置，在现代风机上 有两种不同的安全实现方式。
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• (1)可调楔角控制风轮机。在可调楔角控制 (pitch)的风力发电机上，风力发电机的电子 控制器每秒钟检查几次风力发电机的电能 输出。当能量输出过高时，它就会向桨叶 调节装置发出一个指令，后者将立即把桨 叶轻微地转动一个角度，减小冲角使之偏 离最佳值；反之，当风速再次降低时，桨 叶就会回复原来的最佳冲角。因此，安装 在轮毂上的桨叶必须能够绕风轮的径向纵 轴转动。
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（三）发电机
微型及容量在10kW以下的小型风力发电机组，
采用永磁式或自励式交流发电机，经整流后 向负载供电及向蓄电池充电；
容量在l00kw以上的并网运行的风力发电机组，
则应用同步发电机或异步发电机：
（四）升速齿轮箱
• 作用：是将风力机轴上的低速旋转输入转变 为高速旋转输出，以便与发电机运转所需要 的转速相匹配。