风力发电机及其系统 ppt课件
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风力发电机ppt课件.pptx
目录
1
风力发电机概述
2
风电机组传动系统
3
偏航系统
4
变桨系统
风力机主要部件
风轮
叶片 轮毂
Text in here
塔架
主要部件
机舱
齿轮箱 发电机 偏航系统 制动系统
基础
风力发电机分类
按风轮 结构划分
水平轴风力机 垂直轴风力机
叶片围绕一个水平轴旋转，旋转平面与风向垂直。 风轮围绕一个垂直轴进行旋转。
风力发电机分类
按功率调节方式划分:定桨距与变桨距
定桨距 风力机
叶片固定在轮毂上，桨距角不变，风力机的功率 调节完全依靠叶片的失速性能。当风速超过额定 风速时，在叶片后端将形成边界层分离，使升力 系数下降，阻力系数增加，从而限制了机组功率 的进一步增加。
优点: 缺点:
结构简单
不能保证功率恒定，并且由于阻力增大,导致叶片和 塔架等部件承受的载荷相应增大
变桨系统 功能
保障风机机组安全停机 气动刹车
超过安全风速时或故障停机、 紧急情况下，旋转桨叶到安全 位置，保护风力发电机组，实 现安全停车功能。
变桨系统相关部件
变桨轴承
变桨轴承安装在轮毂上， 通过外圈螺栓把紧。 其内齿圈与变桨驱动 装置啮合运动，并与 叶片联接。
外圈
内圈
变桨驱动装置
变桨齿轮箱
• 变桨驱动装置通过螺柱 与轮毂连接。
结构形式
由于要求的增速比往往很大，风电齿轮箱通 常需要多级齿轮传动。大型风电机组的增速 齿轮箱的典型设计，多采用行星齿轮与定轴 齿轮组成混合轮系的传动方案。
风电机组齿轮箱结构形式
图为一种一级行星+两级定轴齿轮传动的齿轮箱结构，低速轴为行 星齿轮传动后两级为平行轴圆柱齿轮传动，可合理分配传动比，提 高传动效率。
1
风力发电机概述
2
风电机组传动系统
3
偏航系统
4
变桨系统
风力机主要部件
风轮
叶片 轮毂
Text in here
塔架
主要部件
机舱
齿轮箱 发电机 偏航系统 制动系统
基础
风力发电机分类
按风轮 结构划分
水平轴风力机 垂直轴风力机
叶片围绕一个水平轴旋转，旋转平面与风向垂直。 风轮围绕一个垂直轴进行旋转。
风力发电机分类
按功率调节方式划分:定桨距与变桨距
定桨距 风力机
叶片固定在轮毂上，桨距角不变，风力机的功率 调节完全依靠叶片的失速性能。当风速超过额定 风速时，在叶片后端将形成边界层分离，使升力 系数下降，阻力系数增加，从而限制了机组功率 的进一步增加。
优点: 缺点:
结构简单
不能保证功率恒定，并且由于阻力增大,导致叶片和 塔架等部件承受的载荷相应增大
变桨系统 功能
保障风机机组安全停机 气动刹车
超过安全风速时或故障停机、 紧急情况下，旋转桨叶到安全 位置，保护风力发电机组，实 现安全停车功能。
变桨系统相关部件
变桨轴承
变桨轴承安装在轮毂上， 通过外圈螺栓把紧。 其内齿圈与变桨驱动 装置啮合运动，并与 叶片联接。
外圈
内圈
变桨驱动装置
变桨齿轮箱
• 变桨驱动装置通过螺柱 与轮毂连接。
结构形式
由于要求的增速比往往很大，风电齿轮箱通 常需要多级齿轮传动。大型风电机组的增速 齿轮箱的典型设计，多采用行星齿轮与定轴 齿轮组成混合轮系的传动方案。
风电机组齿轮箱结构形式
图为一种一级行星+两级定轴齿轮传动的齿轮箱结构，低速轴为行 星齿轮传动后两级为平行轴圆柱齿轮传动，可合理分配传动比，提 高传动效率。
风力发电机及其系统ppt课件
17
风力发电机系统
恒速恒频同步风力发电机系统
三要素： （1）同步发电机 （2）调速器 （3）励磁调节器
18
恒速恒频同步风力发电机系统
同步风力发电机的定、转子结构
定子铁心
定子绕组
转子磁极 19
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 — 产生感应电动势
（1）风力机拖着发电机的转子以恒定 转速n1沿发电机组的结构
6
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
AV 3Cp
• 风能转换率
Cp f (TSR, )
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）
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。
风力发电机系统
恒速恒频同步风力发电机系统
三要素： （1）同步发电机 （2）调速器 （3）励磁调节器
18
恒速恒频同步风力发电机系统
同步风力发电机的定、转子结构
定子铁心
定子绕组
转子磁极 19
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 — 产生感应电动势
（1）风力机拖着发电机的转子以恒定 转速n1沿发电机组的结构
6
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
AV 3Cp
• 风能转换率
Cp f (TSR, )
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）
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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。
风力发电ppt较详细PPT课件
市场推广
通过宣传和教育，提高公 众对风力发电的认识和接 受度，促进市场需求增长。
竞争环境
建立公平的市场竞争机制， 打破行业垄断，吸引更多 企业参与风力发电项目的 投资和建设。
技术瓶颈与解决方案
风能利用率
提高风能利用率，降低风能成本， 是当前面临的主要技术瓶颈之一。 通过研发更高效的风力发电机组 和优化风电场布局，可以提高风
能利用率。
储能技术
发展储能技术，解决风能发电的 间歇性问题。例如，利用电池、 抽水蓄能、压缩空气储能等技术， 实现风电场的有功无功调节和调
峰填谷。
输电技术
加强智能电网建设和特高压输电 技术的研究，提高风电并网和远
距离输送的能力，降低损耗。
环境保护与可持续发展
减少对环境的影响
合理规划风电场的位置和规模，避免对生态环境造成破坏。同时，加强风电设备 的噪声和视觉污染治理，降低对周边居民的影响。
海上风电发展
海上风电资源丰富，未来 将有更多的海上风电项目 建成并投入运营。
风力发电与其他可再生能源的结合
太阳能与风能结合
太阳能和风能在时间和地域上具有互补性，结合使用可提高可再 生能源的利用效率。
风能与水能结合
风能和水能在动力转换上具有协同效应，结合使用可实现能源的更 高效利用。
多种可再生能源的综合利用
风力发电的优势与局限性
优势
风能是一种可再生能源，利用风能发电有助于减少化石燃料的消耗和温室气体 排放；风能分布广泛，可利用风能资源丰富；风力发电技术成熟，经济效益逐 渐提高。
局限性
风能是一种间歇性能源，受天气和季节影响较大；风力发电机组占地面积较大， 对土地资源有一定需求；风力发电在建设、维护和拆除过程中可能对环境产生 一定影响。
《风力发电系统培训》课件
机舱
安装风轮轴、齿轮箱和发电机 等关键设备，实现能量的转换 和传输。
齿轮箱
连接风轮轴和发电机，实现转 速的匹配和提升，提高发电效 率。
发电机
将机械能转换为电能，通过电 磁感应原理实现。
风力发电机组的维护与保养
定期检查
对风力发电机组的各部件进行定期检查，确 保正常运行。
紧固与调整
检查并紧固各部件的连接螺栓和螺母，确保 安全可靠。
设备安装与调试
将风电机组、电气系统和控制系统等 设备安装到指定位置，并进行调试和 试运行，确保设备正常运行。
并网发电
将风电场与电网连接，实现并网发电 ，确保电力输送和分配的可靠性和经 济性。
运行维护与管理
对风电场进行日常运行维护和管理， 确保风电场的安全、稳定和经济运行 。
PART 04
风力发电系统的运行与维 护
部件等。
风力发电系统的维护与保养
定期维护与保养
介绍定期对风力发电系统各部件进行检查、清洁、润滑等保养工 作，以及定期对系统进行性能测试和校准。
应急维护与抢修
阐述在系统出现突发故障时，如何迅速组织人员进行维护和抢修， 尽快恢复系统正常运行。
维护与保养记录管理
介绍如何对维护与保养工作进行记录和管理，以便对系统进行跟踪 和追溯，提高管理效率。
技术创新
随着科技的不断进步，风力发电技术将不断改进和创新，提高发 电效率和可靠性。
规模化发展
未来风力发电将向规模化、集中化方向发展，形成大规模风电基 地，降低成本。
海上风电崛起
海上风电资源丰富，未来将逐渐成为风力发电的重要领域。
2023 WORK SUMMARY
THANKS
感谢观看Βιβλιοθήκη REPORTING原理
安装风轮轴、齿轮箱和发电机 等关键设备，实现能量的转换 和传输。
齿轮箱
连接风轮轴和发电机，实现转 速的匹配和提升，提高发电效 率。
发电机
将机械能转换为电能，通过电 磁感应原理实现。
风力发电机组的维护与保养
定期检查
对风力发电机组的各部件进行定期检查，确 保正常运行。
紧固与调整
检查并紧固各部件的连接螺栓和螺母，确保 安全可靠。
设备安装与调试
将风电机组、电气系统和控制系统等 设备安装到指定位置，并进行调试和 试运行，确保设备正常运行。
并网发电
将风电场与电网连接，实现并网发电 ，确保电力输送和分配的可靠性和经 济性。
运行维护与管理
对风电场进行日常运行维护和管理， 确保风电场的安全、稳定和经济运行 。
PART 04
风力发电系统的运行与维 护
部件等。
风力发电系统的维护与保养
定期维护与保养
介绍定期对风力发电系统各部件进行检查、清洁、润滑等保养工 作，以及定期对系统进行性能测试和校准。
应急维护与抢修
阐述在系统出现突发故障时，如何迅速组织人员进行维护和抢修， 尽快恢复系统正常运行。
维护与保养记录管理
介绍如何对维护与保养工作进行记录和管理，以便对系统进行跟踪 和追溯，提高管理效率。
技术创新
随着科技的不断进步，风力发电技术将不断改进和创新，提高发 电效率和可靠性。
规模化发展
未来风力发电将向规模化、集中化方向发展，形成大规模风电基 地，降低成本。
海上风电崛起
海上风电资源丰富，未来将逐渐成为风力发电的重要领域。
2023 WORK SUMMARY
THANKS
感谢观看Βιβλιοθήκη REPORTING原理
风力发电机及其系统ppt课件
R1
I1 U1
R2 / s
jX1
jX 2
R2
I0
I 2
Rm
E1 E2
jXm
1
s
s
R2
P1 pCu1
PM pFe
pCu2
Pm
P2
pm+ p1a5
笼型异步发电机的机械特性曲线
n
发
电
机
Smax
0 n1
电 动 机
电磁 －Tm
10
制动
s
电磁转矩：
T
2πf1[(R1
m1 pU12
Байду номын сангаас
R2 s
10
电机 正反 转控 制图
11
笼型异步发电机的等值电路
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
12
铁损和铜损
• 铁损：电机的铁损包括磁滞损失和 涡流 损失两部分，电机空载时所消耗的功率 。
20
转子电流受控的异步风力发电机 系统(Rotor Current Control， RCC)
转子电流斩波控制电路：
原理： 控制附加电阻的接入时间，从而控制转子电21流
RCC异步风力发电机系统的特点
优点：
（1）风速变化引起风轮转矩脉动的低频分量由变 桨调速机构调节，其高频分量由RCC调节，可 明显减轻桨叶应力，平滑输出电功率;
整发电机的机械特性。
19
《风力发电机概述》课件
风能转换的限制因素
风能的转换受到风速、风向、地形、气候等多种因素的 影响，需要合理选址和设计才能实现高效的风能转换。
风力发电机的工作流程
风车叶片旋转
当风吹过风车叶片时，叶片受到风的压力而 旋转。
发电机发电
传动系统
叶片的旋转通过传动系统传递到发电机转子 ，使转子转动。
发电机转子的转动产生电流，经过整流和变 压后输出电能。
噪音和视觉污染
大型风力发电机组在运行过程中会产生噪音，对周围居民 的生活产生影响，同时其庞大的结构和旋转的叶片也会对 景观造成一定程度的视觉污染。
维护和管理难度
风力发电机组通常安装在偏远地区，维护和管理难度较大 ，需要专业的技术和设备支持。
风力发电的未来发展
技术进步
随着科技的进步，风力发电机组的设计和制造技术将不断改进，提高 发电效率和降低成本。
家庭小型风力发电机
家庭小型风力发电机是一种适 合家庭和小型企业使用的风力
发电机。
家庭小型风力发电机通常采用 垂直轴或水平轴设计，利用小
型涡轮机产生电能。
家庭小型风力发电机具有较低 的安装和维护成本，能够满足 家庭和小型企业的电力需求。
家庭小型风力发电机的发电量 较小，通常用于补充电网供电 或为独立电力系统提供电力。
交通设施
在高速公路、铁路等交通设施中，可以利用 风能资源建设风力发电设施，为交通设施提 供辅助电力。
D
风力发电机的工作原理
02
风能转换原理
01
风能转换原理
风力发电机利用风的动力，通过风车叶片的旋转驱动发 电机转子的转动，从而将风能转换为电能。
02
风能的特点
风能是一种清洁、可再生的能源，具有分布广泛、能量 密度低、不稳定等特点。
风能的转换受到风速、风向、地形、气候等多种因素的 影响，需要合理选址和设计才能实现高效的风能转换。
风力发电机的工作流程
风车叶片旋转
当风吹过风车叶片时，叶片受到风的压力而 旋转。
发电机发电
传动系统
叶片的旋转通过传动系统传递到发电机转子 ，使转子转动。
发电机转子的转动产生电流，经过整流和变 压后输出电能。
噪音和视觉污染
大型风力发电机组在运行过程中会产生噪音，对周围居民 的生活产生影响，同时其庞大的结构和旋转的叶片也会对 景观造成一定程度的视觉污染。
维护和管理难度
风力发电机组通常安装在偏远地区，维护和管理难度较大 ，需要专业的技术和设备支持。
风力发电的未来发展
技术进步
随着科技的进步，风力发电机组的设计和制造技术将不断改进，提高 发电效率和降低成本。
家庭小型风力发电机
家庭小型风力发电机是一种适 合家庭和小型企业使用的风力
发电机。
家庭小型风力发电机通常采用 垂直轴或水平轴设计，利用小
型涡轮机产生电能。
家庭小型风力发电机具有较低 的安装和维护成本，能够满足 家庭和小型企业的电力需求。
家庭小型风力发电机的发电量 较小，通常用于补充电网供电 或为独立电力系统提供电力。
交通设施
在高速公路、铁路等交通设施中，可以利用 风能资源建设风力发电设施，为交通设施提 供辅助电力。
D
风力发电机的工作原理
02
风能转换原理
01
风能转换原理
风力发电机利用风的动力，通过风车叶片的旋转驱动发 电机转子的转动，从而将风能转换为电能。
02
风能的特点
风能是一种清洁、可再生的能源，具有分布广泛、能量 密度低、不稳定等特点。
风力发电机组各系统介绍ppt课件
37
五、冷却润滑系统
• 作用 1、对齿轮箱各轴承、各齿面提供足够的润滑。 2、对齿轮箱进行冷却散热。
38
39
• 冷却润滑系统组成 润滑油泵：将齿箱润滑油吸入，输出压力油。
40
滤油器：将油液过滤，给齿箱提供清洁的润滑 油，通常精度为10μm。 冷却器：通过与空气的热交换，将热油冷却。 连接管路：连接各个部件。 附件：提供滤油器堵塞报警，显示回油压力。
32
33
刹车系统的控制机构－液压系统
34
四、支承系统
• 塔架的作用 支承风力发电机组的机械部件，承受各部件作用在塔 架上的力和风载
• 基础的作用 安装、支承风力发电机组，平衡运行过程中产生的各 种载荷。
35
• 塔架 材料：Q345 轮毂高度：依据项目和当地风切变指数综合考虑 而定
36
• 基础 钢筋混凝土
叶
失速、定桨 玻璃钢 23.5m 、24m 49m、50m
3 2.5° 5°
8
轮
毂
• 轮毂材料: QT400－18或 QT350－22L
• 涂层：
HEMPEL
• 与桨叶连接： 高强度螺栓
9
主轴、轴承、轴承座 • 轴承：SFK 或FAG • 主轴：材料42CrMoA • 轴承座：材料QT400－18AL
43
• ３、通过过滤器的油液进入阀组，当油液温度较低时， 油液直接流回齿轮箱各个轴承和齿面的润滑点，这时 系统只起润滑作用。当油液温度达到设定值时，通过 阀的调配，油液全部强行通过冷却器，给油液进行冷 却后再流回齿轮箱各个润滑点。
44
19
偏航齿箱
参数： • 型式： 法兰联接的同轴行星（摆线）齿轮箱 • 额定输入功率: 1.5kW • 额定输入转速: 940rpm • 额定输出转速: 1.245rpm • 额定传动比: 755 • 额定输入扭矩: 15Nm • 使用环境温度 ： -30℃～+40℃ • 噪声（声功率级）：≤90 dB（A） • 润滑油： Mobil或Shell、BP的合成齿轮油
五、冷却润滑系统
• 作用 1、对齿轮箱各轴承、各齿面提供足够的润滑。 2、对齿轮箱进行冷却散热。
38
39
• 冷却润滑系统组成 润滑油泵：将齿箱润滑油吸入，输出压力油。
40
滤油器：将油液过滤，给齿箱提供清洁的润滑 油，通常精度为10μm。 冷却器：通过与空气的热交换，将热油冷却。 连接管路：连接各个部件。 附件：提供滤油器堵塞报警，显示回油压力。
32
33
刹车系统的控制机构－液压系统
34
四、支承系统
• 塔架的作用 支承风力发电机组的机械部件，承受各部件作用在塔 架上的力和风载
• 基础的作用 安装、支承风力发电机组，平衡运行过程中产生的各 种载荷。
35
• 塔架 材料：Q345 轮毂高度：依据项目和当地风切变指数综合考虑 而定
36
• 基础 钢筋混凝土
叶
失速、定桨 玻璃钢 23.5m 、24m 49m、50m
3 2.5° 5°
8
轮
毂
• 轮毂材料: QT400－18或 QT350－22L
• 涂层：
HEMPEL
• 与桨叶连接： 高强度螺栓
9
主轴、轴承、轴承座 • 轴承：SFK 或FAG • 主轴：材料42CrMoA • 轴承座：材料QT400－18AL
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• ３、通过过滤器的油液进入阀组，当油液温度较低时， 油液直接流回齿轮箱各个轴承和齿面的润滑点，这时 系统只起润滑作用。当油液温度达到设定值时，通过 阀的调配，油液全部强行通过冷却器，给油液进行冷 却后再流回齿轮箱各个润滑点。
44
19
偏航齿箱
参数： • 型式： 法兰联接的同轴行星（摆线）齿轮箱 • 额定输入功率: 1.5kW • 额定输入转速: 940rpm • 额定输出转速: 1.245rpm • 额定传动比: 755 • 额定输入扭矩: 15Nm • 使用环境温度 ： -30℃～+40℃ • 噪声（声功率级）：≤90 dB（A） • 润滑油： Mobil或Shell、BP的合成齿轮油
电机学chap13风力发电机课件
c）切向式转子磁路结构 d）混合转子磁路结构
b）磁极凹入式
图13-5 径向磁通永磁风力发电机
普通高等教育“十一五”国家级规划教材
13.风力发电机
二、直驱式永磁风力发电机——结构类型
图13-6 轴向磁通永磁风力发电机
图13-7 横向磁通永磁风力发电机
普通高等教育“十一五”国家级规划教材
13.风力发电机
3）同步运行状态：此时n =ns, f2为零，转子中的电流为直流，电网与转子绕组之 间无功率交换，励磁变换器向转子提供直流励磁，此时可等效为同步发电机。
普通高等教育“十一五”国家级规划教材
13.风力发电机
三、双馈式异步风力发电机——基本方程
1.假定条件 2.基本方程
U 1 E1 I1(r1 jx1 )
3. 比较永磁风力发电机和双馈式异步发电机的结构差异。 4. 试分析直驱式永磁发电机中采用永磁材料所带来的问题。
普通高等教育“十一五”国家级规划教材
2
定速度，45段对应恒功率阶段。 0
1
ωs
并网阶段
恒功率阶段
4
5
3
ωn
ω
图13-20 双馈式异步发电机的运行区间
普通高等教育“十一五”国家级规划教材
13.风力发电机
➢思考题
1. 低速运行对直驱式永磁风力发电机的设计提出了什么样 的要求？
2. 为什么双馈式异步发电系统变流器的体积、容量一般要 小于同功率等级直驱式风力发电系统变流器？
➢ 直驱式永磁风力发电机由定子 和转子两部分组成，定、转子 之间为气隙。
➢ 电机定子包括铁心和绕组，绕 组为三相对称绕组，各相绕组 轴线空间相差120角度。
➢ 电机转子包括转轴、转子轭和 永磁材料。
风力发电机及其系统知识讲解课件
分布式风电技术的应用
分布式风电技术的应用场景广泛，如农村、岛屿、城 市等地区。在实践中，分布式风电技术的应用已经取 得了一定的成果。例如，在丹麦等国家，分布式风电 已经成为主要的供电方式之一；在国内，也有越来越 多的企业和个人开始利用分布式风电技术实现自给自 足的供电方式。分布式风电技术的应用有助于提高能 源利用效率和降低碳排放量，为推动可持续发展做出 了积极贡献。
靠性，维护成本相对较低。
02
垂直轴风力发电机
垂直轴风力发电机与水平轴风力发电机不同，其风轮轴与地面垂直，利
用风向旋转风轮叶片发电。垂直轴风力发电机具有较广的风能利用率范
围，尤其适合在低风速地区使用。
03
大型和小型风力发电机
根据功率大小，风力发电机可分为大型和小型两类。大型风力发电机通
常用于并网发电，而小型风力发电机则适用于家庭、小型商业和离网应
Part
02
风力发电机系统组成
风力发电机组的主要部件
风轮
捕获风能并将其转换为机械能的 主要部件，包括叶片和轮毂。
塔筒
支撑整个风力发电机组，包括风 轮、齿轮箱和发电机，使其能够 捕获风能。
齿轮箱
将风轮的低转速提升到发电机所 需的高转速，以驱动发电机产生 电能。
发电机
将风轮捕获的机械能转换为电能 ，通过磁场和导线的相对运动产 生电流。
维修更换
对损坏或磨损严重的部件进行 维修或更换，保证系统性能。
备件管理
建立备件管理制度，储备必要 的备件，确保维护保养工作的
顺利进行。
风力发电机系统的故障诊断与处理
故障识别
通过监控系统或其他手段，及时发现风力发电机 系统的异常情况。
故障诊断
采用专业的诊断工具和方法，对故障进行准确定 位和性质判断。
风力发电机组及其控制系统PPT课件
风力机的结构 风力机
传动链
发电机
变速发电技术
27
2.1.2 风力机的结构和组成
风轮一般由2~3个叶片和轮毂所组成，其功能是将风能 转换为机械能。
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2.1.2 风力机的结构和组成
小型风力机的叶片部分采用木质材料，中、大型风力机的叶片的趋 势都倾向于采用玻璃纤维或高强度复合材料。
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2.1.2 风力机的结构和组成
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(3)电动机驱动的风向跟踪系统 对大型风力发电机组，一般采用电动机驱动的风向跟踪系统。整个偏航系统由电动机及减速机构、偏航调节
系统和扭缆保护装置等部分组成。偏航调节系统包括风向标和偏航系统调节软件。风向标对应每一个风向都有一 个相应的脉冲输出信号，通过偏航系统软件确定其偏航方向和偏航角度，然后将偏航信号放大传送给电动机，通 过减速机构转动风力机平台，直到对准风向为止。
叶片数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，但起 动风速较高。由于其叶片数很少，在输出同 样功率的条件下比低速风轮要轻得多，因此 适用于发电。
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水平轴风力机随风轮与塔架相对位置的不同而有上风向与下风向之分。
上风向：风轮在塔架的前面迎风旋转，叫做上风向风力机。上风向风力 机必须有某种调向装置来保持风轮迎风。
14
风电产业
➢ 全球风电发展趋势 ✓ 机组容量大型化、产业规模化
➢ 新时期风电发展要求 ✓ 整体性要求更高、零部件相关技术有待提高 ✓ 与电网联系紧密，能效、稳定性要求提高 ✓ 控制系统重要性越发体现
➢ 我国风电发展存在问题 ✓ 风电建设与技术支持体系的不平衡 ✓ 控制系统研发、生产最为薄弱
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2.风电机组的构成
2.06%
《风力发电系统》课件
风力发电的原理与技术
原理
风力发电的基本原理是利用风力驱动 风力发电机组旋转，通过增速机将旋 转的机械能转化为电能，最终输出电 能。
技术
风力发电机组主要包括风轮、发电机 、增速机、塔筒等部分，其中风轮是 捕获风能的主要部件，发电机将机械 能转化为电能。
风力发电的优势与局限性
优势
可再生、清洁、资源丰富、运行费用低、节能减排等。
应急抢修
在设备发生故障时，迅速 组织人员进行抢修，尽快 恢复系统正常运行。
04
风力发电系统的环境影 响与经济效益
风力发电对环境的影响
减少温室气体排放
风力发电是一种可再生能源，使用风能替代化石燃料，可以显著 减少温室气体排放，缓解全球气候变化。
节约水资源
相比传统的水力发电，风力发电不需要消耗水资源，对于水资源匮 乏的地区，风能是一个更好的选择。
局限性
风能的不稳定性、地域性限制、建设成本高、影响鸟类和生态环境等。
02
风力发电系统的组成
风力发电机组
风力发电机
将风能转化为机械能的主要设 备，包括风轮、发电机和塔筒
等部分。
风轮
捕获风能并将其传递给发电机 ，通常由两个或更多的叶片组 成。
发电机
将风轮传递的机械能转化为电 能，主要部件包括定子和转子 。
。
大型风电场可以为电网提供稳 定的电力输出，是可再生能源
发电的重要组成部分。
分布式风电系统的应用实例
01
小规模、分散式发电
02
分布式风电系统通常由几台到几十台风力发电机组组成，分布在工业 园区、住宅区、商业区等区域。
03
这些风电系统旨在满足特定区域内的电力需求，减少对传统能源的依 赖，并提高能源利用效率。
风力发电机PPT课件
整流器 转子励磁绕组 定子三相绕组
励磁调节器
蓄电池组
2024/1/12
图3-18硅整流自励式交流同步发电机电路原理图
第30页/共119页
（4）电容自励式异步发电机
电容自励式异步发电机是在异步发电机定子绕组的输出端接上电
容，以产生超前于电压的容性电流建立磁场，从而建立电压。其电路
示意图如下图所示。
A B
2024/1/12
第34页/共119页
2024/1/12
第35页/共119页
2024/1/12
双馈异步发电机工作原理：
异步发电机中定、转子电流产生的旋转磁场始终是相对静止的，当
发电机转速变化而频率不变时，发电机转子的转速和定、转子电流的频
率关系可表示为：
f1
p n 60
f2
式中
f1——定子电流的频率（Hz），f1=pn1/60，n1 为同步转速；
风力等级与风速的关系： N 0.1 0.824N 1.505
式中 VN——N级风的平均风速(m/s)； N——风的级数。
2024/1/12
第10页/共119页
4、风能
（1） 风能密度，空气在一秒钟内以速度ν流过单位面积产生的动
能。
E 0.5 3
表达式为：
（2） 风能，空气在一秒钟时间内以速度ν流过面积为S截面的动能。
SSW S
SSE
2024/1/12
第9页/共119页
2、风速
由于风时有时无、时大时小，每一瞬时的速度都不相同，所以 风速是指一段时间内的平均值，即平均风速。
3、风力
风力等级是根据风对地面或海面物体影响而引起的各种现象， 按风力的强度等级来估计风力的大小。国际上采用的为蒲福风级， 从静风到飓风共分为13个等级。
励磁调节器
蓄电池组
2024/1/12
图3-18硅整流自励式交流同步发电机电路原理图
第30页/共119页
（4）电容自励式异步发电机
电容自励式异步发电机是在异步发电机定子绕组的输出端接上电
容，以产生超前于电压的容性电流建立磁场，从而建立电压。其电路
示意图如下图所示。
A B
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第34页/共119页
2024/1/12
第35页/共119页
2024/1/12
双馈异步发电机工作原理：
异步发电机中定、转子电流产生的旋转磁场始终是相对静止的，当
发电机转速变化而频率不变时，发电机转子的转速和定、转子电流的频
率关系可表示为：
f1
p n 60
f2
式中
f1——定子电流的频率（Hz），f1=pn1/60，n1 为同步转速；
风力等级与风速的关系： N 0.1 0.824N 1.505
式中 VN——N级风的平均风速(m/s)； N——风的级数。
2024/1/12
第10页/共119页
4、风能
（1） 风能密度，空气在一秒钟内以速度ν流过单位面积产生的动
能。
E 0.5 3
表达式为：
（2） 风能，空气在一秒钟时间内以速度ν流过面积为S截面的动能。
SSW S
SSE
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第9页/共119页
2、风速
由于风时有时无、时大时小，每一瞬时的速度都不相同，所以 风速是指一段时间内的平均值，即平均风速。
3、风力
风力等级是根据风对地面或海面物体影响而引起的各种现象， 按风力的强度等级来估计风力的大小。国际上采用的为蒲福风级， 从静风到飓风共分为13个等级。
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风力发电机系统
恒速恒频同步风力发电机系统
三要素： （1）同步发电机 （2）调速器 （3）励磁调节器
恒速恒频同步风力发电机系统
同步风力发电机的定、转子结构
定子铁心
定子绕组
转子磁极
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 — 产生感应电动势
（1）风力机拖着发电机的转子以恒定 转速n1沿逆时针方向旋转
（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）
（4）安全、可靠运行 过压、过流、过速、过热等状态监测与保护
风力发电机组
风电机组的分类：
双馈异步风力发电机组
风力发电机组的结构
直驱永磁同步风力发电机组
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。
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 )
• 叶尖速比
Xs —每相电枢绕组的漏电抗。
Xd 、Xq —每相电枢绕组的直轴 和交轴同步电抗。
jIq X q U
Iq
I
相量图（忽略R） Id
恒速恒频同步风力发电机系统
同步风力发电机的空载电压特性
E0
E0:定子一相感应电动势的有效值
额定点Βιβλιοθήκη if:转子励磁电流空载特性反映了转子励磁磁动势产 生磁场、并在定子绕组中感应电动势 的能力。
（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
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
制动转矩，与风力机的拖动转矩 相平衡。
电磁制动力的方向可用左手定则判断！
恒速恒频同步风力发电机系统
同步风力发电机的电动势方程式 E0
E 0 U IR jId X d jIq X q
jId X d
式中， Xd＝ Xs＋Xad
Xq＝Xs＋Xaq Xad 、Xaq — 每相电枢绕组的直轴
和交轴电枢反应电抗。
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
风力发电机组
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
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 )
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
风力发电机及其系统
风力发电机及其系统
目的
介绍现代风力发电机组中的发电机及其系统的基本结构、 运行原理和控制方法，说明发电机对风力机和电力系统的 影响。
内容
（1）恒速恒频风力发电机系统 （2）变速恒频风力发电机系统
精品资料
风力发电机组的结构
风力发电机组的结构
风力机（轮毂、桨叶），传动机构（齿轮箱），发电机，控制器 （调桨、偏航、启停、并网），结构件（机舱、塔筒、基础）
压随负载大小变化而变化的情况。
0
IN
I
外特性 U＝f ( I )
负载的 cos不同，U 随I 变化
的趋势有所不同。
恒速恒频同步风力发电机系统
同步风力发电机的电压调整率
U if=ifN , cos cosN 保 持 发 电 机 额 定 运 行 时 （ UN 、 IN 、
E0
U
cosN）的额定励磁电流ifN和转速不变，
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。
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。
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：
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
（1）按风轮桨叶分类 失速型：高风速时，因桨叶形状或因叶尖处的扰流器 动作，限制风力机的输出转矩与功率； 变桨型：高风速时，调整桨距角，限制输出转矩与功率。
（2）按风轮转速分类 定速型：风轮保持一定转速运行，风能转换率较低； 变速型： 双速：可在两个设定转速下运行，改善风能转换率； 连续变速：连续可调，可捕捉最大风能功率。
TSRmRV
TSR: Tip Speed Rate
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
速时，增大桨距角，
可保持风力机吸收
功率恒定，也可完
全释放功率。
变桨距有利于大风速下稳定风力机吸收的功率。
风力发电机组的功率控制