风力发电技术

1、根据风速大小，如何使风力机组运行在不同状态? （1）风速很低时，机组处于停机状态； （2）风速达到或超过启动风速，机组进入变功率运行状态即随着风速增加发电功率也增加； （3）风速达到额定风速时，使机组的功率达到额定功率；

（4）当风速过大，超过切出风速，为了机组的安全，机组将进入停机保护状态。

2、对转子施加最精确的气动影响方式是什么？有哪几种形式，如何实现？

对转子施加最精准的气动影响方式是调整叶片的角度，即变桨。可采取两种变桨形式： （1）迎风变桨：使叶片前缘迎风旋转； （2）顺风变桨：使叶片前缘顺风旋转。

3、发电机对转动系统的影响有哪几种？ （1）同步发电机：借助励磁。 （2）变速发电机（同步或异步）：通过控制AC - DC - AC 变流器。 （3）异步发电机：通过极数切换。

（4）带滑环的异步发电机：通过改变转子的电阻。

4、迎风变桨控制方式和顺风变桨控制方式的优缺点？

迎风变桨

优点：精确，运行稳定。 缺点：在强风时，变桨角度相对较大。 顺风变桨

优点：变桨角小，停车控制容易实现， 缺点：风力机上的推力将很大

5、风力发电机对控制系统的影响速度有什么要求？ （1）偏航：360°／5 min 。 （2）变桨：(2°~8°)/s 。

（3）发电机转矩控制：快速。 （4）频率控制：高速。

6、PID 控制器的全称和时域表达式 全称为：比例积分微分控制器

时域表达式：•

•

++=+⎰

x k xdt k x k y T y d i p d

7、发电机的功率表达式及计算：5.0=Popt C v=6m/s π=3.14 R=50m 3

/225.1m kg =ρ

2/23R v C P Popt opt πρ=

8、风力机机器常数表达式及计算5.0=Popt C 3

/225.1m kg =ρ

7opt =γ π=3.14 R=50m

)2/(35opt Popt R C Q λρπ=

1、外部作用在风力机上的激振力，按其作用时间可分为哪种？

(1)常力（近似常力）。

(2)重复性的力（周期的）。

(3)不确定的力（随机的）。

(4)短时的力（瞬态的）。

2、传动系统的激振源主要来自哪里？

（1）叶片通过频率：叶片数目乘以转速，并含有高频部分；

（2）湍流风；

（3）风切变对单叶片或双叶片风力机的影响；

（4）控制器的切人、变桨以及发电机转矩的变化；

（5）齿轮啮合。

3、风力机动力学仿真主要任务是什么？

（1）确定某些相关部件的剖面量，用做部件设计和认证的输入。

（2）确定在所有运行条件下风力机的响应，以验证风力机的设计，确定风力机的功率曲线。（3）控制系统的设计和优化。

4、风力机动力学仿真模型有哪些模块？

（1）外部环境条件（风况、海浪等）作为时序输入模块。

（2）作用在叶片上的气动力模块。

（3）模型的结构动力学（包括电气系统和控制器的响应）。

5、风力机仿真在选择所用模型时要考虑哪些问题？

（1）模型的深度和仿真的速度

（2）风况的模拟

（3）气动力的模拟

（4）结构力学的模拟

6、从研发工程师的角度出发，风力机发电机的仿真模型建立后要做哪些验证工作？

（1）模型参数的验证，例如，自振频率、阻尼和时间常数等。

（2）风力机特性及控制器对功率曲线和发电量的影响。

（3）疲劳载荷的考核和验证。

（4）运行载荷和机动载荷的确证。

（5）风况模型的验证。

1、风力发电机应用相似性理论的前提是什么

（1）叶尖速比不变，即风机叶尖切向速度与风速之比1/v R Ω=λ不变。

（2）叶型、叶片数目和材料相同。

（3）所有尺寸以桕同比例变化（半径、叶片弦长、主梁的尺寸）。

2、按照相似理论可以将一台考核合格的风力机作为研究系列风力机的原型时，有哪两个限制？

（1）重力是否可以承受（对于大型风机是关键问题）。 （2）临界雷诺数不低于200 000。

4、叶片重力在叶根产生的力矩表达式及计算，m=2000kg 、g=9.8、l=50m

m N mgl M •⨯=⨯⨯==5108.9508.92000

5、发电机额定功率的表达式

Ω=

Ω=)(2

1

DL D M P σπ

6、雷诺数的计算公式

Re=叶片弦长*来流速度/粘性系数=ct/v

7、离心力F 在叶根产生的拉伸应力表达式

A F F /=σ

8、离心力F 的表达式及计算 m=2000kg 、l=10m 、Ω=15rad/s

N F 622105.415102000ml ⨯=⨯⨯=Ω=

第七章

1、参考力、推力，驱动力矩，功率的计算公式，令远离风机前方风速1v 为参考速度 参考力：2212

R v F st πρ

=

推力：)(2

)(221λπρ

λs s st C R v C F S =

=

驱动力矩：)(2

)(321λπρ

λM M st C R v C RF M ==

功率：)(2

)(2311λπρ

λP P st C R v C F v P =

=

2、令设计叶尖比7=A λ，叶轮半径R=2m ，额定转速m in /300r n N =，风力机额定功率

kw P N 4=，风力机转速通过变桨固定在m in /300r n N =，风速在①s m v /101=②s m v /121=③s m v /141=时是否需要变桨，给出理由5.0)8.6(==λP C

52.0)3.4(==λP C 5.0)3.5(==λP C 29.0)5.4(==λP C

（1）当s m v /101=时，3.6/1=Ω=v R λ，此时N P st P kW C v k P ===43

1

在此风速条件下，无须变桨

（2）当s m v /121=时，3.5/1=Ω=v R λ，此时N P st P kW C v k P >==3.63

1

在此风速条件下，须变桨

（3）当s m v /141=时，5.4/1=Ω=v R λ，此时N P st P kW C v k P >==2.63

1

在此风速条件下，须变桨

3、根据叶型理论得到升力的表达式，又应用动量定理的表达式，两个表达式相等得到计来流角α的方程式，导出这方程式的前提条件是什么？

（1）叶片基元段上的力使流过基元环面积rdr df π2=上的气流速度发生均匀变化。 （2）气流只受到叶轮面的作用力的作用，气流流线之间无相互作用力。 （3）叶型阻力忽略不计。