风力发电机组

风力发电场机组的排布： （1）风电场的排布主要考虑地形、地貌以及风电机组之间尾流的影响，以获得最大的发电 量。由于受尾流影响，行距≤10 倍风轮直径的风电场配置中应考虑通过风轮后尾流的相互 作用对风力机的相互影响。 （2）考虑整个风场风能的利用率，在主风向非常明显的地区，机组排列可以与主导风向垂 直，平行交错布置，行距一般为风轮直径的 5～9 倍，列距一般为风轮直径的 3～5 倍。 （3）在主风向不明显的地区采用田字形排列，其行距和列距通常都取 10～12 倍风轮直径或 更大。 （4）由于风电场的地形、地貌以及障碍物等因素的影响，实际风电场的微观选址较为复杂， 需要在专用计算机软件帮助下，求得最佳的排布方案。
扫风面积
5027
切入风速（m/s） 4
Vestas
V80-IE V90-IEC
C IIA
IIIA
80
90
5027 6362
4
2.5
Nordex N80/N90 2.5xl
80/90 6362
3
100 7854 3.5
Vestas V90
90 6362
4
RE Power 5M
126 12469
3.5
切出风速（m/s） 25
5、使 用 须 知：
1、经济上来说：选址要在风能资源丰富的地方，根据空间的大小选择风机叶片的尺寸和形 状； 2、安装上来说：要按照规定的操作流程安装，并进行安全调试，对运行后的设备定期进行 维修和记录； 3、对周边环境的影响：噪声是否会影响周围的居民生活；对周边动植物的生活是否有破坏 等等。
在风力发电机内进行检查或者执行工作时，必须遵守如下的预防措施和程序： （1）当风力发电机处于运行状态时，如果要检查齿轮箱的噪声等级、机械部件和发电机时， 只可进入机舱，不得进入轮毂内。 （2）如果叶片被冰冻上，在转子附近或下面行走将非常危险。如果在叶片上有冰的情况下 起动风力发电机，操作员必须小心且确保在风力发电机附近没有其他的人，因为有冰块落下 的危险。 （3）任何时候，在风力发电机内必须至少有两个人。在开门进入塔内时，必须小心，不要 站在打开的半径内并且查看确保也没有其他人在这一半径内。 （4）在风力发电机组机舱内工作时，风速低于 12m/s 可以开启机舱盖，但在离开风力发电 机组前要将机舱盖合上，并锁定。风速超过 14m/s 时应关闭机舱盖。风速超过 18m/s 时禁止 登塔工作。 （5）当发现风力太大或预知将出现 10 级以上大风时，请用带绳子的铁钩钩住尾翼上的圆孔， 将风机拉扯到与风向垂直的方向并固定好绳索，同时避免人员在风机附近活动。 （6）使用中检查或维修线路时，应首先关闭空气开关，再关闭逆变器的输出开关，然后再 从控制器上断开风机的连线，不要先从控制器上断开蓄电池连线，否则可能会烧坏控制器。
-----
轮
重量（t）
10.9 14
14 ----- ----- ----- -----
-----
箱
油量（l）
290 350 350 ----- ----- ----- -----
-----
高度（m）
46/60/ ----- ----- 64.7/ 54.7-6 61.4-1 61.4/ 58.7/80/1
25 25/21
25
25
25
30
额定风速（m/s） 15
15
13
15/13
12.5
15
13
安全风速（m/s） -----
-----
-----
70
-----
-----
-----
转速（rpm） 9-19 9-19 9-14.9 10.9-19.1 ----- 8.6-18.4 6.9-12.1
重量（t）
分类：风力发电机组的分类一般有 3 种。 （1）按风轮轴的安装型式：水平轴风力发电机组
垂直轴风力发电机组 （2）按叶片的数目：单片式、双片式、三片式、多片式。 （3）按风力发电机的功率：微型（额定功率 50～1000W）
小型（额定功率 1.0～10kW） 中型（额定功率 10～100kW） 大型（额定功率大于 100kW） （4）按运行方式：独立运行、并网运行。
进行并网与脱网控制，以确保运行过程的安全性和可靠性，还需要根据风速和风向的变化， 对机组进行优化控制，以提高机组的运行效率和发电质量，而这正是风力发电机组控制中的 关键技术，现代风力发电机组一般都采用微机控制，如下图所示。
3
4 6 57
12
... 其它
传感器
风
2 A/D转换
1
打印
通信
微机
键盘 14
8 驱动模块
风力机又称为风轮，主要有水平轴风力机和垂直轴风力机。 （1）水平轴风机：
a)
b)
c)
d)
a.荷兰式 b .农庄式 c.自行车式 d.桨叶式
（2）垂直轴风力机：
a)
b)
c)
a.萨窝纽斯式 b.达里厄式 c.旋翼式
（3）、设 备 结 构：
风机的主要结构 叶轮是由叶片和轮毂组成，其功能是将风能转换为机械能。其中，叶片是风力机的关键 部件之一，其主要作用是将风能转化为机械能，其良好的设计、可靠的质量和优越的性能是 保证风力机正常稳定运行的决定因素。 传动系统一般包括低速轴、高速轴、增速齿轮箱、联轴节和制动器等。 齿轮箱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。 偏航系统的功能是跟踪风向变化，驱动机舱围绕塔架中心线旋转，使风轮扫掠面与风向 保持垂直。 控制系统是风力机在各种自然条件与工况下正常运行的保障，包括调速、调向和安全控 制。 发电机是将风轮的机械能转换为电能。机舱由底盘和机舱罩组成，底盘上安装除了控制 器以外的主要部件。 塔架支撑叶轮达到所需要的高度，它除了要承受风力机的重力外，还要承受吹向风力机 和塔架的风压，以及风力机运行的动载荷。 风力发电机组中，水平轴式风力发电机组是目前技术最成熟、产量最大的形式，达 98%
以上；垂直轴风力发电机组因其效率低、需起动设备等技术原因应用较少，因此下面主要介 绍水平轴风力发电机组的结构。 （1）独立运行的风力发电机组：
水平轴独立运行的风力发电机组主要由风轮(包括尾舵)、发电机、支架、电缆、充电控 制器、逆变器、蓄电池组等组成，其主要结构见下图。
发电机
尾舵
风轮
充电控制器 畜电池组
支架
逆变器 电缆
水平轴独立运行的风力发电机组主要结构 （2）并网运行的风力发电机组：
并网运行的水平轴式风力发电机组由风轮、增速齿轮箱、发电机、偏航装置、控制系统、 塔架等部件组成，其结构如下图所示 。
风轮
电网
增速器 交流发电机 主继电器
主开关 变压器
转速测量 晶闸管
定桨距或变桨距
风速测量
控制系统
熔断器
驱动
显示 13
11 10
...... 其它 9 执行机构
片外存储器 至并网控制
风力发电机组的微机自控原理框图
1－微机 2－A/D 转换模块 3－风向标 4－风速计 5－频率计 6－电压表 7－电流表 8－控 制机构 9－执行机构 10－液压调速油缸 11－调向电机 12－其他传感器
4、）设 备 参 数：
360
-----
-----
-----
高度（m） 60/67/ 60/67/ 80/95/ 60/70/80 75/85/ 80/105
90
78 78/100 105 80/100/120 100
重量（t） 130/15 123/14 150/20
-----
----- 160/285
-----
8/203 3/199 0/225
9.2
19 17.3 22.2 22.2 0.4 0.4
重量（t）
21.5 32
34 ----- ----- ----- -----
-----
叶
长度（m）
29
34 37.5 ----- ----- ----- -----
-----
片
重量（t）
5
5.4- 6.5 ----- ----- ----- -----
发电机
发热装置
水
空气
油
直流电
交流电 整流
抽水蓄能
压缩空气
液压电动机电解制氢来自蓄电池涡轮机机械负载
涡轮机
逆变
发电机
电网
热能
供暖、 供热水
灌溉
交、直流电能负荷
助航
风能转换与应用情况
风力发电机组中的风轮之所以能将风能转化为机械能，原因是因为风力机具有特殊的翼 型。图示为现代风力机叶片的翼型及翼型受力分析图。
风机规格 制造商
产品型号
风轮直径（m） 扫风面积
切入风速（m/s）
N60 60 2828 3-4
1.3MW
Nordex
S70 S77
70
77
3848 4657
3
3
1.5s 70.5 3904
4
1.5se 70.5 39.4
4
1.5MW
GE Energy
1.5sl 1.5sle
77
77
4657 4657
风力发电机
1）、设 备 概 述： 简介：风力发电机是将风能转换为机械功,机械功带动转子旋转，最终输出交流电的电力设
备。风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来 促使发电机发电。依据目前的风力发电机技术，大约是每秒三公尺的微风速度（微风的程度）， 便可以开始发电。
2）、设 备 分 类：
690
690
690
660
----- 1000
660
重量（t）
-----
-----
-----
12
-----
-----
-----
传动比（50Hz） -----
-----
-----
-----
-----
-----
-----
重量（t）
67
67
68
18.5
-----
70
290
油量（l）
-----
-----
-----
-----
5.9
发
功率（kW）
1300 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500
电
电压（v）
690 690 690 ----- ----- ----- -----
-----
机
重量（t）
5.5
7
7
----- ----- ----- -----
-----
齿
传动比（50Hz） 1:78.3 1:94 1:104 ----- ----- ----- -----
Pa

1 2
CP Av3
对应于最大的风力机利用系 CPm 有一个叶尖速比λm，因风速经常变化，为实现风能 的最大捕获，风力机应变速运行，以维持叶尖速比λm 不变。
在桨距角一定时，CP 与叶尖速比λ的关系如下图所示。
Cp Cpm
0
λm
λ
风力机的利用系数与叶尖速比的关系 与一般工业控制系统不同，风力发电机组的控制系统是一个综合性复杂控制系统。尤其 是对于并网运行的风力发电机组，控制系统不仅要监视电网、风况和机组运行数据，对机组
塔
69
64.7 4.7
00 64.7/
00
架
80
重量（t）
----- ----- ----- ----- ----- ----- -----
-----
风机规格 制造商 产品型号
风 轮
叶 片 发 电 机 齿 轮 箱
塔 架
2.0MW
2.5MW
3.0MW 5.0MW
V80-IE
C IA
风轮直径（m） 80
电容 补偿 功率测量
并网运行的水平轴风力发电机组的原理框图
（3）大型发电机组： 并网运行的大型风力发电机组的基本结构，它由叶片、轮毂、主轴、增速齿轮箱、调向
机构、发电机、塔架、控制系统及附属部件（机舱、机座、回转体、制动器）等组成，结构 如下图。
原理：
大型风力发电机组的基本结构
风能 风力机
风帆
机械泵
FL
相对
A
风向角 迎角
空气总动力F
B 叶片弦线
C FD O
D
安装角 风轮旋转平面
相 对 风
速vw 风速v
叶片线速度u=ω r
风力机的叶片翼型及受力 现分析风轮不动时受到风吹的情况： 当风以速度矢量ν 吹向叶片时，在翼型的上表面，风速减小，形成低压区，翼型的下 表面，风速增大，形成高压区，上下表面间形成压差，产生垂直于翼弦的力 F，力 F 可以分 解为与相对风速方向平行的阻力 FD 和垂直于风向的升力 FL ，升力使风力机旋转，实现能 量的转换。 当风吹向风力机的叶片时，风力机的主要作用是将风能转化为机械能，风力机的机械输 出功率可用式子表示为：
37
37
38
50
-----
-----
120
长度（m）
-----
-----
----- 38.8/43.8 -----
-----
61.5
重量（t）
-----
-----
-----
8700
-----
-----
-----
功率（kW） 2000 2000 2000
2500
-----
-----
-----
电压（v）
3.5 3.5
1.5xle 82.5 5546 3.5
切出风速（m/s） 25
25 25/20 25
25
20
25
20
额定风速（m/s） 15
13
13
13
13
14
14
12.5
风
安全风速（m/s） 70 59.5 52.5 ----- ----- ----- -----
-----
轮
转速（rpm） 12.8-1 10.6- 9.9- 12- 12- 11.0-2 11.0-2 10.1-18.7
6）、相 关 资 料：
风力发电场的选址 风电场场址选择要求很严格，主要依据是： （1）该地区的年平均风速在 6m/s 以上，且盛行风向稳定。 （2）在预选场址内进行 1 年以上的测风，获取风速、风向及风速沿高度的变化等数据。
（3）对影响风机出力和安全其它气象数据（如气温、空气密度、湿度、太阳辐射、雨、冰 雹、冰雪）以及特殊气象情况（如台风、雷电、沙暴、盐雾、冰冻期等）有测量和统计。 （4）地区内的地形、地貌、障碍物有详细资料。 （5）距公路和电力网应较近，以便降低设备运输成本和接入电网的工程费用。 （6）场址应距居民点有一定的距离，以避免噪音的影响