风力发电设计基础

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1、风力发电技术基础第1页1、概论1.1.风力发电机简介1.2.风力发电机设计总论1.2.1.设计过程1.2.2.风力发动机组结构形式1.2.3.机组载荷1.1.风力发电机简介1)风力发电机能量转换装置：风能Æ电能风力发电机组风电机组第2页2•几点说明：1.风力发电机和风车电能——风力发电机（Windturbine)风能Æ机械能——风车(windmill)2.风力发电机和电网风力发电机总是连接着某种电网：——蓄电池电路——民用电网——独立电网——大型公用电网：现代大型风力发电机并入几点说明：3.风力发电机与风（叶轮）（发电机）——

2、风能Æ机械能Æ电能——二次转换——不能储存风——风电的波动性和断续（不可调度）——风不能被传送，风电只能就地产生。第3页32）、风力发电机的组成控制系统叶轮传动系统机舱发电机偏航系统塔架基础第4页4动画演示ò叶轮——机舱——塔架ò机舱内部ò整机风力发电机的组成（续）ò风力发电机组的主要组成部分：—叶轮：将风能转变为机械能。—传动系统：将叶轮的转速提升到发电机的额定转速—发电机：将叶轮获得的机械能再转变为电能。—偏航系统：使叶轮可靠地迎风转动并解缆。—其它部件：如塔架、机舱等—控制系统：使风力机在各种自然条件与工况下正常运行的保

3、障机制，包括调速、调向和安全控制。第5页53）、风力发电机组的分类ò根据额定功率分为小、中、大型机组。但由于各个国家和地区经济技术发展水平不同，界限不尽相同。欧洲美国中国微型机1kW以下小型机小于100kW1至10kW中型机100kW100kW~10kW~~500kW1000kW100kW大型机大于500kW大于1000kW大于100kW机组的容量、叶轮直径和塔架高度第6页64）、风力发电机的主要机型•按功率调节方式分：—定桨距（失速型）机组—变桨距机组组合成多•按叶轮转速是否恒定分：种机型—定速风力机—变速风力机•其它机型—

4、主动失速型—无齿轮箱型—海上机组海上机组第7页7风力发电机功率曲线5）基本技术特征及发展趋势ò基本技术特征水平轴、上风式、三叶片ò机型的发展趋势定桨距Æ变桨距定速型Æ变速型Kw级ÆMW级有齿轮箱式Æ直接驱动式第8页86）主要零部件简介叶轮ò由叶片和轮毂组成ò是机组中最重要的部件：决定性能和成本ò目前多数是上风式，三叶片；也有下风式，两叶片。ò叶片与轮毂的连接：固定式，可动式。ò叶片多由复合材料（玻璃钢）构成。传动系ò由风力发电机中的旋转部件组成。主要包括低速轴，齿轮箱和高速轴，以及支撑轴承、联轴器和机械刹车。ò齿轮箱有两种：平

5、行轴式和行星式。大型机组中多用行星式（重量和尺寸优势）。ò有些机组无齿轮箱。ò传动系的设计按传统的机械工程方法，主要考虑特殊的受载荷情况。第9页9机舱与偏航系统ò包括机舱盖，底板和偏航系统。ò机舱盖起防护作用，底板支撑着传动系部件。ò偏航系统的主要部件是一个连接底板和塔架的大齿轮。ò上风式采用主动偏航，由偏航电机驱动，由偏航控制系统控制。ò偏航刹车用来固定机舱位置。ò自由偏航通常用于下风式机组。发电机•主要有感应电机和同步电机两种，两者都能在并网时定速或近似定速运行。ò感应电机由于可靠、廉价、易于接入电网而得到更多的使用。ò变

6、速运行时，电气系统的将更复杂和昂贵。ò选用适当的变流装置，感应电机和同步电机都可以用于变速运行。第10页10塔架与基础ò塔架有钢管、桁架和混凝土三种。ò塔架高度通常为叶轮直径的1～1.5倍。ò塔架的刚度在风力机动力学中是主要因素。ò对于下风式机型，必须要考虑塔影效应、功率波动和噪声问题。钢制筒形塔架混凝土式塔架桁架式塔架三脚式塔架拉索桅杆式塔架控制ò控制系统主要控制机组的运行和功率的产生。ò控制系统主要包括：——传感器：转速、位置、气流、温度、电流、电压等；——控制器：机构、电路和计算机。——功率放大器：开关、电气放大器、液压

7、泵和阀。——致动器：电机、液压缸、磁铁、电磁线圈。ò控制系统的设计可采用控制工程的方法。主要包含：——限定扭矩和功率；——使疲劳寿命最大化；——使能量产生最大化。第11页111.2.风力发电机设计总论•风力发电机组的主要部件传动系统叶轮发电机机舱偏航系统塔架控制系统基础MajorComponents第12页12风力发电机的主要部件ò典型的水平轴风力发电机：——叶轮包括叶片和轮毂——传动系除叶轮之外的旋转部件，主要有：主轴、齿轮箱、联轴器、机械刹车和发电机——机舱包括机舱罩、底板和偏航系统——塔架和基础——控制系统——电气系统包

8、括电缆、开关装置、变压器，以及变流器•风力发电机设计的主要内容——叶片数目（2或3个）——叶轮的方位：上风式或下风式——叶片材料、结构和外形——轮毂设计：刚性或铰接——功率控制：失速或变桨距——定速或变速运行——主动偏航或自由偏航——同步电机或异步电机——有齿轮箱或直接驱动第