风能发电系统
风力发电机组的控制系统
04
风力发电机组控制系统 的优化与改进
控制策略优化
优化控制策略是提高风力发电机组 效率的关键。
控制策略的优化主要涉及对风电机组 的启动、运行和停机阶段的控制逻辑 进行改进，以更好地适应风速的变化 ，提高发电效率和稳定性。
传感器优化
优化传感器是提高风力发电机组控制精度的必要步骤。
通过改进传感器的设计、提高其精度和可靠性，可以更准确地检测风速、风向、 温度、压力等参数，为控制系统提供更准确的数据，从而提高发电效率。
能源设备进行互联互通，实现能源的优化利用和节能减排。
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偏航控制
01
偏航控制是风力发电机组控制系统中的另一项关键技术， 其目的是在风向变化时，自动调整机组的朝向，以保持最 佳的捕风角度。
02
偏航控制通过实时监测风向和发电机组的朝向，采用适当 的控制算法，自动调节机组的偏航机构，以实现最佳的捕 风效果。
03
常用的偏航控制算法包括：基于风向标的偏航控制、基于 扭矩传感器的偏航控制和基于GPS的偏航控制等。这些算 法能够根据风向的变化情况，自动调整机组的朝向，使其 始终保持在最佳的捕风角度。
是整个控制系统的核心，负责接收传 感器数据、执行控制算法并驱动执行 机构。
I/O模块
用于接收和发送信号，实现与传感器 和执行机构之间的通信。
人机界面
提供操作员与控制系统之间的交互界 面，显示机组状态和参数。
数据存储器
用于存储运行数据，便于故障分析和 优化运行。
控制算法
最大功率跟踪算法
载荷限制算法
根据风速传感器数据，自动调整发电机转 速和桨距角，使机组始终在最佳效率下运 行。
03
02
桨距调节机构
根据控制系统的指令，调整风轮桨 距角。
风力发电系统的分类及拓扑
并网型风力发电系统
• 2.B型：有限变速 指可变转子电阻的有限变速风力机，如下图所示。
OptiSlipTM，该技术是Vestas公司在20世纪90年代中期 开始使用。使用绕线感应发电机（WRIG）直接并网；同 样需要电容器组进行无功功率补偿，使用软起动器并网。 由于转子电阻可变使得转差率可变，因此系统的功率输出 稳定，可变转子电阻的大小决定动态速度控制的范围。
接三相转差频率变频器实现交流励磁。部分功率变频器用来进行无功
功率补偿。双馈发电机是指，在控制中发电机的定、转子都参与了励
磁，并且定、转子两侧都有能量的馈送。
• 优点：变频器的容量小，更具经济性，动态速度控制范围快一般为同 步转速的-40%~30%。
• 缺点主要是需要使用滑环和需要有电网故障保护，具有齿轮箱，结构 笨重，易出现机械故障。
特点及其拓扑结构
并网型风力发电系统
• C型：变速含部分功率变频器
•
此类型主要指双馈式感应发电机（DFIG），如下图所示。是含
绕线转子感应发电机（WRIG）和转子电路中部分功率变频器（额定
值约为标称发电机功率的30%）。双馈发电机结构类似于三相绕线式
异步感应电机，具有定、转子两套绕组，定子绕组并网，转子绕组外
The end
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Thank you！
特点及其拓扑结构
并网型风力发电系统
• 4.D型：变速全功率变频器型 • 此类型主要指发电机通过全功率变频器并网的全变速风
力机。发电机主要有绕线转子同步风力发电机（WRSG） 或永磁同步发电机（PMSG），结构图如下图所示。 • 其中一些全变速风力发电机系统省去了齿轮箱，此时需 要直驱多级发电机，其直径较大。
风力发电系统分类：
风力发电机组的控制系统
风力发电机组的控制系统风力发电作为一种清洁、可再生的能源，越来越得到人们的重视和使用。
而风力发电最核心的部分就是风力发电机组控制系统。
本文将深入探讨风力发电机组控制系统的相关知识。
一、风力发电机组的基本组成部分风力发电机组通常由3个主要部分组成：风力涡轮、变速器和发电机。
其中变速器是为了将风力涡轮的旋转速度转变成适合发电机的速度，同时保证风力涡轮在各种风速下都能正常转动。
而发电机则是将机械能转变为电能。
二、风力发电机组的控制系统的分类根据控制对象的不同，风力发电机组控制系统可以分为风力涡轮控制系统和整机控制系统。
1. 风力涡轮控制系统风力涡轮控制系统主要由风速测量仪、方向传感器、转矩信号传感器、角度传感器、变桨控制器等部分组成。
其主要作用是对风速和转矩进行检测和获取，然后根据这些数据控制机组桨叶的角度，调节风力涡轮的输出功率，以适应不同的风速和负载要求。
当遭遇大风或预期外部异常情况时，风力涡轮控制系统还可以自动停机。
2. 整机控制系统整机控制系统主要由仪表、控制器、通信模块、电动机传动机构、机械部分等部分组成。
整机控制系统起到了协调、控制各部分工作的作用，可以实现以最佳的效率输出电能。
其主要作用是监控发电机组的运转状态，通过检测各项参数实时调整变速器的转速，并及时进行告警和自动停机。
三、风力发电机组控制系统的关键技术1. 风力涡轮桨叶轴系统的控制风力涡轮桨叶轴系统的控制是风力发电机组控制系统的核心部分之一，也是解决风机输出功率波动和抖动问题的重要技术。
目前常见的调节方式包括机械调节和电动调节两种。
机械调节方式主要采用伺服驱动的伸缩臂与桨叶之间的连杆机构实现，而电动调节则利用变速器的电动油门、电子液压伺服系统或液压拉杆控制桨毂角度。
其中，电动调节方式更加智能化、精准化。
2. 整机控制系统的优化算法整机控制系统的优化算法是风力发电机组控制系统技术的另一个重要方向。
通过对风能、转速、功率、角度等数据进行分析，整机控制系统可通过智能算法，实现最大效率的输出电能。
风力发电系统的设计和实现
风力发电系统的设计和实现在如今环保意识愈发普及的时代，能源问题也日益成为人们关注的话题。
而风力发电，作为一种可再生的清洁能源，其重要性与日俱增。
在这篇文章中，我们将介绍一些关于风力发电系统的设计和实现。
一、风力发电的原理风力发电系统的核心就是风力发电机。
风力发电机的原理是将风能转换成电能。
当风车叶片受到风的作用力时，叶片就会旋转起来，旋转的同时带动发电机产生电能。
所以，在设计风力发电系统的时候，需要考虑：1.风车叶片有多少片？2.叶片的长度、厚度以及叶片的形状如何？3.风车的转动速度应该是多少？4.发电机的额定功率是多少？二、风力发电系统的设计在风力发电系统的设计中，需要考虑如何选择适合的风轮和风叶，并且确定风机的大小和功率。
同时，还要选择适当的发电机和电池组合，以及选择适合的逆变器。
最后，还需要考虑系统的温度和风力这两个因素对系统发电功率的影响。
1.风轮和风叶的选择在设计风力发电系统之前，需要选择适合的风轮和风叶。
风叶的数量、叶片形状和长度的选择都会影响风力发电机的发电能力。
一般来说，风轮的直径越大，发电能力就越强。
风轮的材料也很重要，一般采用优质的玻璃钢或碳纤维制作。
2.风机的大小和功率风机的大小和功率一般都是根据现场环境进行选择的。
在选择风机的大小时，需要考虑周围环境的可用空间和风能资源。
同时，还要考虑风机的功率和转速，以确保风机能够稳定地运转。
3.发电机和电池组合在风力发电系统中，发电机和电池选用需要仔细考虑。
发电机的选择要考虑其额定输出功率和效率，而电池的选择则要考虑电池的容量和输出电压。
同时，还要根据电池组合的选择来确定逆变器的大小和功率。
4.逆变器的选择逆变器是将发电机产生的直流电转换成交流电的关键组件。
逆变器的选择要考虑到所需的输出功率和输出电压，同时要考虑到逆变器的效率和可靠性。
三、风力发电系统的实现风力发电系统的实现一般分为三个步骤：1.安装风机和发电机在进行安装之前，需要确定风机的安装位置，同时还要考虑到风机的高度和安全性。
风力发电系统的分类及拓扑
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并网型风力发电系统
• 2.B型：有限变速 指可变转子电阻的有限变速风力机，如下图所示。
OptiSlipTM，该技术是Vestas公司在20世纪90年代中期开始使用 。使用绕线感应发电机（WRIG）直接并网；同样需要电容器组 进行无功功率补偿，使用软起动器并网。由于转子电阻可变使得
2023/5/17
生产计划部
第十九页，共19页。
标称发电机功率的30%）。双馈发电机结构类似于三相绕线式异步感应
电机，具有定、转子两套绕组，定子绕组并网，转子绕组外接三相转差
频率变频器实现交流励磁。部分功率变频器用来进行无功功率补偿。双
馈发电机是指，在控制中发电机的定、转子都参与了励磁，并且定、转
子两侧都有能量的馈送。
• 优点：变频器的容量小，更具经济性，动态速度控制范围快一般为同步转速的40%~30%。
可归于此类。因为鼠笼式感应电机需要从电网吸收无功功
率，所以此类型风力机使用电容器组进行无功功率补偿，
使用软启动器可以获得平稳的电网电压。此类型的缺点是
不支持速度控制，需要刚性电网支持，机械承受应力大。
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特点及其拓扑结构
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特点及其拓扑结构
该类型还具体包括三种类型： （1） 失速控制型。该机型在上世纪80~90年代被许多丹麦风力机制造商采用。
转差率可变，因此系统的功率输出稳定，可变转子电阻的大小决
定动态速度控制的范围。
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特点及其拓扑结构
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并网型风力发电系统
• C型：变速含部分功率变频器
风力发电系统原理
风力发电系统原理
风力发电系统是一种利用风能进行发电的系统，其主要原理是通过风车将风能转换成机械能，再通过发电机将机械能转换成电能。
风力发电系统主要由风轮、发电机、变频器、控制系统和塔架等部分组成。
风轮是系统中最重要的部分，一般分为水平轴和垂直轴两种类型。
水平轴风轮与地面平行，风向变化时需要通过叶片调整角度；垂直轴风轮则与地面垂直，可以自动适应风向变化。
风轮将风能转化成机械能后，通过轴传递给发电机，使发电机转动产生电能。
变频器的作用是将变化的风能转化成稳定的电能，控制系统可以监测风速、转速和功率等参数，并根据实时情况调整风轮叶片的角度和发电机的输出功率。
塔架则起到支撑整个系统的作用。
风力发电系统的优点在于可再生、清洁、零污染，同时具有较高的可靠性和安全性。
不过由于其发电量与风速的关系密切，需要选择适合的地点和设计合理的风轮，才能发挥最大的效益。
- 1 -。
风力发电系统组成及技术原理
风力发电系统组成及技术原理
风力发电系统是一种利用风能转化为电能的装置，由风机、转轮、变速器、发电机、电力传输系统等组成。
风力发电系统的基本技术原理是利用风能驱动风机，风机通过转轮将机械能转化为旋转能量，旋转能量经过变速器调整后驱动发电机发电，再通过电力传输系统将电能输送到消费者。
风力发电系统的组成包括风机、转轮、变速器、发电机、电力传输系统等部分。
风机是风力发电系统的核心部分，其主要功能是将风能转化为机械能。
转轮是固定于风机上的部分，其主要功能是将机械能转化为旋转能量。
变速器的作用是调整风机输出的旋转速度，使其达到与发电机要求的相符。
发电机是将旋转能量转化为电能的装置，其输出的电能需要经过电力传输系统输送到消费者。
风力发电系统的基本技术原理是利用风能转化为电能。
风能是一种可再生的、无污染的能源，利用风能发电可以减少对传统能源的依赖，保护环境、降低能源消耗。
风力发电系统的核心技术是风机的设计和优化，以及发电机的高效转换和传输系统的稳定运行。
同时，风力发电系统的建设和运行需要考虑到环境保护、风机的适应性、安全性等多方面因素。
总之，风力发电系统是一种利用风能转化为电能的重要装置，由风机、转轮、变速器、发电机、电力传输系统等组成。
其基本技术原理是利用风能驱动风机产生机械能，再将机械能转化为旋转能量，通过变速器调整旋转速度，最终将旋转能量转化为电能并通过电力传输
系统输送到消费者。
风力发电系统的建设和运行需要考虑到多方面因素，才能实现可持续、高效和安全的发电。
风力发电设备系统及原理概述
风力发电设备系统及原理概述1. 引言风力发电作为一种清洁能源的代表，已经成为世界范围内广泛应用的可再生能源形式。
风力发电设备系统是利用风能转化为电能的装置，其原理是通过风轮叶片转动带动发电机发电。
本文将对风力发电设备系统及其原理进行概述。
2. 风力发电设备系统风力发电设备系统主要由风轮、转轴、传动系统和发电机组成。
2.1 风轮风轮是风力发电设备系统中最核心的部件之一，也是直接接受风能的部分。
它通常由多个叶片和一个中心轴组成。
叶片的数量和形状可以根据实际需求进行设计，以最大程度地捕捉风能。
常见的风轮形式包括水平轴风轮和垂直轴风轮两种。
水平轴风轮是目前应用最广泛的形式，其叶片与地面平行，在风的作用下自由旋转。
垂直轴风轮的叶片垂直于地面，可以接受来自任何方向的风能。
2.2 转轴和传动系统转轴连接风轮和发电机，将风轮旋转的动力传递给发电机。
转轴通常由高强度的材料制成，以承受风轮产生的力。
传动系统由齿轮、轴承等部件组成，起到将风轮的旋转速度提高到适合发电的转速的作用。
2.3 发电机发电机是风力发电设备系统的关键部分，负责将机械能转化为电能。
根据不同的需求，可以采用不同类型的发电机，包括同步发电机、异步发电机等。
发电机的输出电压和频率通常是固定的，需要通过变频器等装置进行调节，以满足电网的要求。
3. 风力发电原理风力发电的原理是利用风的动能转化为机械能，再将机械能转化为电能。
3.1 风能转化为机械能当风吹过风轮的叶片时，叶片受到气流的压力差，并且产生了扭矩。
这个扭矩通过转轴传递给发电机，使发电机开始旋转。
风轮的旋转速度与风的速度、叶片的形状和数量等因素有关，通常需要通过气动学模型进行优化设计。
3.2 机械能转化为电能发电机接收到风轮传递过来的机械能后，将其转换为电能。
发电机的旋转产生电磁感应，导致电流的产生。
这些电流经过整流器等部件处理后，可输出为直流电。
对于连接到电网的风力发电设备，直流电会通过逆变器转换为交流电，以与电网的电压和频率匹配。
风力发电运行流程
风力发电运行流程一、风力发电的基本原理风力发电是利用风能将其转化为机械能，再通过发电机将机械能转化为电能的一种方式。
在风力发电系统中，主要包括风机、发电机、传动系统和电力系统等组成部分。
二、风力发电的运行流程1. 风机的启动风力发电系统的第一步是启动风机。
当风速达到一定程度时，风机叶片就会自动转动，启动风机。
2. 风机的转动一旦风机启动，风机叶片就会随着风的方向和速度而转动。
风机叶片的转动可以根据风的力量和方向进行调整，以最大限度地利用风能。
3. 传动系统的工作风机的转动通过传动系统传递给发电机。
传动系统主要由齿轮或液压系统组成，可以将风机的机械能转化为发电机所需的转速和扭矩。
4. 发电机的工作发电机是将机械能转化为电能的核心部件。
当传动系统传递的机械能达到发电机的要求时，发电机就会开始工作。
发电机通过将机械能转化为电能，将其输出到电力系统中。
5. 电力系统的运行发电机产生的电能通过电力系统传输和分配。
电力系统主要包括变压器、电缆和输电线路等组成部分。
电能经过变压器的升压和降压处理后，通过输电线路传输到用户家庭或工业用电点。
6. 风速的监测和调节风力发电系统中，风速的监测和调节非常重要。
通过风速的监测，可以实时了解风力资源的情况，并根据风速的变化调节风机的转速，以保证系统的安全运行和发电效率的最大化。
7. 运行监控和维护风力发电系统需要进行定期的运行监控和维护工作。
运行监控主要包括对系统运行状态的实时监测和数据分析，以及故障诊断和处理。
维护工作主要包括风机的定期检查和保养，以及传动系统和发电机的维修和更换。
总结：风力发电的运行流程包括风机的启动、风机的转动、传动系统的工作、发电机的工作、电力系统的运行、风速的监测和调节以及运行监控和维护等环节。
通过合理的运行流程和监控维护工作，可以确保风力发电系统的安全运行和发电效率的最大化。
风力发电作为一种清洁能源，具有重要的环保和经济价值，将在未来的能源领域发挥越来越重要的作用。
风力发电工作原理
风力发电工作原理
风力发电工作原理是利用风能将其转换为电能的一种方式。
风力发电系统通常由风轮组、发电机组和电力系统组成。
风轮组是整个系统中最重要的部分，通常由数个叶片组成，叶片的形状和大小根据实际需求而定。
当风力吹来时，风轮组开始旋转。
风轮组与发电机组相连，风轮组的旋转通过传动系统传递给发电机组，从而带动发电机转子旋转。
发电机内部的导线绕组在转子的作用下产生感应电动势，将机械能转化为电能。
发电机组将所产生的交流电转换为直流电，并通过整流装置将其变为稳定的直流电。
接下来，稳定的直流电被输送到电力系统中，供应给电网或储存于电池中。
整个风力发电系统的运行需要通过控制系统进行监控和调节。
控制系统可以根据风速和电网负荷的变化，调整风轮的转速和叶片角度，以实现最佳的发电效率和稳定的电力输出。
总的来说，风力发电工作原理是通过风轮组将风能转换为机械能，再通过发电机组将机械能转换为电能，最终将电能输送到电力系统中供应给用户使用。
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多叶片的风力机有高实度比，适合低风速、低转速的风力机，其 效率较低。风力发电机多采用少叶片与窄叶片的低实度比风力机， 可以较高效率高转速运行。
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太阳能、风能发电技术
§ 1、我国新疆达坂城风力发电场 § 2、广东省南澳岛风电场 § 3、我国“十五”期间风力发电的发展目标
太阳能、风能发电技术
3、风能的特点及衡量指标 （2）衡量风能的主要指标
①风的等级 ②年平均风速 ③有效风速 ④参考风速和极限风速
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太阳能、风能发电技术
§ 1、科里奥利力 § 2、风的能量计算 § 3、风能利用系 § 4、叶尖速比 § 5、实度比
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太阳能、风能发电技术
2、我国风能资源的分布 （1）风能最佳区
①东南沿海、山东半岛、辽东半岛以及海上岛屿。这些地 区是我国的最大风能资源区，但是这一区域仅限于沿海岸线 几十公里的内陆，向内陆由于丘陵的阻滞会使风能锐减。
②新疆东部、内蒙古中西部、甘肃北部。这一地区地势平 坦广阔，属于风能资源密集区，虽然风力由北向南逐渐减弱， 但变化较慢，所以也是我国风能资源比较丰富的地区。
E 1 v3 A
2
式中：E为风功率，单位为W，空气密度一般取1.225 kg/m3。
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3、风能利用系数
太阳能、风能发电技术
风能利用系数定义为风轮机的风轮能够从自然风能中吸
收的能量与输入风能之比。
令
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中
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太阳能、风能发电技术
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太阳能、风能发电技术
1、风能资源背景概述
风的能量是由太阳辐射能转化来的，太阳的辐射造成地 球表面受热不均，引起大气层中压力分布不均，空气沿水 平方向运动形成风。风能大约占太阳提供总能量的百分之 一或二，太阳辐射能量中的一部分被地球上的植物转换成 生物能，而被转化的风能总量大约是生物能的50～100倍。 据有关专家估计，全球一年中约为1.4×1016千瓦时电力能 力，相当于目前全世界每年所燃烧能量的3000倍。全球的 风能约为2.74×109 MW，其中可利用的风能为2.0×107 MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。
1、科里奥利力
太阳能、风能发电技术
这种在转动参考系下观察到的运动物体的加速现象就是科里奥利效应，产生 此效应的虚拟的惯性力叫科里奥利力。
一般地可以证明，当质量为 m 的质点相对于转动参考系
v （角速度矢量为 ）的速度为 时，
则在转动参考系内观察到的科里奥利力为：
Fc 2mv
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5、实度比
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风力机叶片的总面积与风通过风轮的面积（风轮扫掠面积）之比称为 实度比（容积比），是风力机的一个参考数据。
假设有一水平轴风力机叶轮，每个叶片对风的投影面积为S，叶片个
数为B，风轮半径为R，则实度比为 BS R。2
如果为一垂直轴风力机叶轮，叶片的弦长为C，叶片个数为B，风
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第八章 风能发电系统
❖ 8.1风能概述 ❖ 8.1.1风能资源 ❖ 8.1.2风能的计算 ❖ 8.1.3风能的利用 ❖ 8.2风能发电系统 ❖ 8.2.1风能发电系统概述 ❖ 8.2.2风力发电机组 ❖ 8.2.3风能发电系统对环境的影响 ❖ 8.3风光互补发电系统 ❖ 8.3.1风光互补发电系统概述 ❖ 8.3.2风光互补发电系统 ❖ 8.3.3风光互补发电系统的应用
①两广沿海。 ②大小兴安岭山区。 ③东从辽河平原向西，过华北太平原经西北到最 西端，左侧绕西藏高原边缘部分，右侧从华北向南 面淮讨、长江到南岭。
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太阳能、风能发电技术
3、风能的特点及衡量指标 （1）风能的特点
①不稳定性 ②地区差异大 ③密度低
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③黑龙江南部、吉林东部。
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太阳能、风能发电技术
2、我国风能资源的分布 （2）风能较佳区
①西藏高原中北部。 ②新疆北部、青藏高原北部、华北北部（三北北部）。 ③东南沿海(离海岸线20至50kM)。
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太阳能、风能发电技术
2、我国风能资源的分布 （3）风能可利用区
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太阳能、风能发电技术
1、我国新疆达坂城风力发电场
新疆达坂城是我国最早建设规模化风电场的地区，于1989年建成的达 坂城风电一场是我国第一个风能发电场。所处的达坂城地区，位于中天 山和东天山之间的谷地，海拔高度在1100-1200米之间，西北起于乌鲁 木齐南郊，东南至达坂城山口，东西长约 80 公里 ，南北宽约 15至20 公里 ，是新疆南北疆的气流通道，常年盛行东南风和西北风，年均风速 大于8米/秒，年有效风速大于7500小时，30米高度年平均风速约 8.2m /s ，可安装风力发电机的面积在 1000 平方公里以上，年风能蕴藏量 250 亿千瓦时，可装机容量为2000MW以上。
（0.297 Hm ）
=0e 3048
其中，H m 为海拔高度，单位是米。
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2、风的能量计算 （3）风功率及能量密度
太阳能、风能发电技术
风能的利用主要就是将它的动能转化为其他形式的能，因 此计算风能的大小也就是计算气流所具有的动能。在单位时 间内流过垂立于风速截面积A的风能，即风功率为：
Cp =
v
v
2
则风能利用系数可表示为：
Cp
P
0.5S 3
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4、叶尖速比
太阳能、风能发电技术
一般升力型风力机叶尖速比一般为3至8 ,叶尖速比直 接反映了相对风速与叶片运动方向的夹角，即直接关系 到叶片的攻角，是用来表述风电机特性的一个十分重要 的参数。
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2、风的能量计算 （1）风速及风速频率
太阳能、风能发电技术
风能“玫瑰”
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2、风的能量计算 （2）空气密度
太阳能、风能发电技术
海平面上一个大气压和60°F下空气密度是1.225kg/km3，以 此为参考，根据特定地点的温度和压强对空气密度进行校正。温 度和压强均随着海拔而变化，他们对空气密度的综合影响用下面 的方程表示，该方程在海拔从0～6000m的地方适用：