风电基础知识

螺旋桨式风力发电机

螺旋桨式风力机是风力发电使用最多的一种。常见的是双叶片和三叶片风力机，但也有一片或四片以上的风力机。这种风力机的翼形与飞机翼形相类似，为了提高起动性能，尽量减少空气动力损失，多采用叶根强度高、叶尖强度低带有螺旋角的结构。螺旋桨式风力机，至少也要达到额定风速，才能输出额定功率，为了使风向正对风轮卧回转平面，需要进行方向控制。

荷兰式风力发电机

欧洲(特别是荷兰和比利时)使用的荷兰式风力机。现有900台左右，一部分作为游览用在运行，大型的有直径超过20米的机组。

多翼式风力发电机

多翼式风力机在美国的中、西部的牧场大部分用来提水。19世纪来有数百万台。多翼式风力机装有20枚左右的叶片，是典型的低转速大扭矩风力机，目前不仅在美国使用，在墨西哥、澳大利亚、阿根廷、南美等地也有相当的数量在使用，也是多翼式的风力机，它是美国风力涡轮公司最近研究的自行车车轮式风力机，48枚中空的叶片做放射状配置，性能比过去的多翼式风力机大有提高。用来发电的发电机用皮带或齿圈传动。

涡轮式风力机

涡轮式风力发电机和燃气涡轮、蒸汽涡轮一样由静叶片（定子）和动叶片（转子）构成，这种风力机尤其适用于强风地区。

多风轮式风力发电机

这是美国的W.毕罗尼玛斯提出的一种设想，他把许多风轮安装在一个塔架上，整个机组在海上漂浮，使用由许多风轮组成的发电设备。这种设备，因为设置在海上，所以把发出的电力用于电解海水，贮存氢气和氧气。不过这种风力机目前还处于设想阶段。

帆翼式风力机

布制帆翼式风力机在地中海沿岸及岛屿有很长的历史，大型的有直径10米、20枚叶片的，但大多数为直径4米、6—8枚叶片。绝大部分用来提水，一小部分用来磨面。它的重量很轻，性能与刚体螺旋桨没有什么两样，而且通过加在叶尖上的配重也可以控制桨距进行调速。风力发电机构成

机舱：机舱包容着风电机的关键设备，包括齿轮箱、发电机。维护人员可以通过风电机塔进入机舱。机舱左端是风电机转子，即转子叶片及轴。

齿轮箱：齿轮箱左边是低速轴，它可以将高速轴的转速提高至低速轴的50倍。

高速轴及其机械闸：高速轴以1500转每分钟运转，并驱动发电机。它装备有紧急机械闸，用于空气动力闸失效时，或风电机被维修时。

转子叶片：捉获风，并将风力传送到转子轴心。现代600千瓦风电机上，每个转子叶片的测量长度大约为20米，而且被设计得很象飞机的机翼。

轴心：转子轴心附着在风电机的低速轴上。

低速轴：风电机的低速轴将转子轴心与齿轮箱连接在一起。在现代600千瓦风电机上，转子转速相当慢，大约为19至30转每分钟。轴中有用于液压系统的导管，来激发空气动力闸的运行。

偏航装置：借助电动机转动机舱，以使转子正对着风。偏航装置由电子控制器操作，电子控制器可以通过风向标来感觉风向。通常，在风改变其方向时，风电机一次只会偏转几度。

电子控制器：包含一台不断监控风电机状态的计算机，并控制偏航装置。为防止任何故障（即齿轮箱或发电机的过热），该控制器可以自动停止风电机的转动，并通过电话调制解调器来呼叫风电机操作员。发电机：通常被称为感应电机或异步发电机。在现代风电机上，最大电力输出通常为500至1500千瓦。

液压系统：用于重置风电机的空气动力闸。

冷却元件：包含一个风扇，用于冷却发电机。此外，它包含一个油冷却元件，用于冷却齿轮箱内的油。一些风电机具有水冷发电机。

塔铜：风电机塔载有机舱及转子。通常高的塔具有优势，因为离地面越高，风速越大。现代600千瓦风汽轮机的塔高为40至60米。它可以为管状的塔，也可以是格子状的塔。管状的塔对于维修人员更为安全，因为他们可以通过内部的梯子到达塔顶。格状的塔的优点在于它比较

便宜。

风速计及风向标：用于测量风速及风向。

冷却系统

1、发电机冷却

与变频器冷却系统类似，建议发电机采用水冷却系统，权衡效率、能耗、噪声等，认为是较合理的方式。

2、齿轮箱冷却

大部分齿轮油冷却使用风冷方式，对于冷油器敞开在机舱上的方式，在寒冷的天气下一旦机组故障停机，齿轮油的流动性会很差，给机组的启动带来问题。建议在冷却器上加装一个通风道，而不直接暴露在外界环境中，这样就可以避免油温过低的问题。

风电机保温加热措施

1、机舱与轮毂、机舱与塔筒连接处封堵措施。一般机舱与轮毂、机舱与塔筒连接处间隙较大，在冬季北方地区气温往往达到﹣30℃以下，这时风电机一旦停机，会因机舱温度低、齿轮油温低需要很长的启动时间。建议将连接部位采取适合的密封措施，以减小低温影响。

2、机舱保温措施

建议在机舱内部增加保温层，减少冬季机舱对外的热传递。在夏季保温层同时能起到减少外界对机舱的热传递，但如保温措施过于严密，容易造成机舱内空气不流通，这时可在机舱壁上加装一个百叶窗，根据时节和气候进行开闭。

3、加热措施

由于北方冬季特殊的低温气候，加之风电场往往建在海拔高的地区，为提高风电机对低温的适应性，还需要额外的热源，即在机舱内部装设加热器。加热器功率高、耗电量大，需要对其功率、位置做合理设计，对启停时间进行合理控制。

（1）加热器控制。建议增加温控器，达到满足机舱工作温度的要求，控制加热器的启停。

（2）加热器热保护。加热器一般采用“加热电阻+风扇”的方式，当加热电阻工作而风扇因某些原因无法运行时，加热器可能会过热，建议在加热器上安装一个根据测量温度自控断电的装置，以防止加热器过热起火情况发生。

4、油品的选择

齿轮箱油、偏航减速机齿轮油、变桨齿轮油以及润滑油脂均应具备低温下正常运行的能力。

风电机控制系统

1、控制方式

建议在机舱内部和塔筒底部均可进行控制，即需两块操作屏，以便检修维护时随时观测状态。

2、控制系统应具有保护功能

风电场一般位于地理位置较为偏僻地区，往往是电网末端，这里负荷很少，出线电压也会偏离正常值，所以风电场电压产生波动的可能性较大。风电机应具备承受电网电压±10％波动能力，且不会因电压波动而甩负荷。在电压波动超出风电机可承受值后，风电机应保护停