风力发电能量转换的一般过程
风力发电基础第二章
◇变桨距的工作原理
变桨距机构是在额定风速附近（以上），依据风速变 化随时调节浆距角，控制吸收机械能，一方面保证获取 最大的能量（与额定功率对应），同时减少风力对风力 发电机的冲击。在并网过程中，变桨距控制还可以实现 快速无冲击并网。变桨距控制系统与变速恒频技术向配 合，以提高风力发电系统的发电效率和电能质量。
① 叶片
目前叶片多为玻璃纤维增强复合材料，基体材料为 聚酯树脂或环氧树脂。
② 轮毂
轮毂是风轮的枢纽，也是叶片根部与主轴的连接件。 所有从叶片传来的力，都通过轮毂传到传动系统，再传到 风力机驱动的对象。同时轮毂也是控制叶片桨距（使叶片 作俯抑转动)的所在。
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– 东泰公司生产的风电叶片
1.5MW：40.3 m，6170 kg 2MW：45.3 m，8000 kg
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• 偏航电机
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• 偏航齿轮
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• 工作原理、组成 – 偏航轴承 – 偏航驱动装置 – 偏航制动器 – 偏航计数器 – 扭缆保护装置
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外齿驱动形式的偏航系统
内齿驱动形式的偏航系统
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（４）叶尖扰流器和变桨距机构 在定桨距风力发电机组中，通过叶尖扰流器执行风 力发电机组的气动刹车；而在变桨距风力发电机组中，通 过控制变桨距机构，实现风力发电机组的转速控制、功率 控制，同时也控制机械刹车机构。
风力发电基础
第2章 风力发电基础理论
• 目录
– 2.1风的测量 – 2.2 风力发电机原理 – 2.3 风力机的基本参数与基本理论 – 2.4 风力发电机种类及特性
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2.1 风的测量
风的测量包括风向测量和风速测量。风向测量是只 测量风的来向，风速测量是测量单位时间内空气在水平方
风力发电的基本原理
1 引言风是最常见的自然现象之一，是太阳对地球表面不均衡加热而引起的“空气流动”，流动空气具有的动能称之为风能。
因此，风能是一种广义的太阳能。
据世界气象组织（WMO ）和中国气象局气象科学研究院分析，地球上可利用的风能资源为200亿kW ，是地球上可利用水能的20倍。
中国陆地10m 高度层可利用的风能为2.53亿kW ，海上可利用的风能是陆地上的3倍，50m 高度层可利用的风能是10m 高度层的2倍，风能资源非常丰富。
风能是一种技术比较成熟、很有开发利用前景的可再生能源之一。
风能的利用方式不仅有风力发电、风力提水，而且还有风力致热、风帆助航等。
因此，开发利用风能对世界各国科技工作者具有极强的魅力，从而唤起了世界众多的科学家致力于风能利用方面的研究。
在本文中，将对风力发电技术的基本原理和发电机的发展方向进行论述。
1.1 温度、大气压力和空气密度通过温度计和气压计测试出实验地点的环境温度和大气压，由下式计算出空气密度。
101325)273(99.352h t +=ρ （1） 式中的ρ是空气密度，H 是当地大气压力，T 是温度（单位是摄氏度）。
从空气密度公式可以看出，空气密度的大小与大气压力、温度有关。
1.2 风能的计算公式空气运动具有动能。
风能是指风所具有的动能。
如果风力发电机叶轮的断面面积为A ，则当风速为V 的风流经叶轮时，单位时间风传递给叶轮的风能为（本论文公式中的物理量除特殊情况说明外均采用国际单位）mv p 21=2 （2） 其中：单位时间质量流量m=ρAV ρAV P 21= 3221AV V ρ= （3） 而风能发电机实际转换的有用功率是：321AV C P e m p w ρηη= （4） 式中的W P 是每秒空气流过风力发电机叶轮断面面积的风能，即风能功率，单位W ，P C 是叶轮的风能利用系数，m η是齿轮箱和传动系统的机械效率，一般为0.80—0.95，直驱式风力发电机为1.0，e η是发电机效率，一般为0.70—0.98，ρ是空气密度，A 是风力发电机叶轮旋转一周所扫过的面积，V 是风速。
各种电力发电方式
各种电力发电方式电力工业是国民经济的重要基础工业，是国家经济发展战略中的重点和先导产业，它的发展是社会进步和人民生活水平不断提高的需要，中国作为一个电力大国，电力来源很多，有火电、水电、风电、太阳能、核电等，这里为大家简要介绍一下。
火电火力发电（thermal power，thermoelectricity power generation），利用煤、石油、天然气等固体、液体、气体燃料燃烧时产生的热能，通过发电动力装置转换成电能的一种发电方式。
能量转换燃料化学能→蒸汽热能→机械能→电能，简单的说就是利用燃料发热，加热水，形成高温高压过热蒸汽，推动气轮机旋转，带动发电机转子（电磁场）旋转，定子线圈切割磁力线，发出电能，再利用升压变压器，升到系统电压，与系统并网，向外输送电能。
然后蒸汽沿管道进入汽轮机中不断膨胀做功，冲击汽轮机转子高速旋转，汽轮机带动发电机发电。
最后又被给水泵进一步升压送回锅炉中重复参加上述循环过程，发电机发出的电经变压器升压后输入电网。
火力发电中存在着三种型式的能量转换过程：原理火力发电一般是指利用石油、煤炭和天然气等燃料燃烧时产生的热能来加热水，使水变成高温、高压水蒸气，然后再由水蒸气推动发电机来发电的方式的总称。
以煤、石油或天然气作为燃料的发电厂统称为火电厂。
流程火力发电的流程依所用原动机而异。
在汽轮机发电方式中，其基本流程是先将燃料送进锅炉，同时送入空气，锅炉注入经过化学处理的给水，利用燃料燃烧放出的热能使水变成高温、高压蒸汽，驱动汽轮机旋转作功而带动发电机发电。
热电联产方式则是在利用原动机的排汽（或专门的抽汽）向工业生产或居民生活供热。
在燃气轮机发电方式中，基本流程是用压气机将压缩过的空气压入燃烧室，与喷入的燃料混合雾化后进行燃烧，形成高温燃气进入燃气轮机膨胀作功，推动轮机的叶片旋转并带动发电机发电。
在柴油机发电中，基本流程是用喷油泵和喷油器将燃油高压喷入汽缸，形成雾状，与空气混合燃烧，推动柴油机旋转并带动发电机发电。
风力发电机的原理和构造
风力发电机的奥秘：向风而生
风力发电作为一种可再生、清洁的能源，近年来在全球范围内得到了广泛的应用。
那么它的原理是什么呢？构造又是什么呢？
第一部分：原理
风力发电机的原理可以简单概括为能量转换。
它将风能转化为机械能，再进一步转化为电能。
大风吹来时，风羽旋转，而风羽通过风轮与主轴相连，主轴带动发电机发电。
发电机的转动将机械能转化为电能，送入电网中。
第二部分：构造
风力发电机主要由以下几部分组成：
1.风轮：风轮是风力发电机的重要组成部分，也是能量转换的关键部分。
风轮负责将风能转换成机械能，进而驱动发电机转动。
2.发电机：发电机是将机械能转化为电能的核心部件。
当风轮带动主轴转动，主轴与发电机相连，发电机转动并将机械能转化为电能输出。
3.塔架：塔架负责承载整个风力发电机。
一般来说，塔架越高，风轮所受到的风力越强，因此风力发电机的高度非常重要。
4.控制系统：控制系统负责监控风力发电机的运行状况，根据不同的风速自动调整叶片的角度，使其始终面向风向。
第三部分：应用和前景
风力发电机是目前应用最为广泛的可再生能源设备之一。
在全球范围内，风力发电已经成为了一种成熟的发电方式。
根据国际能源署的数据，到2030年，全球风力发电的装机容量将增加一倍以上。
总结：
风力发电机是利用风能转换为电能的高效、环保的设备。
其原理非常简单，构造也较为清晰明了。
随着全球对可再生能源的重视程度不断提高，风力发电机的应用前景更加广阔。
发电机的能量转化方式
发电机的能量转化方式
发电机的能量转换方式如下：
1.机械能转化为电能：发电机通过转动转子，使磁场与导体相互作用，导致导体内部产生感应电流，进而产生电能。
2.地热能转化为电能：地热发电机通过利用地热资源，将地热能转化
为动力能，再通过发电机将动力能转化为电能。
3.水能转化为电能：水力发电机利用水流的动能，将动能转化为机械能，再通过发电机将机械能转化为电能。
4.风能转化为电能：风力发电机通过利用风能，将风能转化为机械能，再通过发电机将机械能转化为电能。
5.光能转化为电能：光伏发电机通过利用太阳光线，将光能转化为电能。
6.化学能转化为电能：化学电池发电机利用化学反应产生的电能，将
化学能转化为电能。
风力发电技术概论
三、风力发电运行方式
3. 风电场接入电网的方式 风电机组与变电所连接图
一台变压器多台风机
多台变压器多台风机
三、风力发电运行方式
3. 风电场接入电网的方式 风电场与电力系统实际连接图
三、风力发电运行方式
3. 风电场接入电网的方式 风电场与电力系统实际连接图
二、风力发电原理
1. 风力发电机组：风力机+发电机 1）风力机
二、风力发电原理
1. 风力发电机组：风力机+发电机 1）风力机
风速——功率特性曲线
1.0 Pmax PN
输出 0.8 功率 0.6
(kw) 0.4
0.2 vin
0
5
vN 10 15
当风速在额定风速以下时，输 出功率不超过额定功率时，属 于正常调节范围；当风速高于 额定风速时，机械调速装置的 存在将风力机的输出功率限制 在所允许的最大功率以内
适用范围：适用于国家电网公司经营区域内通过110（66） 千伏及以上电压等级与电网连接的新建或扩建风电场。
总的感受：[09]版比[06]版更加严格，对风电场开发商要 求更高
四、国网风电场接入电网技术规定
相同点
电网接纳风电能力以及无功调节 风电场运行电压以及电压调节
风电场运行频率及电能质量
风电场通信和信号 风电场接入电网检测
最小值对应一个确定的攻 角。
二、风力发电原理
风能转换成电能的过程
风
风(动)能 风机
机械能 发电机
风力发电系统的构成
监测显示装置
储能装置
电能
风能
能量转换装置 (风力发电机组)
电力用户
风力发电机组变流器工作流程
风力发电机组变流器工作流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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风力发电技术
风力发电机及其相关技术 风力发电机及其相关技术 孟 明 ，王喜平 ，许镇琳 关键词：风能；风力发电；风力发电机；恒速恒频；变速恒频
1引 言 随着人类社会的发展，能源、环境成为当今人类生存和发展所要解决的紧迫问题，以清洁、可再生能源为主的能源结构将成为未来发展的必然。风能作为一种清洁、无污染的可再生能源越来越受到人们的关注，从某种意义上来说，风力发电将成为2l世纪最具大规模开发前景的新能源之一。 风力发电包含两个能量转换过程：即风力机将风能转换为机械能和发电机将机械能转换为电能。在由机械能转换为电能的过程中，发电机及其控制是整个系统的核心，它不仅直接影响整个系统的性能、效率和供电质量，而且也影响到风能吸收装置的运行方式、效率和结构。因此，研制和选用适合于风电转换的运行可靠、效率高、控制及供电性能良好的发电机系统，是风力发电的关键 。 2风力发电机相关技术 2．1风力机的特性 风力机是风力发电机的原动机，它通过叶片捕获风能，并将其转换为机械能。由于流经风轮后，风速不可能为零，因此风能不可能完全被利用，仅有一部分能量被吸收。风轮从风中吸收的功率与风轮的功率系数C。、风轮扫掠面积4、空气密度P、风速 有关。对于已经安装完成的风力机，其输出功率主要取决于风速和风轮的功率系数。根据贝兹理论，风轮的功率系数c 的理论最大值为0．593。实际中，风轮的功率系数与风速、风力机转速、以及风力机叶片参数有关，一般为C。=C。(卢，A)，其中，A为叶尖速比即风轮叶片的叶尖速度与风速之比，在桨距角一定时，功率系数C 与叶尖速比A的关系如图l所示，对应于叶尖速比A 功率系数有一最大值C。 ，因风速经常变化，所以为实现最大风能捕获，风力机要变速运行以维持叶尖速比A 不变。图1 功率系数与叶尖速比的关系曲线 12．2风力发电机的运行方式 j 2．2．1独立运行 ! 风力发电机输出的电能经蓄电池蓄能，直接或： 通过逆变器转换成交流电供应用户使用。一般用于； 边远农村、牧区、海岛、边防哨所等电网达不到的地： 区，解决居民的基本用电问题。发电机单机容量一； 般为几百瓦到几千瓦。 i 2．2．2联合互补运行 ； 为了弥补风能随机性大且不可控的缺点，提高 稳定、持续供电的能力，将风力发电机组同其它发电 墨 方式联合互补运行，形成了风力一柴油互补运行、风 发 力一太阳能互补运行和风力一柴油一太阳能互补运 行三种方式，大大提高了供电的可靠性及稳定性，减 餐 少了储能装置的容量，有效地降低了运行成本。 ；塑 2．2．3并网运行 技 风力发电机与电网相连，通过电网输送电能，形； 成风电场，弥补了风能能量密度低的弱点，降低了设 备投资和发电成本，成为大规模开发利用风能的最一 维普资讯 http://www.cqvip.com 触持电棚 2004年第9期。 经济有效方式。 2．3并网型风力发电系统的调节控制 风力机和发电机是风力发电系统实现机电能量 转换的两大主要部分，有限的机械强度和电气性能 必然使其受到功率和速度的限制，因此，风力机和发 j电机的功率和速度控制是风力发电的关键技术之一。 2．3．I风力机的调节方式 (I)定桨距失速调节 这是传统的丹麦风电技 术的核心，一般用于恒速运行。其基本原理是桨叶 与轮毂固定连接，桨距角不变，利用桨叶翼型本身的 失速特性，在高于额定风速条件下，气流的功角增大 到失速条件，使桨叶的表面产生紊流，效率降低，达 到限制功率的目的。该方式控制调节、简单可靠，但 叶片重，结构复杂，成型工艺难度较大，桨叶、轮毂和 塔架等部件受力增加，机组的整体效率较低。 ! (2)变桨距调节风轮叶片的桨距角可随风速 i变化，一般用于变速运行的风力发电机。主要目的 i是改善风力机的起动性能和功率输出特性。主要调 j节方法为：发电机起动时，通过调节桨距角，对转速 进行控制；并网后对功率进行控制，当输出功率小于 i额定功率时，桨距角等于零，不作任何调节；当输出 ； 功率大于额定功率时，调节桨距角，以减小功角，使 ： 输出功率保持在额定值。优点是桨叶受力较小，可 做得比较轻巧，减少了材料，降低了整机重量；桨距 i角调节增加了功率输出，提高了运行性能 但变桨 距调节机构增加了结构的复杂性，使可靠性降低。 i (3)主动失速调节 主动失速调节方式是前两 ；种功率调节方式的组合，吸取了被动失速和变桨距 调节的优点，桨叶采用失速特性，调节系统采用变桨 距调节。低风速时，采用变桨距调节，优化机组功 率的输出；达到额定功率后，桨叶节距主动向失速 ； 方向调节，将功率调整在额定值以下，限制机组最大 功率输出，随着风速的不断变化，桨叶仅需微调即可 维持失速状态；另外调节桨叶可实现气动刹车。其 优点是既有失速特性，又可变桨距调节，提高了机组 的运行效率，减弱了机械刹车对传动系统的冲击，控 !制容易，输出功率平稳，执行机构的功率相对较小。 罂 2．3．2风力发电机的调节方式 券 (I)恒速恒频恒速恒频保持发电机的转速不 ；变，从而得到恒频的电能。由于风速经常变化，显然 盒!功率系数c 不可能保持在最佳值，不能最大限度地 犟 捕获风能，效率低。 拉 (2)变速恒频变速恒频是指发电机的转速随 ；风速变化，通过适当的控制得到恒频电能 叶片一 般采用变一节桨距控制桨发距结电机构转。其速调节方法是：起动时，通过调 。并网后，在额定风速以下， 调节发电机反转矩使转速跟随风速变化，保持最佳 叶尖速比以获得最大风能；在额定风速以上，采用变 速与桨叶节距双重调节，限制风力机获取的能量，保 证发电机功率输出的稳定性，减轻了桨距调节的频 繁动作，获得了良好的动态特性，提高了传动系统的 柔性，已成为目前公认的最优化调节方式，也是未来 风电技术发展的主要方向。其主要优点是可大范围 调节转速，使功率系数保持在最佳值，从而最大限度 地吸收风能，效率高；能吸收和存储阵风能量，可减 少阵风冲击对风力发电机产生的疲劳损坏、机械应 力和转矩脉动，延长机组寿命，减小噪声；而且还可 控制有功功率和无功功率，改善电能质量。但控制 复杂，成本高，需要避免共振的发生。 2．4并网技术 国内外并网运行的风力发电机大多采用异步发 电机，主要原因是异步机并网较同步机简单，易操作 2．4．1异步发电机的并网技术 (1)直接并网该方法只需发电机相序与电网 相同，转速接近同步速，即可并网。方法简单、操作 容易，不需同步设备和整步操作，但并网瞬间冲击电 流和电压降落较大。一般适用于发电机容量较小、 电网容量比较大的场合。 (2)准同期并网 并网前首先用电容器激磁， 建立额定电压，然后对发电机电压、频率和相位进行 调整，当与电网一致时，投入电网运行。该方法冲击 电流较小，对电网电压影响不大。但设备多，操作复 杂，时间长。一般适用于电网容量相对风力发电机 不太大的场合。 (3)降压并网在发电机与系统之间串接电抗 器、电阻以减少冲击电流的大小和电网电压下降的 幅度。但增加了设备投资。一般适用于中、大型异 步发电机。 (4)可控硅软并网 异步发电机通过双向可控 硅和电网连接，调节可控硅使导通角逐渐增大，可平 稳并入电网。并网中可控硅既限制了电流，又作为 开关使开关频率显著提高，已成为目前较先进的并 网方法。 2．4．2同步发电机的并网技术 (1)准同期并网 同步发电机准同期并网是使 发电机满足准同期并网条件后，合闸并网的方式： 其过程基本与传统的同步发电机准同期并网相同。