序 言
前 言
1
風力發(fā)電發(fā)展綜述1
1.1早期的風能利用 1
1.1.1東方風能利用史 1
1.1.2西方的風車 3
1.1.3美國西部的風車水泵 6
1.2技術演變 6
1.3風電技術趨勢 14
1.3.1單機容量持續(xù)增大 14
1.3.2從定槳距 (失速型)到變槳距 18
1.3.3從定轉速到變轉速 18
1.3.4傳動系統(tǒng)的革新 19
1.3.5葉片技術的發(fā)展 20
1.3.6低風速、高海拔等特殊氣候環(huán)境下風電機組的改進 20
1.4海上風電場的興起 21
1.5我國的風電設備制造業(yè) 22
1.6我國的風電開發(fā) 26
2
風資源28
2.1風的形成 28
2.1.1氣壓梯度力和地轉力 28
2.1.2三圈環(huán)流 29
2.1.3季風和局地環(huán)流 30
2.1.4大氣運動的時間尺度 33
2.2大氣層 34
2.2.1大氣的垂直分層結構 34
2.2.2大氣邊界層 35
2.2.3粗糙度和風切變 35
2.2.4空氣密度和氣壓 39
2.2.5湍流 40
2.2.6障礙物和地形對風速影響 41
2.3測風 44
2.3.1測風概述 44
2.3.2風速測量 44
2.3.3風向測量 46
2.3.4記錄儀 46
2.3.5測風塔 47
2.3.6我國測風歷史演變 47
2.4測風數(shù)據(jù)分析 48
2.4.1數(shù)據(jù)處理 48
2.4.2測風數(shù)據(jù)直接分析法 50
2.4.3測風數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析法 53
2.5風資源評估 54
2.5.1風功率密度 54
2.5.2風向頻率及風能密度方向分布 56
2.5.3風速的日變化和年變化 56
2.5.4湍流強度 56
2.5.5其他氣象因素 56
2.6我國的風能資源分布 56
2.6.1我國風能資源分布概述 56
2.6.2我國主要的風能豐富區(qū) 57
2.6.3影響我國風能資源分布的氣象條件 57
2.6.4影響風能利用的災害性天氣 58
3
風力發(fā)電的空氣動力學原理60
3.1風能 60
3.2貝茨理論 61
3.2.1貝茨極限 61
3.2.2有旋轉尾流的風輪 62
3.2.3風速和壓力變化 63
3.3翼型和空氣動力特性 63
3.3.1翼型的幾何參數(shù) 64
3.3.2升力和阻力 64
3.3.3翼型截面對升阻力的影響 65
3.4阻力型風力機與升力型風力機對比 67
3.5風輪的空氣動力學原理 68
3.5.1幾何定義 68
3.5.2翼型的受力示意圖 69
3.5.3葉素特性分析 69
3.5.4推力、轉矩和功率的一般關系式 70
3.5.5風電機組的輸出功率 70
3.5.6影響風輪特性的幾個參數(shù) 71
3.6風電機組的功率控制 73
3.6.1失速控制 73
3.6.2變槳距控制 75
4
風電機組分類及典型結構介紹77
4.1風電機組的技術演變 77
4.2風電機組的分類 78
4.2.1定槳距失速型風電機組 79
4.2.2變槳距型風電機組 80
4.2.3變槳變速型風電機組 81
4.3典型風電機組簡介 83
4.3.1 GW750 風電機組 83
4.3.2 UP1500 風電機組 85
4.3.3 GW1500 風電機組 89
4.3.4半直驅機型 SCD2.5 / 100 93
5
風輪96
5.1基本概念 96
5.1.1葉片參數(shù) 96
5.1.2風輪參數(shù) 97
5.2葉片設計 99
5.2.1設計要求 99
5.2.2載荷計算 100
5.2.3結構設計 100
5.3葉片制造 101
5.3.1材料 101
5.3.2制造工藝 104
5.4葉片主體結構 105
5.4.1主體結構方案 105
5.4.2葉根結構 107
5.4.3葉尖制動 107
5.4.4防雷系統(tǒng) 108
5.5輪轂 110
5.6變槳系統(tǒng) 111
5.6.1風電機組的變槳距控制 111
5.6.2液壓變槳距系統(tǒng) 113
5.6.3電動變槳系統(tǒng) 114
5.6.4某機型的變槳系統(tǒng)參數(shù) 116
5.6.5電動和液壓驅動變槳系統(tǒng)優(yōu)缺點比較 117
6
風電機組傳動鏈118
6.1傳動鏈布置 118
6.1.1有齒輪箱的傳動鏈布置 118
6.1.2直驅型風電機組傳動系統(tǒng)布置 120
6.1.3“半直驅”型風電機組傳動系統(tǒng)布置 121
6.2主軸 121
6.3聯(lián)軸器 122
6.3.1脹套式聯(lián)軸器 123
6.3.2萬向式聯(lián)軸器 125
6.3.3膜片式聯(lián)軸器 125
6.3.4連桿式聯(lián)軸器 126
6.4齒輪箱 127
6.4.1齒輪傳動類型 127
6.4.2輪系 128
6.4.3風電機組中的齒輪箱 129
7
風電機組發(fā)電機137
7.1異步發(fā)電機 137
7.1.1鼠籠式異步發(fā)電機 139
7.1.2繞線式異步發(fā)電機 139
7.1.3異步發(fā)電機并網(wǎng)運行 140
7.1.4無功補償 141
7.2雙饋異步發(fā)電機 142
7.2.1雙饋異步發(fā)電機基本結構 142
7.2.2雙饋異步發(fā)電機工作原理 143
7.2.3雙饋異步發(fā)電機冷卻 144
7.3同步發(fā)電機 144
7.3.1電勵磁同步發(fā)電機 145
7.3.2永磁同步發(fā)電機 146
8
風電機組控制系統(tǒng)148
8.1控制系統(tǒng)概述 148
8.1.1控制技術發(fā)展 148
8.1.2控制系統(tǒng)的組成 149
8.1.3控制系統(tǒng)的功能 152
8.2定槳恒速風電機組控制系統(tǒng) 163
8.2.1定槳恒速風電機組的工作特性 163
8.2.2定槳恒速風電機組的發(fā)電過程控制 166
8.3變速恒頻風電機組的控制 169
8.3.1變速恒頻風電機組的控制目標 169
8.3.2變速恒頻風電機組的控制策略 170
8.3.3變速恒頻風電機組常用的控制方法 173
8.4變流器系統(tǒng) 176
8.4.1雙饋異步發(fā)電機及其變流器系統(tǒng) 178
8.4.2永磁同步發(fā)電機及其變流器系統(tǒng) 181
8.5風電機組的并網(wǎng)技術 184
8.5.1定槳恒速風電機組的軟并網(wǎng)技術 185
8.5.2雙饋異步風電機組的并網(wǎng)技術 187
8.5.3永磁同步風電機組的并網(wǎng)技術 189
8.5.4風電機組對電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響 190
8.6傳感器 195
8.6.1溫度監(jiān)控傳感器 196
8.6.2超速開關 197
8.6.3機械振動傳感器 198
8.6.4振動保護傳感器 198
8.6.5風速傳感器和風向傳感器 199
8.6.6轉速傳感器 200
8.6.7編碼器 200
8.6.8位移傳感器 200
8.6.9機艙偏航位置傳感器 201
9
風電機組其他系統(tǒng)202
9.1偏航系統(tǒng) 202
9.1.1概述 202
9.1.2偏航系統(tǒng)的主要部件 203
9.1.3偏航控制系統(tǒng) 206
9.1.4解纜和扭纜保護 207
9.1.5偏航轉速 208
9.1.6偏航潤滑 208
9.2風電機組潤滑 208
9.2.1潤滑基礎 208
9.2.2潤滑分類 209
9.2.3潤滑劑 209
9.2.4風電機組的潤滑 210
9.2.5風電增速箱潤滑的特殊要求 213
9.2.6油品使用中需要注意的問題 215
9.2.7潤滑工作的管理 216
9.3液壓系統(tǒng) 217
9.3.1液壓元件 217
9.3.2定槳距風電機組的液壓系統(tǒng) 221
9.3.3變槳距風電機組的液壓系統(tǒng) 223
9.3.4液壓系統(tǒng)的試驗 229
9.4制動系統(tǒng) 230
9.4.1氣動制動機構 230
9.4.2機械制動機構 231
參考文獻
235