风力发电原理

1、风力发电的原理是，王老师，风力发电的原理是，用风力使风车的叶片旋转，用增速器提高转速，促进发电机的发电。 简单来说，风力发电是将风力转换为机械能，将机械能转换为电能的过程。 现代风力发电机采用空气动力学原理，如飞机机翼。 风不是推一推风车的叶片，而是吹叶片形成叶片表里的差压，该差压产生提升力，使风车旋转，横穿风流。 根据现在的风车技术，能够以每秒3米左右的微风速度(微风的程度)开始发电。 风力发电成为世界性的热潮，因为风力发电没有燃料问题，也不会发生辐射和空气污染。 (1)风电设备、构成：风力发电机组包括两大部分，一部分是将风力转换为机械能的风力机；另一部分是发电机，将机械能转换为电能。 分类

2、：1)根据收集风能的结构形式和在空间上的配置，可分为水平轴式和垂直轴式。 2 )根据架子的位置，分为上风向式和背风面式，3 )根据叶片的数量，也可以分为单叶片、双叶片、三叶片、四叶片、多叶片。 4 )叶片和形式分为螺旋桨式、h型、s型等；5 )叶片的工作原理不同，有提升力型和电阻型的不同。 6 )风力机的容量分为微型(1kW以下)、小型(110kW )、中型(10100kW )和大型(100kw以上)。 1、风力机的主要技术指标参数、风车直径、通常风力机的功率越大，直径越大的叶片数、高速发电用风力机为2.4片、低速风力机为4片叶材，现代采用高强度低密度复合材料的风能利用系数一般为0.150.5

3、之间，起动风速为s的停止风速通常为1535ms，现代风力机一般为数百千瓦数兆瓦的发电机，也有分直流发电机和交流发电机的高塔等。 2、水平轴力风机，特点：风力机的风车轴和地面为水平状态，称为水平轴风力机。 构成：由一般的内风车增速器、调速电机、换向装置、发电机和塔等零配件组成，包括中型风力机和自动控制系统。 应用：该风力机功率从数十千瓦到数兆瓦，是前几天最具有实用开发价值的风力机：类型：传统风车、低速风力机和高速风力机，水平轴力风机图，3，垂直轴风力机，特点：风车旋转轴和地面垂直状态的风力机称为垂直风力机。 形式有s型、h型、型等。 应用：目前垂直轴风力机尚未大量商品化，但由于没有大型塔架，发电

4、机可以安装在地面，维护方便，叶片制造简单等特点多，研究增多。 各种形状的垂直轴风力机。型风力发电机图、(二)风力发电系统，从外部看，整个风力发电机组只能看到三个主要部分：风车、机舱、塔式。 发电机、传动系统、控制系统等全部集成在机舱内。 机舱不仅具有容纳所有机械零件的功能，还承担着承受所有外力(包括静负荷和动载荷)的作用。 机舱的底盘车和塔之间有旋转体，可以水平旋转机舱。友针织面料的总体结构、友针织面料的总体结构图：(3)风力发电机的主要组成部分为1、介绍风力发电机，风力发电机与其他机械区别最主要的特征是风力发电机。 风车一般由2.3片叶片和轮毂构成，具有将风能转换为机械能的功能。 风力发电机

5、的理论基础也是空气动力学，因此机翼形状与机翼很相似。 风通过水平轴风力发电机叶片时，由于叶片与风形成角度，风在叶片上形成提升力，风力发电机通过叶片的提升力将风力转换为旋转的机械能，启动发电机。2、塔式、风力机的塔式不仅能够承载风力机的重量，而且能够承受风力机和塔式的风压和风力机运行中的动载荷。 其刚度与风力机的振动有着密切的关系。 水平轴风力发电机的塔主要分为立柱型和管桁架型。 一般来说，圆柱形塔对风的阻力小，特别是在下风向风力机中，产生乱流的影响比管桁架形塔小。 管桁架式塔式机常用于中小型风力机，其优点是成本不高，运输方便。 但是，该塔会使下风向风力机的叶片产生大的湍流。 立柱型和管桁架型，

6、如图：3、机舱、4、齿轮箱，在容量大的风力发电机组中，由于风车的转速低，达不到发电机的发电要求，大多通过齿轮箱的增速作用来实现。 另外，并联网运转的发电机必须左右再同步转速才能运转，所以风力发电机组一般在主轴和发电机之间设置增速传动机构。 风力机的传动机构一般有低速轴、高速轴、齿轮箱、联轴器、刹车器等。 风力发电机组的齿轮箱也被称为增速箱。 齿轮箱的主要功能是，风车通过风力产生的动力传递给发电机，得到与之相应的转速。 齿轮箱相对于大型风力发电机，为了限制其转速，传动装置的增速比为4050。 这样可以减轻发电机的重量，降低成本。 5、偏航系统、风力机调节风车翼旋转水平和空气流动方向及相对位置的机

7、构。 风车叶片的旋转平面与气流方向垂直时，即朝向风向时，从风力机流动的空气吸入的能量最大，风力机的输出最大，因此风向机构也被称为上风向机构(通称偏航系统)。 偏航系统整体由马达和减速机构、偏航调整系统和线缆保护具等部分构成。 偏转导航系统的作用是，偏转导航系统的主要作用是：1)配合风力发电机组的操纵系统，使风力发电机组风车始终处于上风向状态，并利用风能，提高风力发电机组的发电效率；2 )提供保障风力发电机组安全运行所需的拧紧力矩。 (4)发电机、发电机的作用是利用电磁效应现象将风车输出的机械能量转换为电能。 发电机有基本类型：普通异步风力发电机组双种子文件异步风力发电机组直接驱动式同步风力发电

8、机组(包括永久磁铁发电机和直流励磁发电机)混合风力发电机组，1，普通异步风力发电机组，技术特点： 1，叶轮转速低，一般需每一分钟十几圈，齿轮箱增速， 2 .转子的转速一定，风力利用率低，其转速由齿轮箱的齿轮比和发电机极对数决定；3 .转子电流产生的旋转磁场的转速比同步速运行高；4 .发电机的定子直接与电力网连接，起动时产生大的起动电流5 .为了从系统吸收大量无效功率，需要布置无效补偿装置。 结构简单，控制方便。 2、双种子文件式异步风力发电机组，技术特点： 1、叶轮转速低，一般需要每一分钟十几转，齿轮箱增速2 .转子绕组经由电气滑环或采用绕组结构与电力电子换流装置连接，3、通过电力电子换流装置

9、的控制作用， 调节控制发电机的转子电流和电磁转矩，可以使转子转速随风速的变化而变化，使风力发电系统获得最大的风力能量捕获效率，风力利用率高的4 .低风速时，发电机转子比同步速运行低，发电机转子线圈通过逆变器向发电机供给励磁电力的高风速时， 发电机转子比同步速运行高，发电机转子绕组与向逆变器输出励磁电力5、直接电力网相连，可控制转子电流，实现风力发电机的平滑化和网络化。3、直接驱动式同步风力发电机组，技术特点：1)叶轮转速低，一般每一分钟十几转，转子绕组通过增加极对数来降低同步转速，避免了齿轮箱的损失；2 )同步电动机励磁系统采用直流励磁或永久吸铁石励磁方式，转子的极对数多，所以电动机外尺寸大3

10、 )相对于直流励磁方式的同步电机，转子转速的调节通过控制励磁电流的大小来控制电磁转矩，在风力发电系统中能够得到最大风力能量捕获效率的永磁同步电机中，通过调节直流电压来控制电磁转矩，在风力发电系统中能够得到最大风力能量捕获效率， 风力利用率高4 )在直流励磁方式的同步电机中，在励磁损失小的永磁同步电机中，存在硬磁材料的消磁现象。 5 )通过电力电子逆变器与电力网相连，可以吸收、输出电力，因此可以实现风力发电机的平滑化。 6 )电力网端逆变器采用空间向量控制技术，可实现发电机的有功功率和无功功率的解薯控制，可以独立调节发电机在系统中的吸收或无功。 结构控制系统很复杂。以上风力发电机优缺点比较表，双

11、种子文件、永磁和直流励磁风力发电机外观图，双种子文件风力发电机外观特点：机舱细长，直流励磁风力发电机外观特点：机舱粗，直流励磁风力发电机外观特点：机舱臃肿，(4)操纵系统主要功能，1 ) 以预先设定的风速值(一般为34ms )自动启动风力发电机组，用软件星空卫视装置将异步发电机与电力网连接。 2 )利用各种传感器自动检测包括风速、风向、风力机风车转速、发电机转速、发电机温度上升、发电机输出、功率因数、电压、电流等在内的风力发电机组的运转参数和状态，根据齿轮箱轴承的油温、液压系统的液压等。 3 )以风速的最大干燥运转速度(通常为25ms )实现自动停止。 4 )故障保护。 5 )用光缆或电话线相

12、互连接。风机控制方式和内容，一个完整的风力发电机组通常由风车、增速齿轮箱、风力发电机、斯坦共和国、塔式、调速器、整流器、汽车停车刹车器、操纵系统等组成，必须进行有效的控制，以便风力发电机能够稳定运行。 考虑到风力发电机组的特殊性，按重要的顺序，控制支重轮应依次满足以下要求：1)风力转换系统稳定；2 )运行中，各种不确定因素如阵风、剪切风、负荷变化方面有鲁棒性；3 )控制成本小，即不同输入信号的振幅有一定的限制； 例如，转送的时间等(4)将风力转换为最大电力，即在额定风速以下，发电机按每个风速输出的电力最大，在额定风速以上，输出电力有可能保持一定5 )风力发电机输出的电力保持恒定电压恒定频率，具

13、有高的电能质量。 风力发电机组的控制目标有很多项目，控制方法多种多样，大致可分为偏航系统、发电机并网控制系统、发电机电力控制系统、电容器控制系统等。 其两个核心问题是通过风力能源的最大捕获提高风力能量转化效率和改善电能质量。 从风力机最大风能捕获的运转原理可知，风速越高，与此相对应的风力机的转速越高。 但是，受到风力发电机转速的界限、电力的界限等的限制，风力发电机的转速并不是过高。因此，风力机为了实现最大风能的捕获，有三种典型的运行状态：低风速级执行变速运行，保持一定的风能利用系数Cp的值，根据风速变化控制风力机的转速，在转速达到极限之前使叶片变速比不变化的次数风速进一步变大时，以一定转速控制

14、风力机的运转，在输出最高输出功率之前，此时的风力Cp如果超过不一定是最大值的额定风速，则输出达到极限，以定功率输出调节风力机。 (5)风的能量和测量、产生能量的基本要素：风具有一定的质量和速度。 风能的主要特性参数包括风能、风能密度、风速和风能级、风向和风速、风能测量等。 1 )风能：把空气运动产生的动能称为“风能”。 2 )风能密度：单位时间内通过单位截面积的风能。 3 )风速和风级：风速是空气在单位时间内移动的距离，国际单位是米秒(m/s )或公里时间(kmh )。 1.3级4 )风向和风的频率：通常，风吹来的水平方向为风的方向，也就是风向。 风速是指风向的频度，即一定时间内某风向出现的次

15、数占各风向总出现次数的比例，5 )风的测定：风的量测仪器主要是风向器、杯风速器、3杯轻风向风速计等。 1、风中的能量、风中包含的能量是动能，因此P=1/2AV3与风力和风速的立方体成比例，风速的微小增加导致电力的显着增加风力和海面1.225kg/m3的空气比重成比例的风力还受到气压和温度的影响(约1.0-) 风力与叶轮的扫描面积成正比，2、风力机的主要特性系数为1 )功率因数(Cp )记述将风力转换为机械能的风扇效率2 )叶片叶尖比表示风速不同的状态，故按叶片叶尖比和风速比进行测定，称为叶片叶尖比。 其中，r叶轮半径、n叶轮的机械转速、v作用于风力机的正面风速。 风中的能量都不转换成鼓风机，其

16、理论上限Cp(max)=0.593，一般称为贝茨系数。 3、叶片叶尖比的影响、风力利用系数Cp和风力机的叶片叶尖比的对应关系：4、风力机收集风力能量的基本计算式P=(Cpv3A)/2、Cp是风力能量利用系数(Power Coefficient )，表示风力风扇捕获风力能量的能力CP=p cap Pwind是空气密度(kg/m3 )，标高，水汽压(即大气湿度) v是风速(m/s )，通常由轮毂高度的风速计算a，叶轮的拂风面积(m2 )、5，风力机的频率和电压控制下，交流发电机的绕组通过交变磁极产生交流。 交流的频率由发电机的转速决定：其中p发电机的磁极对数、n发电机的转速、f交流的频率。 (6)

17、风力发电机组分为固定间距和可变间距的用户针织面料。 定桨距风力发电机组的功率调节完全取决于叶片的气动特性。 该用户针织面料的输出根据风速的变化而变化，风速超过额定风速时，通过叶片的失速和偏航控制，风力转换系数Cp降低，维持一定。 变桨距变速调节型变桨距组合针织面料尽量提高风力机的风力转换效率，保证风力机的输出稳定，因此风力机可以用轮毂室内的叶片根部的液压装置和电动机构进行桨距调整。 可变螺距风力发电机组的功率调节并不完全依赖于叶片的气压特性，必须依赖于与叶片相适应的叶片攻角的变化来进行调节。 1、定桨距失速调节型单针织面料，一般在同步电滚子或者笼型非同步电滚子下，通过定桨距失速控制的风车，使发

18、电机的旋转速度保持一定的数值。 并且，使风力发电机并网后的定子磁场的旋转频率与电力网频率的转子、叶轮的变化范围相等，捕获风力的效率低。2、可变螺距变速调节型单针织面料，一般采用双种子文件电动机或永久吸铁石同步电动机组合调速器和可变螺距控制的方法，能够使叶轮的旋转速度随着风速的变化而在大范围内变化，能够维持最佳的叶片变速比而运行，风力利用系数宽发电机产生的电能由电流互感器调节，与电力网形成同频率、同相、同幅的电能被输送到电力网。 3、桨变速风电联针织面料的动力驱动，目前流行的变速桨风电联针织面料的动力驱动系统主要有两个方案：1)齿轮箱绕组式异步电滚子的双种子文件变换器。 2 )没有齿轮箱的直接驱动低速永久磁铁发电机全电力