风力发电基础理论 第1分册PDF电子书下载

1 风力发电发展综述 1

1.1 早期的风能利用 1

1.1.1 东方风能利用史 1

1.1.2 西方的风车 3

1.1.3 美国西部的风车水泵 6

1.2 技术演变 6

1.3 风电技术趋势 14

1.3.1 单机容量持续增大 14

1.3.2 从定桨距（失速型）到变桨距 18

1.3.3 从定转速到变转速 18

1.3.4 传动系统的革新 19

1.3.5 叶片技术的发展 20

1.3.6 低风速、高海拔等特殊气候环境下风电机组的改进 20

1.4 海上风电场的兴起 21

1.5 我国的风电设备制造业 22

1.6 我国的风电开发 26

2 风资源 28

2.1 风的形成 28

2.1.1 气压梯度力和地转力 28

2.1.2 三圈环流 29

2.1.3 季风和局地环流 30

2.1.4 大气运动的时间尺度 33

2.2 大气层 34

2.2.1 大气的垂直分层结构 34

2.2.2 大气边界层 35

2.2.3 粗糙度和风切变 35

2.2.4 空气密度和气压 39

2.2.5 湍流 40

2.2.6 障碍物和地形对风速影响 41

2.3 测风 44

2.3.1 测风概述 44

2.3.2 风速测量 44

2.3.3 风向测量 46

2.3.4 记录仪 46

2.3.5 测风塔 47

2.3.6 我国测风历史演变 47

2.4 测风数据分析 48

2.4.1 数据处理 48

2.4.2 测风数据直接分析法 50

2.4.3 测风数据统计分析法 53

2.5 风资源评估 54

2.5.1 风功率密度 54

2.5.2 风向频率及风能密度方向分布 56

2.5.3 风速的日变化和年变化 56

2.5.4 湍流强度 56

2.5.5 其他气象因素 56

2.6 我国的风能资源分布 56

2.6.1 我国风能资源分布概述 56

2.6.2 我国主要的风能丰富区 57

2.6.3 影响我国风能资源分布的气象条件 57

2.6.4 影响风能利用的灾害性天气 58

3 风力发电的空气动力学原理 60

3.1 风能 60

3.2 贝茨理论 61

3.2.1 贝茨极限 61

3.2.2 有旋转尾流的风轮 62

3.2.3 风速和压力变化 63

3.3 翼型和空气动力特性 63

3.3.1 翼型的几何参数 64

3.3.2 升力和阻力 64

3.3.3 翼型截面对升阻力的影响 65

3.4 阻力型风力机与升力型风力机对比 67

3.5 风轮的空气动力学原理 68

3.5.1 几何定义 68

3.5.2 翼型的受力示意图 69

3.5.3 叶素特性分析 69

3.5.4 推力、转矩和功率的一般关系式 70

3.5.5 风电机组的输出功率 70

3.5.6 影响风轮特性的几个参数 71

3.6 风电机组的功率控制 73

3.6.1 失速控制 73

3.6.2 变桨距控制 75

4 风电机组分类及典型结构介绍 77

4.1 风电机组的技术演变 77

4.2 风电机组的分类 78

4.2.1 定桨距失速型风电机组 79

4.2.2 变桨距型风电机组 80

4.2.3 变桨变速型风电机组 81

4.3 典型风电机组简介 83

4.3.1 GW750风电机组 83

4.3.2 UP1500风电机组 85

4.3.3 GW1500风电机组 89

4.3.4 半直驱机型SCD 2.5/100 93

5 风轮 96

5.1 基本概念 96

5.1.1 叶片参数 96

5.1.2 风轮参数 97

5.2 叶片设计 99

5.2.1 设计要求 99

5.2.2 载荷计算 100

5.2.3 结构设计 100

5.3 叶片制造 101

5.3.1 材料 101

5.3.2 制造工艺 104

5.4 叶片主体结构 105

5.4.1 主体结构方案 105

5.4.2 叶根结构 107

5.4.3 叶尖制动 107

5.4.4 防雷系统 108

5.5 轮毂 110

5.6 变桨系统 111

5.6.1 风电机组的变桨距控制 111

5.6.2 液压变桨距系统 113

5.6.3 电动变桨系统 114

5.6.4 某机型的变桨系统参数 116

5.6.5 电动和液压驱动变桨系统优缺点比较 117

6 风电机组传动链 118

6.1 传动链布置 118

6.1.1 有齿轮箱的传动链布置 118

6.1.2 直驱型风电机组传动系统布置 120

6.1.3 “半直驱”型风电机组传动系统布置 121

6.2 主轴 121

6.3 联轴器 122

6.3.1 胀套式联轴器 123

6.3.2 万向式联轴器 125

6.3.3 膜片式联轴器 125

6.3.4 连杆式联轴器 126

6.4 齿轮箱 127

6.4.1 齿轮传动类型 127

6.4.2 轮系 128

6.4.3 风电机组中的齿轮箱 129

7 风电机组发电机 137

7.1 异步发电机 137

7.1.1 鼠笼式异步发电机 139

7.1.2 绕线式异步发电机 139

7.1.3 异步发电机并网运行 140

7.1.4 无功补偿 141

7.2 双馈异步发电机 142

7.2.1 双馈异步发电机基本结构 142

7.2.2 双馈异步发电机工作原理 143

7.2.3 双馈异步发电机冷却 144

7.3 同步发电机 144

7.3.1 电励磁同步发电机 145

7.3.2 永磁同步发电机 146

8 风电机组控制系统 148

8.1 控制系统概述 148

8.1.1 控制技术发展 148

8.1.2 控制系统的组成 149

8.1.3 控制系统的功能 152

8.2 定桨恒速风电机组控制系统 163

8.2.1 定桨恒速风电机组的工作特性 163

8.2.2 定桨恒速风电机组的发电过程控制 166

8.3 变速恒频风电机组的控制 169

8.3.1 变速恒频风电机组的控制目标 169

8.3.2 变速恒频风电机组的控制策略 170

8.3.3 变速恒频风电机组常用的控制方法 173

8.4 变流器系统 176

8.4.1 双馈异步发电机及其变流器系统 178

8.4.2 永磁同步发电机及其变流器系统 181

8.5 风电机组的并网技术 184

8.5.1 定桨恒速风电机组的软并网技术 185

8.5.2 双馈异步风电机组的并网技术 187

8.5.3 永磁同步风电机组的并网技术 189

8.5.4 风电机组对电网稳定性的影响 190

8.6 传感器 195

8.6.1 温度监控传感器 196

8.6.2 超速开关 197

8.6.3 机械振动传感器 198

8.6.4 振动保护传感器 198

8.6.5 风速传感器和风向传感器 199

8.6.6 转速传感器 200

8.6.7 编码器 200

8.6.8 位移传感器 200

8.6.9 机舱偏航位置传感器 201

9 风电机组其他系统 202

9.1 偏航系统 202

9.1.1 概述 202

9.1.2 偏航系统的主要部件 203

9.1.3 偏航控制系统 206

9.1.4 解缆和扭缆保护 207

9.1.5 偏航转速 208

9.1.6 偏航润滑 208

9.2 风电机组润滑 208

9.2.1 润滑基础 208

9.2.2 润滑分类 209

9.2.3 润滑剂 209

9.2.4 风电机组的润滑 210

9.2.5 风电增速箱润滑的特殊要求 213

9.2.6 油品使用中需要注意的问题 215

9.2.7 润滑工作的管理 216

9.3 液压系统 217

9.3.1 液压元件 217

9.3.2 定桨距风电机组的液压系统 221

9.3.3 变桨距风电机组的液压系统 223

9.3.4 液压系统的试验 229

9.4 制动系统 230

9.4.1 气动制动机构 230

9.4.2 机械制动机构 231

参考文献 235