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第1章 风和风电场的特性 1

1.1 风和风的特性 1

1.1.1 风的形成和分类 1

1.1.2风速与风向 14

1.1.3风速特性和风能“玫瑰”图 14

1.1.4环境对风速的影响 15

1.2风能和风能密度 17

1.2.1 风能 17

1.2.2风能密度 18

1.2.3风能密度计算方法 19

1.3风电场特性和风电场设计原则 19

1.3.1风电场特性资料 19

1.3.2风电场设计原则 20

1.4风电场优化设计 21

1.4.1风力发电机组选型 21

1.4.2风力发电机基础 23

1.5离网型和并网型风电场 24

1.5.1小型离网型风电场 24

1.5.2大型并网型风电场 25

第2章 风力发电技术 28

2.1风力机功率调节技术 28

2.1.1 功率调节方式 29

2.1.2风力发电技术的发展 32

2.2恒速／恒频发电系统 33

2.2.1 恒速／恒频发电系统 33

2.2.2恒速／恒频系统发电机 37

2.3变速／恒频发电系统 39

2.3.1风力机变转速技术 39

2.3.2变速／恒频发电系统 41

2.3.3变速运行的发电机 42

2.4小型直流发电系统 46

2.4.1离网型风力发电机系统 46

2.4.2小型直流发电系统 47

第3章 风轮机设计 48

3.1风轮机设计的基本原则 48

3.1.1基本参数的定义 48

3.1.2部件设计强度分析步骤 49

3.1.3部件应力分析数学模型 49

3.2风轮机设计条件 49

3.2.1外部条件 50

3.2.2风轮机等级 50

3.2.3风况 50

3.2.4其他环境条件 56

3.2.5电网条件 57

3.3载荷的计算 58

3.3.1载荷 58

3.3.2设计工况和载荷状态 58

3.3.3载荷计算 60

3.3.4载荷的安全系数 61

3.4风轮机部件设计 61

3.4.1设计参数 62

3.4.2设计参数的选定 62

3.4.3机舱偏航系统 64

3.4.4传动系统 66

3.4.5额定风速和额定转速 68

3.4.6发电机设计 69

3.4.7齿轮箱设计 71

3.5风轮机工程设计方法 73

3.5.1风能计算 73

3.5.2风轮机典型设计参数 73

3.5.3主要参数与技术经济指标举例 75

3.5.4贝茨（Betz）基本理论 75

3.5.5风轮机工程设计 77

3.6风轮机设计优化 81

3.6.1 叶轮优化设计法 81

3.6.2叶片数、直径、转速及翼型优化 82

3.6.3叶轮叶片各截面弦长优化 83

3.6.4叶轮叶片各截面扭转角优化 84

第4章 风轮机数值分析技术 85

4.1 风电场数值模型 85

4.1.1流体力学控制方程 85

4.1.2流场解的补充方程 87

4.1.3边界条件 87

4.1.4控制方程组离散和有限差分解 87

4.2风电场数值计算软件包 89

4.2.1 GH Bladed软件包数值模型和功能 89

4.2.2 AREVAT＆D／E-terra wind软件 120

4.2.3 GarradHassan（GH）综合软件包 120

4.2.4风电场设计优化和风资源预测评估软件 123

4.3风力机设计与研究 124

4.3.1软件包开发、模块和数据库 124

4.3.2风力机空气动力学研究 125

4.3.3风力机动态测试方法的研究 125

4.3.4储能方法的研究 126

4.3.5小型风电场规划方法的研究 127

4.4转子／机舱／塔架系统耦合响应分析 127

4.4.1系统坐标系 127

4.4.2系统建模 129

4.4.3计算方法与结果分析 132

4.5风轮机数值分析实例 134

第5章 风轮机叶片设计 139

5.1风轮机叶片数据库 139

5.1.1叶片剖面翼型 139

5.1.2风轮叶片尺寸确定 145

5.1.3风轮机叶片设计典型数据 147

5.2风轮机叶片型线设计方法 148

5.2.1计算机CAD设计扭曲叶片 148

5.2.2某中型风力机叶片设计计算表例（表5-7、图5-11～图5-17） 149

5.3风轮机叶片强度振动设计 156

5.3.1桨叶片数值方程 156

5.3.2计算结果分析 158

第6章 风力机主要部件结构设计和制造技术 161

6.1 叶片结构设计、材料和制造 161

6.1.1叶片结构 161

6.1.2叶片结构设计要点 162

6.1.3叶片材料和结构 163

6.1.4典型叶片结构介绍 164

6.1.5叶片的制造工艺 165

6.2轮毂结构设计和材料 167

6.2.1轮毂结构形式 167

6.2.2轮毂与主轴的连接方式 168

6.3变桨距结构设计和材料 168

6.3.1变桨距风力机组的特点 168

6.3.2电机驱动的变桨距系统 170

6.3.3独立变桨距系统电机及控制 171

6.4增速箱结构设计和材料 172

6.4.1齿轮箱设计要考虑的问题 173

6.4.2齿轮箱设计要求 173

6.4.3齿轮箱结构 174

6.4.4齿轮箱的主要零部件 174

6.5发电机结构设计和材料 178

6.5.1发电机的结构 178

6.5.2交流发电机的分类 179

6.5.3常用交流发电机 180

6.6机舱结构设计和材料 184

6.6.1机舱材料 184

6.6.2底板与机舱盖 184

6.7塔架设计 185

6.8风力机基础设计 186

6.8.1微、小型风力机的基础 186

6.8.2中、大型风力机的基础 187

第7章 风力机现场安装和调试 189

7.1风电场风力机布置 189

7.2风力机现场安装技术 190

7.2.1微、小型风力机的安装 191

7.2.2中、大型风力机的安装 191

7.2.3典型的安装程序 192

7.3风力机安装后的调整和试车 193

7.3.1风力机安装后的调整 193

7.3.2风力机的试车 193

7.3.3风力机组并网与脱网 194

7.3.4大、小发电机的软并网程序 195

7.3.5发电机间的切换 195

7.3.6电动机启动 196

第8章 风力机运行与维护 197

8.1 风力机运行技术 197

8.1.1风力发电机组运行状态 197

8.1.2运行数据统计分析 198

8.1.3风电场的监控系统 199

8.1.4运行过程中的主要参数监测 199

8.1.5风力参数监测 200

8.1.6机组状态参数检测 201

8.1.7各种反馈信号的检测 202

8.1.8增速器油温的控制 202

8.1.9发电机温升控制 202

8.1.10发电机功率控制 202

8.1.11风力发电机组退出电网 203

8.1.12变桨距风力发电机组的运行状态 204

8.2风力机维护技术 205

8.2.1 风力机的日常检修维护 205

8.2.2风力机的定期检修维护 206

8.2.3紧急状况停机 207

8.2.4重要零部件的维护 207

8.2.5风力机对自然灾害的防护 211

第9章 风力机故障和故障诊断 219

9.1 风力机叶片故障分析 219

9.1.1 风力机叶片逐年受损状况 219

9.1.2声音辨别叶片受损技巧 219

9.1.3沿海和干旱地区叶片对比 220

9.1.4风力机叶片目测技巧 220

9.2增速箱故障分析 220

9.2.1齿轮箱常见故障及预防措施 220

9.2.2齿轮箱故障诊断 222

9.3发电机故障分析 223

9.4风力机迎风装置及故障分析 224

9.4.1迎风装置的组成 224

9.4.2偏航电机过负荷故障原因 225

9.5塔架故障分析及塔筒防腐 225

9.5.1动载荷对塔架的影响 225

9.5.2风力机内外塔筒防腐 225

9.6风力机部件故障诊断技术 226

9.6.1叶片故障分析 226

9.6.2小型风力机剧烈抖动 228

9.6.3风力机调向不灵 229

9.6.4风力机异常杂音 229

9.6.5发电机不发电 229

9.6.6风轮转速明显降低 230

9.6.7发电机输出电压低 230

9.6.8蓄电池输出电容不足 230

第10章 新型风力机 231

10.1直接驱动式风力机 231

10.1.1直接驱动式风力机原理 231

10.1.2离网型低速永磁发电机 233

10.1.3变速直驱永磁发电机控制系统 235

10.2低温式风力机 240

10.2.1低温环境对风力发电机组的影响 240

10.2.2低温对风轮叶片的影响 241

10.2.3高原环境对风力发电的影响 243

10.2.4风力机在恶劣环境下的可靠性研究 247

10.2.5热带气旋对风电场安全性的影响 250

10.3海上风力发电式风力机 251

10.3.1海上风电场 251

10.3.2海上风力发电技术 252

10.3.3国内海上风电场建设 255

10.3.4大功率浅海风电场风投资概算 255

10.3.5丹麦的海上风力发电 256

10.3.6漂浮式海上风电场 258

10.3.7近海风电场建设关键技术 259

10.4太阳能烟囱热能风力发电式风力机 265

10.4.1太阳能发电 265

10.4.2太阳能烟囱热发电 267

10.4.3太阳能烟囱发电系统理论基础 272

10.4.4热能风力涡轮机设计 275

10.4.5太阳能烟囱电厂热能风力涡轮机方案 277

附录 典型风力机设计数据 279

参考文献 295