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第1章 风能及其应用 1

1.1 风 1

1.1.1 风速和风向 1

1.1.2 风力等级 1

1.1.3 风的测量 2

1.1.4 风功率 3

1.1.5 风频特性 4

1.1.6 风切变 5

1.1.7 湍流 6

1.1.8 风能资源 6

1.2 风能的利用 7

1.2.1 助航 8

1.2.2 磨面 9

1.2.3 提水 10

1.2.4 发电 10

1.2.5 制热 12

1.3 风力发电 12

1.3.1 风电机组结构和基本参数 12

1.3.2 风电机组的分类 13

1.3.3 供电方式 13

思考题 14

第2章 风力机 15

2.1 风力机的组成与分类 15

2.2 水平轴升力型风力机综览 16

2.3 大型水平轴升力型风力机 18

2.3.1 叶片 18

2.3.2 轮毂 22

2.3.3 风轮 23

2.3.4 额定功率调节 33

2.3.5 偏航 39

2.3.6 支承体系 41

2.4 小型水平轴升力型风力机 44

2.4.1 风轮 44

2.4.2 转速调节 46

2.4.3 方向调节 49

2.4.4 安全控制 50

2.4.5 塔架 50

2.4.6 回转体 51

2.5 垂直轴升力型风力机 52

2.6 阻力型风力机 54

2.7 水平轴和垂直轴风力机的比较 57

2.7.1 综合性能 57

2.7.2 风能利用系数 58

2.7.3 转矩系数 58

2.8 其他形式风力机 59

思考题 60

第3章 双馈风力发电机组 61

3.1 概述 61

3.2 发电系统 62

3.2.1 双馈发电机 62

3.2.2 变流器 68

3.2.3 变流器控制策略 73

3.2.4 运行状态 74

3.2.5 功率流程 75

3.2.6 无刷双馈发电机 75

3.3 主传动与制动 76

3.3.1 主轴及主轴承 76

3.3.2 齿轮箱 78

3.3.3 联轴器 79

3.3.4 制动 80

3.4 液压系统 82

3.4.1 电液比例阀 82

3.4.2 变桨距机组液压系统实例 83

3.5 润滑、温控、接地与避雷 84

3.5.1 润滑 85

3.5.2 温度控制 85

3.5.3 接地 85

3.5.4 避雷 85

3.6 主控系统 85

3.6.1 基本功能 86

3.6.2 主控系统硬件结构 86

3.6.3 传感器 87

3.6.4 安全保护 89

3.7 机组的运行 90

3.7.1 起动与关机 90

3.7.2 并网与脱网 91

3.7.3 工作状态的转移 92

3.7.4 功率控制 93

思考题 96

第4章 永磁直驱风力发电机组及其他 97

4.1 永磁直驱风电机组的组成 97

4.2 永磁直驱风电机组发电系统 98

4.2.1 永磁同步发电机 99

4.2.2 变流器 101

4.2.3 发电系统保护电路 104

4.2.4 变流器的控制策略 106

4.3 永磁直驱风电机组机舱总成 108

4.3.1 主传动 108

4.3.2 制动 110

4.3.3 冷却与除湿 110

4.4 其他同步风电机组 112

4.4.1 电励磁直驱式风电机组 112

4.4.2 应用液力机械增速箱的风电机组 113

4.4.3 应用电磁调速的风电机组 114

4.4.4 其他电励磁风电机组 115

4.5 基于感应发电机的风电机组 116

4.5.1 笼型感应发电机 116

4.5.2 恒速恒频风电机组 118

4.5.3 双速恒频机组 122

4.5.4 优化转差机组 125

4.5.5 变速恒频机组 127

思考题 130

第5章 风电场 131

5.1 概述 131

5.1.1 风电场工程 131

5.1.2 风电场电气系统结构 131

5.1.3 风力发电机组的布局 132

5.2 风电场电气主系统 133

5.2.1 主要电气设备 133

5.2.2 无功补偿装置及其控制策略 136

5.2.3 风电场电气主接线 138

5.3 配电装置 142

5.3.1 装配式配电装置 142

5.3.2 成套配电装置 142

5.3.3 屋内配电装置 143

5.3.4 屋外配电装置 144

5.4 风电场监控系统 145

5.4.1 升压站监控系统 145

5.4.2 风电机组群监控系统 147

5.4.3 风电场监控及数据采集系统 147

5.5 风电场运行 149

5.5.1 风电机组运行 149

5.5.2 配电装置运行 149

5.5.3 风电场运行调度 149

5.6 海上风电场 150

5.6.1 海上风电的防腐 150

5.6.2 海上风电机组的基础 153

5.6.3 海上风电机组的吊装与维护 155

5.6.4 海上输变电 157

思考题 161

第6章 分布式发电和微网 162

6.1 概论 162

6.2 风能储存 163

6.2.1 蓄电池 163

6.2.2 其他储能方法 169

6.2.3 储能方法的比较 170

6.3 风-光互补发电 171

6.3.1 太阳电池 171

6.3.2 风-光互补发电系统 172

6.4 风-柴油互补发电 174

6.5 微网的应用技术 174

6.6 离网供电系统 175

6.6.1 小型风电机组 176

6.6.2 控制器 179

6.6.3 逆变器 180

6.6.4 卸荷器 180

思考题 181

第7章 风力提水 182

7.1 提水设备 182

7.1.1 往复式提水设备 182

7.1.2 旋转式提水设备 188

7.1.3 流体作用式提水设备 192

7.2 风力提水机组 194

7.2.1 高扬程机组 195

7.2.2 低扬程机组 200

7.2.3 远距离提水 201

思考题 202

第8章 风力制热 203

8.1 制热设备 203

8.1.1 搅拌液体制热器 203

8.1.2 油压阻尼孔制热 204

8.1.3 固体摩擦制热器 204

8.1.4 液力偶合器制热 204

8.1.5 涡电流制热器 205

8.1.6 压缩空气制热 206

8.1.7 热泵 207

8.2 换热器 207

8.2.1 管式换热器 208

8.2.2 板式换热器 210

8.3 热能存储 211

8.3.1 显热存储 211

8.3.2 潜热存储 213

8.3.3 化学存储 213

8.4 风力制热机组 213

8.4.1 搅拌液体式机组 214

8.4.2 油压阻尼式机组 215

8.4.3 热泵式机组 216

思考题 217

第9章 风帆助航 218

9.1 帆船的结构 218

9.2 帆的工作原理 218

9.2.1 升力驱动和阻力驱动 218

9.2.2 帆的最佳角度 219

9.3 帆船出航 220

9.3.1 航行方向的调节 220

9.3.2 航向与风向 221

9.3.3 换舷转向 222

9.3.4 起航与停船 223

思考题 223

附录 水平轴风力机的动力学理论 224

参考文献 235