風力發(fā)電機組原理與應(yīng)用課件

1、風力發(fā)電機組原理與應(yīng)用第一章緒論第一節(jié)風第二節(jié)風力發(fā)電機組第三節(jié)大型風力發(fā)電機組的典型結(jié)構(gòu)第一節(jié)風一、風的形成1.大氣環(huán)流圖1-1三圈環(huán)流示意圖第一節(jié)風2.季風環(huán)流圖1-2季風的地理分布第一節(jié)風形成季風環(huán)流的因素(1)海陸分布對我國季風的作用海洋的熱容量比陸地大得多，冬季陸地比海洋冷，大陸氣壓高于海洋，氣壓梯度力自大陸指向海洋，風從大陸吹向海洋；夏季則相反，陸地很快變暖，海洋相對較冷，陸地氣壓低于海洋氣壓，氣壓梯度力由海洋指向大陸，風從海洋吹向大陸，如圖1-3所示。圖1-3海陸熱力差異引起的季風示意圖a) 冬季b)夏季第一節(jié)風(2)行星風帶位置季節(jié)轉(zhuǎn)換對我國季風的作用地球上存在著5個風帶。(3

2、)青藏高原對我國季風的作用青藏高原占我國陸地的1/4，平均海拔在4000m以上，對應(yīng)于周圍地區(qū)具有熱力作用。3.局地環(huán)流(1)海陸風海陸風的形成與季風相同，也是由大陸與海洋之間的溫度差異的轉(zhuǎn)變引起的。圖1-4海陸風形成示意圖a)夜間b)白天第一節(jié)風圖1-5山谷風形成示意圖a)白天b)夜間(2)山谷風山谷風的形成原理跟海陸風是類似的。第一節(jié)風二、風力等級1.風級的劃分（見表1-1）2.風速與風級的關(guān)系第一節(jié)風表1-1蒲福(Beaufort)風力等級表第一節(jié)風表1-1蒲福(Beaufort)風力等級表第一節(jié)風表1-1蒲福(Beaufort)風力等級表第一節(jié)風三、風的測量1.測風系統(tǒng)2.風向測量(1

3、)風向標風向標是測量風向的最通用的裝置，有單翼型、雙翼型和流線型等。圖1-6標式風向傳感器第一節(jié)風(2)風向表示風向一般用16個方位表示，即北東北(NNE)、東北(NE)、東東北(ENE)、東(E)、東東南(ESE)、東南(SE)、南東南(SSE)、南(S)、南西南(SSW)、西南(SW)、西西南(WSW)、西(W)、西西北(WNW)、西北(NW)、北西北(NNW)、北(N)。圖1-7風向16方位圖第一節(jié)風圖1-8旋轉(zhuǎn)杯形風速計1)旋轉(zhuǎn)式風速計：它的感應(yīng)部分是一個固定在轉(zhuǎn)軸上的感應(yīng)風的3.風速測量(1)風速計第一節(jié)風組件，常用的有風杯和螺旋槳葉片兩種類型。2)壓力式風速儀：它是利用風的壓力測定

4、風速的儀器，通過流體的全壓力與靜壓力之差來測定風速的大小。3)散熱式風速計：一個被加熱物體的散熱速率與周圍空氣的流速有關(guān)，利用這種特性可以測量風速。圖1-9超聲波風速計第一節(jié)風4)聲學風速計：又稱超聲波風速計(見圖1-9)，是利用聲波在大氣中傳播速度與風速間的函數(shù)關(guān)系來測量風速。(2)風速記錄1)機械式：當風速感應(yīng)器旋轉(zhuǎn)時，通過蝸桿帶動蝸輪轉(zhuǎn)動，再通過齒輪系統(tǒng)帶動指針旋轉(zhuǎn)，從刻度盤上直接讀出風的行程，除以時間得到平均風速；2)電接式：由風杯驅(qū)動的蝸桿，通過齒輪系統(tǒng)連接到一個偏心凸輪上，風杯旋轉(zhuǎn)一定圈數(shù)，凸輪使相當于開關(guān)作用的兩個接點閉合或打開，完成一次接觸，表示一定的風程；3)電機式：風速感應(yīng)

5、器驅(qū)動一個小型發(fā)電機中的轉(zhuǎn)子，輸出與風速感應(yīng)器轉(zhuǎn)速成正比的交變電流，輸送到風速的指示系統(tǒng)；第一節(jié)風4)光電式：風速旋轉(zhuǎn)軸上裝有一圓盤，盤上有等距的孔，孔上面有一紅外光源，正下方有一光電半導(dǎo)體，風杯帶動圓盤旋轉(zhuǎn)時，由于孔的不連續(xù)性，形成光脈沖信號，經(jīng)光電半導(dǎo)體器件接收放大后變成電脈沖信號輸出，每一個脈沖信號表示一定的風行程。四、風的數(shù)學描述1.風廓線圖1-10不同粗糙度長度的風廓線第一節(jié)風表1-2不同地表的粗糙度和值第一節(jié)風2.風頻特性(1)風向頻率在一定時間內(nèi)各種風向出現(xiàn)的次數(shù)占所觀測總次數(shù)的百分比，叫風向頻率。(2)風速頻率風速頻率反映風的重復(fù)性，指在一個月或一年的周期中發(fā)生相同風速的時數(shù)占

6、這段時間刮風總時數(shù)的百分比。(3) 風玫瑰圖圖1-11風玫瑰圖a) 風向玫瑰圖b) 風能玫瑰圖第一節(jié)風1)盛行風向：指根據(jù)當?shù)囟嗄暧^測資料繪制的年風向玫瑰圖中，風向頻率較大方向。2)風向旋轉(zhuǎn)方向：指風向隨著季節(jié)旋轉(zhuǎn)。3)最小風向頻率：指兩個盛行風向?qū)?yīng)軸大致垂直兩側(cè)風向頻率最小的方向。3.風速頻率的統(tǒng)計特性圖1-12威布爾分布雙參數(shù)曲線第一節(jié)風1)根據(jù)風的累積頻率估計2)根據(jù)平均風速和樣本標準差sv估計由式(1-10)和式(1-11)可得4.風功率及風功率密度(1)風功率及風功率密度定義風功率是指單位時間內(nèi)，以速度v垂直流過截面A的氣流所具有的動能。(2)平均風功率密度衡量某一地區(qū)風能大小，要

7、視常年平均風能的多少而定。(3)有效風速和有效風功率密度風力機械要根據(jù)當?shù)氐娘L況確定一個額定風速,它與額定功率相對應(yīng)。(4)風能可利用時間在風速概率分布確定以后，還可以計算風能的可利用時間。5.湍流第一節(jié)風6.空氣密度表1-3海平面空氣密度表五、風能可利用區(qū)的劃分第一節(jié)風1)風資源豐富區(qū)：年有效風功率密度大于200W/m2，320m/s風速的年累積小時數(shù)大于5000h，年平均風速大于6m/s；2)風資源次豐富區(qū)：年有效風功率密度為200150W/m2，320m/s風速的年累積小時數(shù)為50004000h，年平均風速在5.5m/s左右；3)風資源可利用區(qū)：年有效風功率密度為150100W/m2，3

8、20m/s風速的年累積小時數(shù)為40002000h，年平均風速在5m/s左右；4)風資源貧乏區(qū)：年有效風功率密度小于100W/m2，320m/s風速的年累積小時數(shù)小于2000h，年平均風速小于4.5m/s；第二節(jié)風力發(fā)電機組一、風力發(fā)電機組的工作原理圖1-13風電機組的工作原理第二節(jié)風力發(fā)電機組1.能量流2.信息流圖1-14風電機組的外觀第二節(jié)風力發(fā)電機組二、風力發(fā)電機組的構(gòu)成和分類1.風力發(fā)電機組的構(gòu)成圖1-15風力發(fā)電機組內(nèi)部結(jié)構(gòu)第二節(jié)風力發(fā)電機組(1)變槳距系統(tǒng)設(shè)在輪轂之中。(2)發(fā)電系統(tǒng)包括發(fā)電機、變流器等。(3)主傳動系統(tǒng)包括主軸及主軸承、齒輪箱、高速軸和聯(lián)軸器等。(4)偏航系統(tǒng)由電動

9、機、減速器、變距軸承、制動機構(gòu)等組成。(5)控制系統(tǒng)包括傳感器、電氣設(shè)備、計算機控制系統(tǒng)和相應(yīng)軟件。2.風力發(fā)電機組的主要參數(shù)3.風力發(fā)電機組的分類第二節(jié)風力發(fā)電機組表1-5風力發(fā)電機組機型分類(1)按裝機容量分1)微型：0.11kW；2)小型：1100kW；3)中型：1001000kW；第二節(jié)風力發(fā)電機組4)大型：1000kW以上。(2)按風輪軸方向分1)水平軸機組：水平軸機組是風輪軸基本上平行于風向的風力發(fā)電機組。圖1-16垂直軸機組第二節(jié)風力發(fā)電機組2)垂直軸機組：垂直軸機組是風輪軸垂直于風向的風力發(fā)電機組。(3)按功率調(diào)節(jié)方式分1)定槳距機組：葉片固定安裝在輪轂上，角度不能改變，風力機

10、的功率調(diào)節(jié)完全依靠葉片的氣動特性。2)普通變槳距型(正變距)機組：這種機組當風速過高時，通過改變槳距角(在指定的徑向位置葉片幾何弦線與風輪旋轉(zhuǎn)面間的夾角)，使功率輸出保持穩(wěn)定。3)主動失速型(負變距)機組：這種機組的工作原理是以上兩種形式的組合。(4)按傳動形式分第二節(jié)風力發(fā)電機組1)高傳動比齒輪箱型：風力發(fā)電機組中的齒輪箱的主要功能是將風輪在風力作用下所產(chǎn)生的動力傳遞給發(fā)電機并使其得到相應(yīng)的轉(zhuǎn)速。2)直接驅(qū)動型：應(yīng)用多極同步發(fā)電機可以去掉風力發(fā)電系統(tǒng)中常見的齒輪箱，讓風力機直接拖動發(fā)電機轉(zhuǎn)子運轉(zhuǎn)在低速狀態(tài)，這就沒有了齒輪箱所帶來的噪聲、故障率高和維護成本大等問題，提高了運行可靠性。3)中傳動

11、比齒輪箱型(“半直驅(qū)”)：這種機組的工作原理是以上兩種形式的綜合。(5)按轉(zhuǎn)速變化分第二節(jié)風力發(fā)電機組1)定速(又稱恒速)：定速風力發(fā)電機組是指其發(fā)電機的轉(zhuǎn)速是恒定不變的，它不隨風速的變化而變化，始終在一個恒定不變的轉(zhuǎn)速下運行。2)多態(tài)定速：多態(tài)定速風力發(fā)電機組中包含著兩臺或多臺發(fā)電機，根據(jù)風速的變化，可以有不同大小和數(shù)量的發(fā)電機投入運行。3)變速：變速風力發(fā)電機組中的發(fā)電機工作在轉(zhuǎn)速隨風速時刻變化的狀態(tài)下。第三節(jié)大型風力發(fā)電機組的典型結(jié)構(gòu)一、雙饋式風力發(fā)電機組二、直驅(qū)式永磁風力發(fā)電機組圖1-17直接驅(qū)動式風力發(fā)電機組結(jié)構(gòu)1葉片2輪轂3變槳距系統(tǒng)4發(fā)電機轉(zhuǎn)子5發(fā)電機定子6偏航系統(tǒng)7測風系統(tǒng)8底

12、板9塔架第三節(jié)大型風力發(fā)電機組的典型結(jié)構(gòu)三、中傳動比齒輪箱型(“半直驅(qū)”)機組圖1-18中傳動比齒輪箱型(“半直驅(qū)”)機組第二章風力機第一節(jié)風力機動力學模型第二節(jié)風力機的結(jié)構(gòu)第三節(jié)葉片的空氣動力特性第四節(jié)風輪的空氣動力特性第一節(jié)風力機動力學模型一、貝茲極限假定：1)風輪可以簡化成一個平面槳盤，沒有輪轂，而葉片數(shù)無窮多，這個平面槳盤被稱為致動盤。2)風輪葉片旋轉(zhuǎn)時不受摩擦阻力，是一個不產(chǎn)生損耗的能量轉(zhuǎn)換器。3)風輪前、風輪掃掠面、風輪后氣流都是均勻的定常流，氣流流動模型可簡化成圖2-1所示的流束。4)風輪前未受擾動的氣流靜壓和風輪后遠方的氣流靜壓相等。5)作用在風輪上的推力是均勻的。6)不考慮風

13、輪后的尾流旋轉(zhuǎn)。第一節(jié)風力機動力學模型圖2-1流經(jīng)致動盤的流束第一節(jié)風力機動力學模型圖2-2、隨a的變化曲線第一節(jié)風力機動力學模型圖2-3空氣微粒經(jīng)過風輪圓盤的運動軌跡二、旋轉(zhuǎn)尾流模型第一節(jié)風力機動力學模型圖2-4氣流切向速度在通過圓盤的變化第二節(jié)風力機的結(jié)構(gòu)一、葉片的構(gòu)造二、定槳距葉片葉柄結(jié)構(gòu)1.螺紋件預(yù)埋式2.鉆孔組裝式三、葉片數(shù)第二節(jié)風力機的結(jié)構(gòu)圖2-5風輪葉片的結(jié)構(gòu)a)木材、環(huán)氧全殼結(jié)構(gòu)b)前半殼用木材、環(huán)氧結(jié)構(gòu)c)前部蒙皮并連接剪切腹板的玻璃纖維結(jié)構(gòu)d)在芯軸上以橫向絲帶纏繞的盒形梁玻璃纖維結(jié)構(gòu)第二節(jié)風力機的結(jié)構(gòu)圖2-6定槳距葉片第二節(jié)風力機的結(jié)構(gòu)圖2-7螺紋件預(yù)埋式葉柄圖2-8鉆孔

14、組裝式葉柄第二節(jié)風力機的結(jié)構(gòu)圖2-9兩葉片和三葉片風力機曲線比較第二節(jié)風力機的結(jié)構(gòu)四、輪轂1.固定式輪轂圖2-10固定式輪轂a) 球形b)三圓柱形第二節(jié)風力機的結(jié)構(gòu)2.鉸鏈式輪轂圖2-11鉸鏈式輪轂a)揮向b)揮向與擺向第三節(jié)葉片的空氣動力特性一、葉片的基本幾何定義(1)葉尖水平軸和斜軸風力機的葉片上距離風輪回轉(zhuǎn)軸線的最遠點。(2)葉片投影面積葉片在風輪掃掠面上的投影的面積。(3)葉片翼型翼型也叫葉片剖面，它是指用垂直于葉片長度方向的平面去截葉片而得到的截面形狀。圖2-12葉片翼型的幾何特征第三節(jié)葉片的空氣動力特性1)中弧線：翼型表面內(nèi)切圓圓心光滑連接起來的曲線(圖2-12中的虛線)。2)前緣

15、：翼型中弧線的最前點(A點)。3)后緣：翼型中弧線的最后點(B點)。4)幾何弦：連接前緣與后緣的直線。5)平均幾何弦長：葉片投影面積與葉片長度的比值。6)氣動弦線：通過后緣的直線，如果合成氣流方向與其平行則升力為零。7)厚度：幾何弦上各點垂直于幾何弦的直線被翼型周線所截取的長度，用表示。8)相對厚度：厚度的最大值與幾何弦長的比值(=max/c)。9)彎度：中弧線到幾何弦的距離。第三節(jié)葉片的空氣動力特性(4)葉片安裝角葉根確定位置處翼型幾何弦與葉片旋轉(zhuǎn)平面的夾角。(5)葉片扭角葉片尖部幾何弦與根部幾何弦夾角的絕對值，如圖2-13所示。圖2-13葉片扭角第三節(jié)葉片的空氣動力特性(6)葉片幾何攻角翼

16、型上合成氣流方向與翼型幾何弦的夾角，簡稱攻角，用表示。二、作用在葉片上的空氣動力圖2-14作用于翼型上的空氣動力a) 翼型與大氣的相對運動b) 空氣動力第三節(jié)葉片的空氣動力特性圖2-15、與的關(guān)系第三節(jié)葉片的空氣動力特性圖2-16葉片的失速a) 小攻角b)大攻角(失速)第三節(jié)葉片的空氣動力特性圖2-17與的關(guān)系第四節(jié)風輪的空氣動力特性一、風輪的幾何定義與參數(shù)圖2-18風輪的幾何定義1)風輪直徑：葉尖旋轉(zhuǎn)圓的直徑，用D表示。第四節(jié)風輪的空氣動力特性2)風輪掃掠面積：風輪旋轉(zhuǎn)時，葉片的回轉(zhuǎn)面積。3)風輪偏角：風輪軸線與氣流方向的夾角在水平面的投影。4)風輪額定轉(zhuǎn)速：輸出額定功率時,風輪的轉(zhuǎn)速。5)

17、風輪最高轉(zhuǎn)速：風力機處于正常狀態(tài)下(空載或負載)，風輪允許的最大轉(zhuǎn)速值。圖2-19錐角與仰角第四節(jié)風輪的空氣動力特性6)風輪實度：風輪葉片投影面積的總和與風輪掃掠面積的比值。7)葉尖速比：葉尖切向速度與風輪前的風速之比，用表示。8)槳距角：在指定的徑向位置葉片幾何弦線與風輪旋轉(zhuǎn)面間的夾角。9)風輪錐角：風輪錐角是葉片與旋轉(zhuǎn)軸垂直平面的夾角。10)風輪仰角：風輪仰角是風輪旋轉(zhuǎn)軸與水平面的夾角。二、作用在風輪上的空氣動力圖2-20葉素掃出的圓環(huán)第四節(jié)風輪的空氣動力特性圖2-21葉素上的速度和作用力a)速度b)作用力第三章發(fā) 電 系 統(tǒng)第一節(jié)發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成第二節(jié)變流器第三節(jié)異步發(fā)電機及其并網(wǎng)第四節(jié)同

18、步發(fā)電機及其并網(wǎng)第五節(jié)雙饋異步發(fā)電機發(fā)電系統(tǒng)第六節(jié)永磁同步發(fā)電機發(fā)電系統(tǒng)第一節(jié)發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成一、發(fā)電系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖3-1雙饋發(fā)電機發(fā)電系統(tǒng)簡圖第一節(jié)發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成二、變壓器1. 變壓器的工作原理圖3-2變壓器工作原理2. 變壓器的分類及結(jié)構(gòu)第一節(jié)發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成圖3-3變壓器的構(gòu)造a)心式b)殼式第一節(jié)發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成圖3-4干式變壓器第一節(jié)發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成三、開關(guān)電器1. 開關(guān)電器的分類1)低壓刀開關(guān)、接觸器、高壓負荷開關(guān)等開關(guān)電器用于在正常工作情況下開斷或閉合正常工作電流。2)熔斷器，用于開斷過負荷電流或短路電流。3)高壓隔離開關(guān)，只用于檢修時隔離電源。4)自動分斷器，用于在預(yù)定的記憶時間內(nèi)根

19、據(jù)選定的計數(shù)次數(shù)在無電流的瞬間自動分斷故障電路。5)高壓斷路器、低壓空氣斷路器等開關(guān)電器，既用于開斷或閉合正常工作電流，也用于開斷或閉合過負荷電流或短路電流。2.真空斷路器第一節(jié)發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成圖3-5玻璃外殼真空滅弧室的結(jié)構(gòu)1動觸桿2波紋管3外殼4動觸頭5屏蔽罩6靜觸頭(1)真空滅弧室真空滅弧室是真空斷路器的核心部分，外殼大多采用玻璃和陶瓷材料，如圖3-5所示。第一節(jié)發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成圖3-6螺旋式葉片觸頭a)縱向剖面圖b)動觸頭頂視圖c)電流線與磁場第一節(jié)發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成(2)斷路器的結(jié)構(gòu)圖3-7為ZN28-10型真空斷路器的結(jié)構(gòu)圖。圖3-7ZN28-10型真空斷路器結(jié)構(gòu)圖1操動機構(gòu)2分閘彈簧3油

20、緩沖器4框架5觸頭彈簧6操作絕緣子7上支架8真空滅弧室9絕緣桿10下支架11絕緣子12輪13面板14計數(shù)器第一節(jié)發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成3.交流接觸器圖3-8交流接觸器的主要結(jié)構(gòu)圖第一節(jié)發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成4. 熔斷器圖3-9熔斷器a)管式熔斷器b)插式熔斷器c)螺旋式熔斷器第一節(jié)發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成四、繼電器1.熱繼電器圖3-10熱繼電器的原理圖1熱元件2雙金屬片3扣板4彈簧5常閉觸頭6復(fù)位按鈕第一節(jié)發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成2.中間繼電器五、母線與電纜1. 母線(1)母線材料1)銅母線：具有電阻率低、機械強度高、抗腐蝕性強等特點，是很好的導(dǎo)電材料。2)鋁母線：鋁的電阻率稍高于銅，但儲量多，重量輕，加工方便，且價格便宜。3)

21、鋼母線：鋼的電阻率比銅大7倍多，用于交流時，有很強的趨膚效應(yīng)。(2)母線的截面形狀第一節(jié)發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成圖3-11槽形母線及其焊接片第一節(jié)發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成2. 電力電纜1)電力電纜的種類：電力電纜種類很多。按電壓的高低可分為高壓電纜和低壓電纜。按使用環(huán)境可分為直埋、穿管、河底、礦井、船用、空氣中、高海拔、潮熱區(qū)、大高差等。按線芯數(shù)分為單芯、雙芯、三芯和四芯等。按結(jié)構(gòu)特征可分為統(tǒng)包型、分相型、鋼管型、扁平型、自容型等。按絕緣材料可分為油浸紙絕緣、塑料絕緣和橡膠絕緣以及交聯(lián)聚乙烯絕緣等。此外還有低溫電纜和超導(dǎo)電纜等。2)電力電纜的結(jié)構(gòu)特點：現(xiàn)將幾種常用的電力電纜的主要特點分述如下：第一節(jié)發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成

22、油紙絕緣電纜：a.粘性浸漬紙絕緣電纜：成本低；工作壽命長；結(jié)構(gòu)簡單，制造方便；絕緣材料來源充足；易于安裝和維護；油易淌流，不宜作高落差敷設(shè)；允許工作場強較低。b.不滴流浸漬紙絕緣電纜：浸漬劑在工作溫度下不滴流，適宜高落差敷設(shè)；工作壽命較粘性浸漬紙電纜更長；有較高的絕緣穩(wěn)定性；成本較粘性浸漬紙絕緣電纜稍高。塑料絕緣電纜：a.聚氯乙烯絕緣電纜：安裝工藝簡單；聚氯乙烯化學穩(wěn)定性高，具有非燃性，材料來源充足；能適應(yīng)高落差敷設(shè)；敷設(shè)維護簡單方便；聚氯乙烯電氣性能低于聚乙烯；工作溫度高低對其力學性能有明顯的影響。b.聚乙烯絕緣電纜：有優(yōu)良的介電性能，但抗電暈、游離放電性能差；工藝性能好，易于加工，耐熱性差

23、，受熱易變形，易延燃，易發(fā)生應(yīng)力龜裂。第一節(jié)發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜：容許溫升較高，故電纜的允許載流量較大；有優(yōu)良的介電性能，但抗電暈、游離放電性能差；耐熱性能好；適宜于高落差和垂直敷設(shè)；接頭工藝雖較嚴格，但對技工的工藝技術(shù)水平要求不高，因此便于推廣。橡膠絕緣電纜：柔軟性好，易彎曲，橡膠在很大的溫差范圍內(nèi)具有彈性，適宜作多次拆裝的線路；耐寒性能較好；有較好的電氣性能、力學性能和化學穩(wěn)定性；對氣體、潮氣、水的滲透性較好；耐電暈、耐臭氧、耐熱、耐油的性能較差；只能作低壓電纜使用。3)電力電纜的基本結(jié)構(gòu)：電纜的基本結(jié)構(gòu)由線芯、絕緣層和保護層三部分組成。第一節(jié)發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成圖3-12交聯(lián)聚乙烯

24、絕緣聚氯乙烯護套電力電纜1導(dǎo)體2內(nèi)半導(dǎo)體屏蔽3交聯(lián)聚乙烯絕緣4外半導(dǎo)體屏蔽5鋼帶屏蔽6填充7包帶8聚氯乙烯外護套第二節(jié)變流器一、電力電子器件1.電力電子器件的概念和特征2.電力電子器件的分類(1)按可控性分類根據(jù)驅(qū)動(觸發(fā))電路輸出的控制信號對器件的控制程度，可將電力電子器件分為不控型、半控型和全控型三種器件。1)不控型器件：不能用控制信號控制其導(dǎo)通和關(guān)斷的電力電子器件。2)半控型器件：可以通過控制極(門極)控制器件導(dǎo)通，但不能控制其關(guān)斷的電力電子器件。3)全控型器件：既可以通過器件的控制極(門極)控制其導(dǎo)通，又可控制其關(guān)斷的器件。第二節(jié)變流器(2)按驅(qū)動信號類型分類根據(jù)電力電子器件控制極對驅(qū)

25、動信號的不同要求，可將電力電子器件分為電流驅(qū)動型和電壓驅(qū)動型兩種。1)電流驅(qū)動型：通過對控制極注入或流出電流，實現(xiàn)其開通或關(guān)斷的電力電子器件稱為電流驅(qū)動型器件，如晶閘管、GTR、GTO晶閘管等。2)電壓驅(qū)動型：通過對控制極和另一主電極之間施加控制電壓信號，實現(xiàn)其開通或關(guān)斷的電力電子器件稱為電壓驅(qū)動型器件，如電力MOSFET、IGBT等。3. 不可控器件電力二極管(見圖3-13)第二節(jié)變流器圖3-13整流二極管及模塊第二節(jié)變流器圖3-14電力二極管電路圖形符號及伏安(V-A)特性第二節(jié)變流器4. 半控型器件晶閘管(見圖3-15圖3-17)圖3-15螺栓型晶閘管第二節(jié)變流器圖3-16晶閘管模塊第二

26、節(jié)變流器圖3-17平板型晶閘管的外形及結(jié)構(gòu)第二節(jié)變流器圖3-18晶閘管電路圖形符號及伏安(V-A)特性第二節(jié)變流器1)電流觸發(fā)特性：當晶閘管A-K極間承受正向電壓時，如果G-K極間流過正向觸發(fā)電流IG，就會使晶閘管導(dǎo)通。2)單向?qū)щ娞匦裕壕чl管與電力二極管一樣具有方向阻斷特性，當承受反向電壓時，此時無論門極有無觸發(fā)電流，晶閘管都不會導(dǎo)通。3)半控型特征：晶閘管一旦導(dǎo)通，門極就會失去作用；此時，不論門極電流是否存在、觸發(fā)電流極性如何，晶閘管都維持導(dǎo)通。5.電力場效應(yīng)晶體管電力MOSFET(見圖3-19)圖3-19電力MOSFET第二節(jié)變流器圖3-20電力MOSFET元胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)和電路圖形符號a)

27、 內(nèi)部結(jié)構(gòu)b) 電路圖形符號第二節(jié)變流器圖3-21電力MOSFET的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性a) 轉(zhuǎn)移特性b)輸出特性第二節(jié)變流器6. 絕緣柵型雙極性晶體管IGBT(見圖3-22)圖3-22IGBT單管及模塊第二節(jié)變流器圖3-23IGBT電路圖形符號及靜態(tài)特性a) 電路圖形符號b) 轉(zhuǎn)移特性c) 輸出特性第二節(jié)變流器二、AC-DC變換電路1.二極管整流器不控整流表3-1常用二極管整流器的主要形式第二節(jié)變流器2. 晶閘管整流器相控整流表3-2常用晶閘管整流器的主要形式第二節(jié)變流器3.PWM整流器斬波整流圖3-24單向半橋整流器第二節(jié)變流器圖3-25單向全橋整流器第二節(jié)變流器圖3-26三相電壓型PWM整

28、流器第二節(jié)變流器圖3-27三相電流型PWM整流器第二節(jié)變流器表3-3單管不隔離式DC-DC變換器的電路形式及電路特點三、DC-DC變換電路第二節(jié)變流器表3-3單管不隔離式DC-DC變換器的電路形式及電路特點第二節(jié)變流器四、DC-AC變換電路1. 常用的DC-AC逆變器第二節(jié)變流器表3-4常用DC-AC逆變器的基本類型第二節(jié)變流器2. DC-AC逆變器的分類(1)電壓型逆變器電壓型逆變器的直流輸入端并接有大電容儲能元件，逆變橋輸出到負載兩端的電壓為方波，其幅值為電容電壓。(2)電流型逆變器電流型逆變器直流輸入串接大電感儲能元件，逆變器由電感穩(wěn)流提供恒電流，逆變橋輸出到負載的電流為方波，其幅值為電

29、感電流。(3) 單相半橋逆變器單相半橋逆變器有兩個橋臂，其中一個橋臂由開關(guān)器件和反并聯(lián)二極管組成，另一個橋臂由兩個參數(shù)相同的大容量電容組成，負載連接在兩個橋臂的中點。(4)單相全橋逆變器單相全橋逆變器有兩個橋臂，每個橋臂由開關(guān)器件和反并聯(lián)二極管組成，負載連接在兩個橋臂的中點。第二節(jié)變流器(5)三相橋式逆變器在三相逆變電路中，應(yīng)用最廣泛的是三相橋式逆變器，常用180換流導(dǎo)電型。五、AC-AC變換電路第二節(jié)變流器表3-5常用AC-AC交流電壓控制器第二節(jié)變流器六、風力發(fā)電機組變流器的應(yīng)用技術(shù)1.正弦脈寬調(diào)制技術(shù)2. 大功率變流技術(shù)1)采用器件串聯(lián)技術(shù)來提高電壓等級；2)采用器件并聯(lián)技術(shù)來提高逆變器

30、的輸出電流；3)采用模塊并聯(lián)技術(shù)。3.多重化技術(shù)4.低電壓穿越技術(shù)5.計算機軟件控制技術(shù)第三節(jié)異步發(fā)電機及其并網(wǎng)一、結(jié)構(gòu)圖3-28籠型異步發(fā)電機剖面第三節(jié)異步發(fā)電機及其并網(wǎng)圖3-29三相繞線轉(zhuǎn)子異步發(fā)電機繞組接線第三節(jié)異步發(fā)電機及其并網(wǎng)二、工作原理三、并網(wǎng)方式1.直接并網(wǎng)圖3-30風力異步發(fā)電機直接并網(wǎng)2.降壓并網(wǎng)3.晶閘管軟并網(wǎng)第三節(jié)異步發(fā)電機及其并網(wǎng)圖3-31風力異步發(fā)電機經(jīng)晶閘管軟并網(wǎng)第三節(jié)異步發(fā)電機及其并網(wǎng)四、并網(wǎng)運行時的功率輸出及無功功率補償1.并網(wǎng)運行時的功率輸出圖3-32并網(wǎng)異步發(fā)電機的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性曲線第三節(jié)異步發(fā)電機及其并網(wǎng)2.并網(wǎng)運行時無功功率補償五、變速恒頻技術(shù)圖3-33

31、籠型異步發(fā)電機變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)第四節(jié)同步發(fā)電機及其并網(wǎng)一、結(jié)構(gòu)圖3-34同步發(fā)電機結(jié)構(gòu)第四節(jié)同步發(fā)電機及其并網(wǎng)圖3-35同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)a)隱極式b)凸極式第四節(jié)同步發(fā)電機及其并網(wǎng)二、工作原理三、并網(wǎng)條件和方式1.并網(wǎng)條件圖3-36風力同步發(fā)電機與電網(wǎng)并聯(lián)運行的電路2.并網(wǎng)方式第四節(jié)同步發(fā)電機及其并網(wǎng)(1)自動準同步并網(wǎng)滿足上述理想并聯(lián)條件的并網(wǎng)方式稱為準同步并網(wǎng)，在這種并網(wǎng)方式下，并網(wǎng)瞬間不會產(chǎn)生沖擊電流，電網(wǎng)電壓不會下降，也不會對定子繞組和其他機械部件造成沖擊。(2)自同步并網(wǎng)自動準同步并網(wǎng)的優(yōu)點是合閘時沒有明顯的電流沖擊，缺點是控制與操作復(fù)雜、費時。四、轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性圖3-37并網(wǎng)

32、同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性第四節(jié)同步發(fā)電機及其并網(wǎng)五、功率調(diào)節(jié)和補償1.有功功率的調(diào)節(jié)圖3-38同步發(fā)電機的功角特性a) 凸極機b) 隱極機2.無功功率的補償?shù)谒墓?jié)同步發(fā)電機及其并網(wǎng)圖3-39同步發(fā)電機V形曲線六、變速恒頻技術(shù)第四節(jié)同步發(fā)電機及其并網(wǎng)圖3-40同步發(fā)電機的變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)第五節(jié)雙饋異步發(fā)電機發(fā)電系統(tǒng)一、 結(jié)構(gòu)圖3-41雙饋異步發(fā)電機a)外形b)發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)二、工作原理1.基本方程式、等效電路和相量圖第五節(jié)雙饋異步發(fā)電機發(fā)電系統(tǒng)1)忽略定、轉(zhuǎn)子電流諧波和定、轉(zhuǎn)子空間磁動勢諧波分量；2)忽略發(fā)電機鐵心磁滯、渦流損耗及磁路飽和的影響；3)轉(zhuǎn)子勵磁電源能提供滿足要求的轉(zhuǎn)子電流，不計

33、其電阻和損耗；4)發(fā)電機定子接于無窮大電網(wǎng)。圖3-42雙饋發(fā)電機等效電路圖第五節(jié)雙饋異步發(fā)電機發(fā)電系統(tǒng)圖3-43雙饋發(fā)電機相量圖第五節(jié)雙饋異步發(fā)電機發(fā)電系統(tǒng)圖3-44等效疊加電路圖3.能量流動平衡關(guān)系1)轉(zhuǎn)子運行在亞同步速的電動狀態(tài)(1s0)。2)轉(zhuǎn)子運行于亞同步速的定子回饋制動狀態(tài)(1s0)。2.定、轉(zhuǎn)子電流計算第五節(jié)雙饋異步發(fā)電機發(fā)電系統(tǒng)圖3-45拆分后等效電路圖第五節(jié)雙饋異步發(fā)電機發(fā)電系統(tǒng)圖3-46雙饋電機不同運行狀態(tài)下的能流關(guān)系第五節(jié)雙饋異步發(fā)電機發(fā)電系統(tǒng)3)轉(zhuǎn)子運行于與超同步速的電動狀態(tài)(s0)。4)轉(zhuǎn)子運行于超同步速的定子回饋制動狀態(tài)(sv25m/s)。3)機組：機組本身至少應(yīng)具備

34、以下條件：發(fā)電機溫度、增速箱油溫度應(yīng)在設(shè)定值范圍以內(nèi)；液壓系統(tǒng)所有部位的壓力都在設(shè)定值；液壓油位和齒輪潤滑油位正常；制動器摩擦片正常；扭纜開關(guān)復(fù)位；控制系統(tǒng)DC24V、AC24V、DC5V、DC15V電源正常；非正常關(guān)機后顯示的所有故障均已排除；維護開關(guān)在運行位置。4.風輪對風5.制動解除第二節(jié)定槳距-雙速發(fā)電機機組6.風力發(fā)電機組并網(wǎng)與脫網(wǎng)(1)大小發(fā)電機的軟并網(wǎng)程序1)發(fā)電機轉(zhuǎn)速已達到預(yù)置的切入點，該點的設(shè)定應(yīng)低于發(fā)電機同步轉(zhuǎn)速。2)連接在發(fā)電機與電網(wǎng)之間的開關(guān)器件晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通(這時旁路接觸器處于斷開狀態(tài))，導(dǎo)通角隨發(fā)電機轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速的接近而增大，隨著導(dǎo)通角的增大，發(fā)電機旋轉(zhuǎn)的加速度

35、減小。3)當發(fā)電機達到同步轉(zhuǎn)速時，晶閘管導(dǎo)通角完全打開，轉(zhuǎn)速超過同步轉(zhuǎn)速進入發(fā)電狀態(tài)。4)進入發(fā)電狀態(tài)后，晶閘管導(dǎo)通角繼續(xù)完全導(dǎo)通，但這時絕大部分的電流是通過旁路接觸器輸送給電網(wǎng)的，因為它比晶閘管電路的電阻小得多。第二節(jié)定槳距-雙速發(fā)電機機組(2)從小發(fā)電機向大發(fā)電機的切換小發(fā)電機為6極繞組，同步速為1000r/min，大發(fā)電機為4極繞組，同步轉(zhuǎn)速1500r/min。(3)大發(fā)電機向小發(fā)電機的切換當發(fā)電機功率持續(xù)10min內(nèi)低于預(yù)置值Pc時，或10min內(nèi)平均功率低于預(yù)置值Pd時，將執(zhí)行大發(fā)電機向小發(fā)電機的切換。(4)電動機起動電動機起動是指風力發(fā)電機組在靜止狀態(tài)時，把發(fā)電機用作電動機將機組起

36、動到額定轉(zhuǎn)速并并入電網(wǎng)。三、雙速發(fā)電機機組控制系統(tǒng)1.控制系統(tǒng)的組成第二節(jié)定槳距-雙速發(fā)電機機組圖7-8控制系統(tǒng)的組成第二節(jié)定槳距-雙速發(fā)電機機組圖7-9系統(tǒng)控制流程圖2.控制系統(tǒng)工作原理第二節(jié)定槳距-雙速發(fā)電機機組四、參數(shù)監(jiān)測和處理1.電力參數(shù)監(jiān)測(1)電壓測量主要檢測以下故障電網(wǎng)沖擊：相電壓超過450V，0.2s；過電壓：相電壓超過433V，50s；低電壓：相電壓低于329V，50s；電網(wǎng)電壓跌落：相電壓低于260V，0.1s；相序故障。(2)電流測量主要檢測以下故障電流跌落，0.1s內(nèi)一相電流跌落80%；三相不對稱，三相中有一相電流與其他兩相相差過大，相電流相差25%，或在平均電流低于5

37、0A時，相電流相差50%；晶閘管故障，軟起動期間，某相電流大于額定電流或者觸發(fā)脈沖發(fā)出后電流連續(xù)0.1s為零。(3)持續(xù)測量電網(wǎng)頻率測量值經(jīng)平均值算法處理與電網(wǎng)上、下限頻率進行比較，超出時風力發(fā)電機組退出電網(wǎng)。第二節(jié)定槳距-雙速發(fā)電機機組(4)功率因數(shù)的測量功率因數(shù)通過分別測量電壓相角和電流相角獲得，經(jīng)過移相補償算法和平均值算法處理后，用于統(tǒng)計發(fā)電機有功功率和無功功率。(5)功率監(jiān)測功率可通過測得的電壓、電流、功率因數(shù)計算得出，用于統(tǒng)計風力發(fā)電機組的發(fā)電量。1)功率過低：如果發(fā)電機功率持續(xù)(一般設(shè)置3060s)出現(xiàn)逆功率，其值小于預(yù)置值Ps，風力發(fā)電機組將退出電網(wǎng)，處于待機狀態(tài)。2)功率過高：

38、一般說來，功率過高現(xiàn)象由兩種情況引起：一是由于電網(wǎng)頻率波動引起的。2.風力參數(shù)監(jiān)測(1)風速監(jiān)測風速通過機艙外的數(shù)字式風速儀測得。第二節(jié)定槳距-雙速發(fā)電機機組1)風速高于25m/s持續(xù)10min。2)風速高于33m/s，持續(xù)2s，正常關(guān)機。3)風速高于50m/s，持續(xù)2s，緊急關(guān)機，側(cè)風90。(2)風向監(jiān)測風向標安裝在機艙頂部兩側(cè)，主要測量風向與機艙中心線的偏差角。3.機組狀態(tài)參數(shù)檢測(1)轉(zhuǎn)速檢測風力發(fā)電機組轉(zhuǎn)速的測量點有兩個：即發(fā)電機轉(zhuǎn)速和風輪轉(zhuǎn)速。(2)溫度檢測有8個點的溫度被測量，用于反映風力發(fā)電機組系統(tǒng)的工作狀況。(3)機艙振動檢測為了檢測機組的異常振動，在機艙上應(yīng)安裝振動傳感器。第

39、二節(jié)定槳距-雙速發(fā)電機機組(4)電纜扭轉(zhuǎn)檢測由于發(fā)電機電纜及所有電氣、通信電纜均從機艙直接引入塔筒，直到地面控制柜。(5)機械制動狀況在機械制動系統(tǒng)中裝有摩擦片磨損指示器，如果摩擦片磨損到一定程度，控制器將顯示故障信號，這時必須更換摩擦片后才能起動風力發(fā)電機組。(6)油位檢測風力發(fā)電機組的油位包括潤滑油位、液壓系統(tǒng)油位。(7)各種反饋信號的檢測控制器在以下指令發(fā)出后的設(shè)定時間內(nèi)應(yīng)收到動作已執(zhí)行的反饋信號：回收葉尖擾流器；松開主傳動制動；松開偏航制動；發(fā)電機脫網(wǎng)及脫網(wǎng)后的轉(zhuǎn)速降落信號。第三節(jié)變槳距-優(yōu)化轉(zhuǎn)差機組一、機組的控制特性1.輸出功率特性圖7-10變槳距調(diào)節(jié)a)小風速b)大風速第三節(jié)變槳距

40、-優(yōu)化轉(zhuǎn)差機組圖7-11功率曲線比較第三節(jié)變槳距-優(yōu)化轉(zhuǎn)差機組2.在額定點具有較高的風能利用系數(shù)3.確保高風速段的額定功率4.起動性能與制動性能二、運行狀態(tài)圖7-12不同槳距角時的葉片截面第三節(jié)變槳距-優(yōu)化轉(zhuǎn)差機組1.起動狀態(tài)2.欠功率狀態(tài)3.額定功率狀態(tài)圖7-13變槳距風力發(fā)電機組的控制框圖第三節(jié)變槳距-優(yōu)化轉(zhuǎn)差機組圖7-14帶轉(zhuǎn)差率控制的變槳距系統(tǒng)三、帶調(diào)整發(fā)電機轉(zhuǎn)差率的變槳距系統(tǒng)第三節(jié)變槳距-優(yōu)化轉(zhuǎn)差機組圖7-15速度控制系統(tǒng)A第三節(jié)變槳距-優(yōu)化轉(zhuǎn)差機組圖7-16速度控制系統(tǒng)B第三節(jié)變槳距-優(yōu)化轉(zhuǎn)差機組圖7-17功率控制系統(tǒng)四、發(fā)電機轉(zhuǎn)子電流控制技術(shù)1.應(yīng)用RCC的功率控制系統(tǒng)第三節(jié)變槳

41、距-優(yōu)化轉(zhuǎn)差機組圖7-18功率參考曲線第三節(jié)變槳距-優(yōu)化轉(zhuǎn)差機組圖7-19轉(zhuǎn)子電流控制系統(tǒng)3.轉(zhuǎn)子電流控制器的結(jié)構(gòu)2.轉(zhuǎn)子電流控制器原理第三節(jié)變槳距-優(yōu)化轉(zhuǎn)差機組圖7-20發(fā)電機運行特性曲線的變化第三節(jié)變槳距-優(yōu)化轉(zhuǎn)差機組圖7-21可變轉(zhuǎn)差率發(fā)電機結(jié)構(gòu)第三節(jié)變槳距-優(yōu)化轉(zhuǎn)差機組圖7-22轉(zhuǎn)子電流控制器電氣原理第三節(jié)變槳距-優(yōu)化轉(zhuǎn)差機組圖7-23額定風速以上運行時槳距角、轉(zhuǎn)速與功率曲線4.采用轉(zhuǎn)子電流控制器的功率調(diào)節(jié)第四節(jié)變速恒頻機組圖7-24變槳距變速恒頻風力發(fā)電機組的基本結(jié)構(gòu)第四節(jié)變速恒頻機組圖7-25風力發(fā)電機組的功率曲線第四節(jié)變速恒頻機組圖7-26風力機性能曲線一、最佳風能利用系數(shù)第四節(jié)

42、變速恒頻機組圖7-27槳距角不變時風力機性能曲線第四節(jié)變速恒頻機組1)功率限制：所有電路及電力電子器件受功率限制；2)轉(zhuǎn)速限制：所有旋轉(zhuǎn)部件的機械強度受轉(zhuǎn)速限制。二、風力機的轉(zhuǎn)矩-速度特性圖7-28不同風速下的轉(zhuǎn)矩-速度特性第四節(jié)變速恒頻機組三、運行狀態(tài)圖7-29風力發(fā)電機組的等值線圖第四節(jié)變速恒頻機組四、總體控制方式圖7-30三個區(qū)域的值變化情況a) 恒定區(qū)b) 轉(zhuǎn)速恒定區(qū)c) 功率恒定區(qū)1. CP恒定區(qū)第四節(jié)變速恒頻機組圖7-31轉(zhuǎn)速變化時不同風速下風力發(fā)電機組功率與目標功率的關(guān)系第四節(jié)變速恒頻機組圖7-32轉(zhuǎn)速恒定區(qū)的實現(xiàn)2.轉(zhuǎn)速恒定區(qū)第四節(jié)變速恒頻機組3.功率恒定區(qū)圖7-33恒定功率的

43、實現(xiàn)第八章支 撐 體 系第一節(jié)機 艙 殼 體第二節(jié)塔架第三節(jié)基礎(chǔ)第四節(jié)接地與避雷第一節(jié)機 艙 殼 體一、機艙底盤圖8-1機艙底盤第一節(jié)機 艙 殼 體圖8-2前機艙底盤第一節(jié)機 艙 殼 體圖8-3機艙罩二、機艙罩第一節(jié)機 艙 殼 體圖8-4整流罩三、整流罩第二節(jié)塔架圖8-5拉索式塔架一、塔架的分類1.拉索式塔架2.桁架式塔架圖8-6桁架式塔架第二節(jié)塔架3.錐筒式塔架1)鋼制塔架：采用強度和塑性較好的多段鋼板進行滾壓，對接焊成截錐式筒體，兩端與法蘭盤焊接而構(gòu)成截錐塔筒。圖8-7鋼混組合塔架第二節(jié)塔架2)鋼混組合塔架：這種錐筒塔架是分段采用鋼制與鋼筋混凝土制造的兩種塔筒組合，其主要構(gòu)造特點：錐筒塔架

44、分為上、下兩段，其上段為鋼制塔架，下段則為鋼筋混凝土塔架。3)鋼筒夾混塔架：這種錐筒塔架采用雙層同心的鋼筒，在鋼筒間填充混凝土制造而成，塔筒橫截面組合的示意如圖所示。圖8-8鋼筒夾混塔架橫截面第二節(jié)塔架二、塔架結(jié)構(gòu)1.塔筒圖8-9塔筒a)內(nèi)部結(jié)構(gòu)b)連接方式第二節(jié)塔架圖8-10塔筒高度第二節(jié)塔架圖8-11平臺2.平臺第二節(jié)塔架圖8-12機艙拉入塔架的電纜3.電纜及其固定第二節(jié)塔架圖8-13外梯a) 直梯b)螺旋梯4.內(nèi)梯與外梯第二節(jié)塔架三、塔架的固有頻率圖8-14塔架的固有頻率第二節(jié)塔架圖8-15葉片、機艙和塔架的受力與運動a) 受力b) 運動四、塔架-風輪系統(tǒng)振動模態(tài)第二節(jié)塔架圖8-16葉片

45、和塔架的振型第二節(jié)塔架圖8-17頻率分布圖第二節(jié)塔架圖8-18葉片振動測試第二節(jié)塔架圖8-19升降梯五、搬運及安全設(shè)備1.升降梯第二節(jié)塔架2.起重機圖8-205MW機組配置的起重機第二節(jié)塔架圖8-21小型起重設(shè)備第二節(jié)塔架圖8-22安全設(shè)備3.安全設(shè)備第三節(jié)基礎(chǔ)一、陸上風力發(fā)電機組的基礎(chǔ)1.厚板塊基礎(chǔ)圖8-23厚板塊基礎(chǔ)a)平面板塊基礎(chǔ)b)平放基座基礎(chǔ)c)嵌入式塔架和傾斜板塊基礎(chǔ)d)巖石床打錨基礎(chǔ)第三節(jié)基礎(chǔ)2.多樁基礎(chǔ)圖8-24多樁與單樁基礎(chǔ)a) 樁基群與樁帽基礎(chǔ)b)實體單樁基礎(chǔ)c)中空單樁基礎(chǔ)第三節(jié)基礎(chǔ)3.混凝土單樁基礎(chǔ)圖8-25單樁固定結(jié)構(gòu)第三節(jié)基礎(chǔ)二、海上風力發(fā)電機組的基礎(chǔ)圖8-26三角

46、架固定結(jié)構(gòu)第三節(jié)基礎(chǔ)1.單樁固定式圖8-27混凝土重力固定結(jié)構(gòu)第三節(jié)基礎(chǔ)2.三角架固定式3.混凝土重力固定式4.鋼制重力固定式5.浮置式圖8-28鋼質(zhì)重力固定結(jié)構(gòu)第三節(jié)基礎(chǔ)圖8-29浮置式固定結(jié)構(gòu)第四節(jié)接地與避雷一、電氣接地保護圖8-30發(fā)電機與機艙底盤的等電位連接第四節(jié)接地與避雷圖8-31塔筒每兩段之間的專用跨接導(dǎo)體第四節(jié)接地與避雷8Z32.TIF第四節(jié)接地與避雷圖8-33避雷系統(tǒng)示意圖二、避雷系統(tǒng)1.風輪葉尖和風速傳感器的保護第四節(jié)接地與避雷圖8-34防雷電刷第四節(jié)接地與避雷圖8-35共同接地體的布局2.機艙的保護第四節(jié)接地與避雷3.電氣設(shè)備的保護1)電源系統(tǒng)的保護：如果采用690V/40

47、0V的風力發(fā)電機供電線路，為防止沿低壓電源侵入的浪涌過電壓損壞用電設(shè)備，供電回路應(yīng)采用TN-S供電方式，保護線PE與電源中性線N分離。圖8-36供電電源系統(tǒng)的保護第四節(jié)接地與避雷圖8-37電涌保護器a)發(fā)動機輸出端b)數(shù)據(jù)傳輸接口第四節(jié)接地與避雷2)控制柜內(nèi)主控制器的保護：PLC是控制系統(tǒng)的核心，且對電涌的抗擊能力較弱，可在其變壓器輸出端并聯(lián)防雷器。3)測控線路保護：對于機艙外部的風向標、風速儀的線路，可以在塔底柜內(nèi)的變送器前端加裝模擬信號防雷器或開關(guān)信號防雷器進行保護。4)地基防雷接地體：地基接地體由兩個基礎(chǔ)的垂直接地體和一個環(huán)形接地體組成(見圖8-39)，要求工頻接地電阻在410的范圍內(nèi)。

48、圖8-38機組中電涌保護器設(shè)置示意圖第四節(jié)接地與避雷圖8-39塔底避雷布局示意圖第九章風力發(fā)電機組的維護第一節(jié)風力發(fā)電機組的維護概述第二節(jié)風力機的維護第三節(jié)發(fā)電系統(tǒng)的維護第四節(jié)主傳動與制動系統(tǒng)的維護第五節(jié)變槳距、偏航及輔助系統(tǒng)的維護第六節(jié)控制系統(tǒng)的故障與防護第七節(jié)支撐體系的維護第一節(jié)風力發(fā)電機組的維護概述一、維護周期1)風力發(fā)電機組安裝調(diào)試完運行一個月后，需要進行全面維護，包括所有螺栓聯(lián)接的緊固、各個潤滑點的潤滑，以及其他需要檢查的項目。2)最初運行一個月的維護完成后，風力發(fā)電機組的正常維護分為間隔半年維護和間隔一年維護。二、維修所需的常用工具1)各種扳手：液壓扳手、扭力扳手(如：1500Nm

49、、600 Nm 、300 Nm)、敲擊扳手、各種呆扳手、各種梅開棘輪扳手、各種套筒、活動扳手、內(nèi)六角扳手、鉤子扳手、加長桿。2)旋具：旋具套筒、一字螺釘旋具、十字螺釘旋具。3)各種通用和專用油槍。第一節(jié)風力發(fā)電機組的維護概述4)測量用品：數(shù)字式萬用表、卷尺等。5)清潔用品：毛刷、衛(wèi)生紙、抹布、垃圾袋。6)安全用品：安全帶、安全帽、安全靴、絕緣手套、防護眼鏡、保暖衣、止跌扣、加長繩(帶緩沖)等。第二節(jié)風力機的維護一、葉片的維護1.葉片表面砂眼圖9-1葉片表面砂眼第二節(jié)風力機的維護圖9-2葉片表面裂紋2.葉片表面裂紋第二節(jié)風力機的維護圖9-3葉尖的開裂3.葉尖的磨損及開裂第二節(jié)風力機的維護4.鹽霧

50、和污垢對葉片的影響5.雷電對葉片的損壞圖9-4雷電對葉片的損壞第二節(jié)風力機的維護二、 葉片軸承的維護三、輪轂的維護第三節(jié)發(fā)電系統(tǒng)的維護一、發(fā)電機的維護及故障分析1.運行維護(1)年度維護根據(jù)發(fā)電機運行環(huán)境，每年進行一次整體清潔維護；檢查所有緊固件(螺栓、墊圈等)連接是否良好；檢查絕緣電阻是否滿足要求。(2)檢測絕緣電阻第一次起動之前或長時間放置起動前，應(yīng)測量繞組絕緣電阻值(包括繞組對地絕緣電阻和繞組之間的絕緣電阻)。1)電流干燥法：對繞組分別通以合適的低壓直流或交流電源，使繞組溫度不超過75。2)用加熱裝置干燥：用干燥爐、加熱電阻器、熱吹風機或其他裝置進行干燥，如有可能，使用可設(shè)定溫度的加熱裝

51、置。第三節(jié)發(fā)電系統(tǒng)的維護(3)軸承的維護定時定量地向發(fā)電機傳動端軸承和非傳動端軸承加入指定牌號的潤滑脂，加注潤滑脂需要在發(fā)電機運轉(zhuǎn)時進行，加注潤滑脂后，從集油器中排除廢油。(4)電刷的維護每隔3個月進行定期檢查。(5)集電環(huán)的維護每3個月檢查一次。(6)清洗集塵器每年清洗集塵器一次。2.發(fā)電機的故障分析(1)絕緣電阻低造成發(fā)電機繞組絕緣電阻低的可能原因有：電機溫度過高，機械性損傷，潮濕、灰塵、導(dǎo)電微?；蚱渌廴疚镂廴厩治g電機繞組等。第三節(jié)發(fā)電系統(tǒng)的維護(2)振動、噪聲大造成發(fā)電機振動、噪聲大的可能原因有：轉(zhuǎn)子系統(tǒng)(包括與發(fā)電機相聯(lián)的變速箱齒輪、聯(lián)軸器)動不平衡，轉(zhuǎn)子籠條有斷裂、開焊、假焊或縮孔

52、，軸徑不圓，軸彎曲、變形，齒輪箱發(fā)電機系統(tǒng)軸線沒對準，安裝不緊固，基礎(chǔ)不好或有共振，轉(zhuǎn)子與定子相摩擦等。(3)軸承過熱、失效造成發(fā)電機軸承過熱、失效的可能原因有：不合適的潤滑油，潤滑油過多或過少，潤滑油失效，潤滑油不清潔，有異物進入滾道，軸電流電蝕滾道，軸承磨損，軸彎曲、變形。第三節(jié)發(fā)電系統(tǒng)的維護(4)繞組斷路、短路接地造成發(fā)電機繞組斷路、短路接地的可能原因有：繞組機械性拉斷、損傷，連接線焊接不良(包括虛焊、假焊)，電纜絕緣破損，接線頭脫落，匝間短路，潮濕、灰塵、導(dǎo)電微?；蚱渌廴疚镂廴厩治g繞組，長時間過載導(dǎo)致電機過熱，絕緣老化開裂，其他電氣元件的短路、故障引起的過電壓(包括操作過電壓)、過電

53、流而引起繞組局部絕緣損壞、短路，雷擊損壞等。二、變流系統(tǒng)的維護及故障處理1.變流系統(tǒng)的功能測試2.變流系統(tǒng)接線及接地檢查3.對變流系統(tǒng)保護設(shè)定值的檢查4.水冷系統(tǒng)檢查和維護5.水冷系統(tǒng)冷卻水和防凍劑第三節(jié)發(fā)電系統(tǒng)的維護6.水冷系統(tǒng)密封性檢查7.散熱器、過濾器及水冷管路的清洗1)散熱器的清洗：由于長期暴露在機組外部，運行過程中會不斷有灰塵及其他污染物附著在散熱器表面和散熱片之間，從而使熱交換效率降低。2)過濾器的清洗：建議每年對變流器冷卻水過濾器進行一次檢查、清洗。3)管路的清洗：以適當時間間隔對冷卻管路進行清洗(包括變流器內(nèi)的管路)。8.變流器的參數(shù)設(shè)置第三節(jié)發(fā)電系統(tǒng)的維護1)確認發(fā)電機參數(shù)：

54、變流器在參數(shù)中設(shè)定發(fā)電機的功率、電流、電壓、轉(zhuǎn)速、工作頻率，這些參數(shù)可以在發(fā)電機銘牌中直接得到。2)設(shè)定變流器的起動方式：一般變流器在出廠時設(shè)定由面板起動，用戶可以根據(jù)實際情況選擇起動方式，可以用面板、外部端子、通信方式等幾種。3)給定信號的選擇：一般變流器的頻率給定也可以有多種方式，如面板給定、外部電壓或電流給定、通信方式給定等。9.變流器常見故障及處理(1)參數(shù)設(shè)置類故障處理一旦發(fā)生了參數(shù)設(shè)置類故障后，變流器不能正常運行，一般可根據(jù)說明書進行修改參數(shù)。(2)變流器過電壓常見的過電壓有兩種情況。第三節(jié)發(fā)電系統(tǒng)的維護1)輸入交流電源過電壓：這種情況是指輸入電壓超過正常范圍，一般發(fā)生在負載較輕導(dǎo)

55、致電壓升高，或者電路出現(xiàn)故障。2)發(fā)電類過電壓：這種情況出現(xiàn)的概率較大，主要在發(fā)電機的實際轉(zhuǎn)速高于同步轉(zhuǎn)速時發(fā)生。(3)變流器過電流此類故障可能是由于變流器的負載發(fā)生突變、負載分配不均，輸出短路等原因引起的。(4)變流器過載過載故障包括變流器過載和發(fā)電機過載，可能是電網(wǎng)電壓太低、負載過重等原因引起的。(5)變流器欠電壓說明變流器電源輸入部分有問題，須排除故障后才能運行。(6)變流器溫度過高應(yīng)檢查變流器散熱情況及水冷卻系統(tǒng)是否存在問題，設(shè)法排除相應(yīng)故障。第三節(jié)發(fā)電系統(tǒng)的維護三、變壓器的維護四、其他常用電氣部件的維修1.熔斷器的使用與維修(1)熔斷器類型的選擇主要根據(jù)負載的情況和電路短路電流的大小

56、來選擇，對于容量較小的控制電路或電動機的保護，可選用RC系列半封閉式熔斷器或RM系列無填料封閉式熔斷器；對于短路電流相當大的電路，應(yīng)選用RL或RT系列有填料封閉式熔斷器；對于晶閘管及硅元件的保護，應(yīng)選用RS型快速熔斷器。(2)熔體額定電流的確定由于各種電氣設(shè)備都具有一定的過載能力，當過載能力較輕時，可允許較長時間運行，而超過某一過載倍數(shù)時，就要求熔體在一定時間內(nèi)熔斷。第三節(jié)發(fā)電系統(tǒng)的維護1)照明電路電燈：支路熔體額定電流支路上所有電燈的工作電流之和。2)電動機：單臺直接起動電動機的熔體額定電流=(1.52.5)電動機額定電流；多臺直接起動電動機的總?cè)垠w額定電流=(1.52.5)功率最大的電動機

57、額定電流+其余電動機額定電流之和；繞線電動機和直流電動機的熔體額定電流=(1.21.5)電動機額定電流。3)配電變壓器低壓側(cè)：熔體額定電流=(11.2)變壓器低壓側(cè)額定電流。4)電熱設(shè)備：熔體額定電流電熱設(shè)備額定電流。5)補償電容器：單臺時，熔體額定電流=(1.52.5)電容器額定電流；電容器組時，熔體額定電流=(1.31.8)電容器組額定電流。第三節(jié)發(fā)電系統(tǒng)的維護6)快速熔斷器與整流元件串聯(lián)：熔體額定電流1.75整流元件額定電流。(3)選用熔斷器注意事項1) 熔斷器的保護特性應(yīng)與被保護對象的過載特性有良好的配合。2)按電路電壓等級選用相應(yīng)電壓等級的熔斷器，通常熔斷器額定電壓不應(yīng)低于電路額定電

58、壓。3) 根據(jù)配電系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的最大短路電流，選擇具有相應(yīng)分斷能力的熔斷器。4) 在電路中，各級熔斷器應(yīng)相應(yīng)配合，通常要求前一級熔體比后一級熔體的額定電流大23倍，以免發(fā)生超級動作而擴大停電范圍。5)熔體額定電流應(yīng)小于或等于熔斷器的額定電流。第三節(jié)發(fā)電系統(tǒng)的維護(4)熔斷器的檢查與維修1) 檢查熔體的額定電流與負載情況是否相配合。2) 檢查熔體管外觀有無損傷、變形、開裂現(xiàn)象，瓷絕緣部分有無破損或閃絡(luò)放電痕跡。3) 熔體有氧化、腐蝕或破損時，應(yīng)及時更換。4) 檢查熔體管接觸性，有無過熱現(xiàn)象。5) 有熔斷信號指示器的熔斷器，其指示是否保持正常狀態(tài)。6) 熔斷器環(huán)境溫度必須與被保護對象的環(huán)境溫度基

59、本一致，如果相差太大，可能會使保護動作出現(xiàn)誤差，因此，盡量避免安裝在高溫場合，因熔體長期處于高溫下可能老化。7)檢查導(dǎo)電部分有無熔焊、燒損、影響接觸的現(xiàn)象。第三節(jié)發(fā)電系統(tǒng)的維護8)熔斷器上、下觸點處的彈簧是否有足夠的彈性，接觸面是否緊密。9)應(yīng)經(jīng)常清除熔斷器上及夾子上的灰塵和污垢，可用干凈的布擦拭。(5)熔體熔斷的原因1)對于變截面熔體，通常在小截面處熔斷是由于過負載引起，因為小截面處溫度上升較快，熔體由于過負載熔斷，使熔斷部位長度較短。2)變截面熔體的大截面部位也熔化無遺，熔體爆熔或熔斷部位很長，一般是由于短路而引起熔斷。3)熔斷器熔體誤熔斷：熔斷器熔體在短路情況下熔斷是正常的，但有時在額定

60、電流運行狀態(tài)下也會熔斷稱為誤熔斷。第三節(jié)發(fā)電系統(tǒng)的維護4)對于玻璃管密封熔斷器熔體的熔斷，長時間通過近似額定電流時，熔體經(jīng)常在中間部位熔斷，但并不伸長，熔體氣化后附在玻璃管壁上；如有1.6倍左右額定電流反復(fù)通過和斷開時，熔體經(jīng)常在某一端熔斷且伸長；如有23倍額定電流反復(fù)通過和斷開時，熔體在中間部位熔斷并氣化，無附著現(xiàn)象；通電時的沖擊電流會使熔體在金屬帽附近某一端熔斷；若有大電流(短路電流)通過時，熔體幾乎全部熔化。5)對于快速熔斷器熔體的熔斷，過負載時與正常工作時相比所增加的熱量并不很大，而兩端導(dǎo)線與熔體連接處的接觸電阻對溫升的影響較大，熔體上最高溫度在兩端，所以，經(jīng)常在兩端連接處熔斷；短路時