《風(fēng)力發(fā)電原理》課復(fù)習(xí)思考題

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1．性能參數(shù)

風(fēng)能利用系數(shù)，尖速比，升力系數(shù)，阻力系數(shù)，機(jī)械效率，發(fā)電機(jī)效率。

2．貝茨理論的假設(shè)條件，推導(dǎo)過(guò)程，結(jié)論。3．并網(wǎng)型風(fēng)電機(jī)組的主要技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)。

4．定漿距與變漿距風(fēng)電機(jī)組的機(jī)械與電氣系統(tǒng)的區(qū)別。5．風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)的類型主要有幾種？區(qū)別是什么？6．風(fēng)電機(jī)組的并網(wǎng)要求是什么？如何實(shí)現(xiàn)？7．葉輪與發(fā)電機(jī)如何匹配？

8．目前風(fēng)電機(jī)組存在的主要技術(shù)問(wèn)題是什么？9．你對(duì)國(guó)際風(fēng)電技術(shù)發(fā)展有何建議？10．你對(duì)中國(guó)風(fēng)電技術(shù)發(fā)展有何建議？11．你認(rèn)為哪方面風(fēng)電技術(shù)最重要？12．

《風(fēng)力發(fā)電原理》課復(fù)習(xí)思考題

1、性能參數(shù)

風(fēng)能利用系數(shù)，尖速比，升力系數(shù)，阻力系數(shù)，機(jī)械效率，發(fā)電機(jī)效率。

風(fēng)能利用系數(shù)：風(fēng)輪從風(fēng)中吸收部分氣流功率，這個(gè)功率除以一個(gè)和風(fēng)輪同樣大小的

圓盤(pán)上通過(guò)的未擾動(dòng)的空氣的功率，叫做風(fēng)輪的功率因子，即風(fēng)輪的風(fēng)能利用系數(shù)，用CP表示。P?1CPA?V3式中：P--風(fēng)輪輸出功率，W；2CP--風(fēng)能利用系數(shù)；59.3%A--風(fēng)輪掃擦過(guò)的面積，m2；?--空氣密度,kg/m3；

V

--風(fēng)速,m/s。

尖速比:表示風(fēng)力機(jī)性能的數(shù)值稱為T(mén).S.R(TipSpeedRatio),它定義為風(fēng)力機(jī)葉片葉尖速度

和風(fēng)速的比值，稱為葉尖速度比（或高速性能系數(shù)），簡(jiǎn)稱尖速比,表示為：

??式中：

?R2?nRV=

60V

?—旋轉(zhuǎn)角速度，rad/s；

R—葉輪的半徑，m；n—葉輪轉(zhuǎn)速，r/min;V—風(fēng)速，m/s。

升力系數(shù)阻力系數(shù)

翼型所受的力是作用在上下表面的分布力之合力。表面力有兩種，一種是法向力，

即壓力；另一種是切向力，即摩擦阻力。這里定義和遠(yuǎn)前方來(lái)流相垂直的合力為升力，而與遠(yuǎn)方來(lái)流方向相一致的合力為阻力，升力和阻力尋常表示為量綱為一的升力系數(shù)和阻力系數(shù)，二者的定義如下：

其中的L和D分別代表升力和阻力，單位為N；來(lái)流的動(dòng)壓頭為，單位是C是弦長(zhǎng)，單位是m.

機(jī)械效率，發(fā)電機(jī)效率。

決定于風(fēng)力機(jī)的額定功率，還與風(fēng)力機(jī)運(yùn)行地區(qū)的海拔高度、風(fēng)輪功率系數(shù)、傳動(dòng)系統(tǒng)及發(fā)

1P??Vr3πD2CP??128電機(jī)效率等因素有關(guān)。風(fēng)力機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，首先通過(guò)計(jì)算選定一個(gè)風(fēng)輪直徑其中：P：風(fēng)力機(jī)輸出功率；?：空氣密度，一般取1.225kg/m3；：風(fēng)力機(jī)額定風(fēng)速；D：風(fēng)輪直徑；CP：風(fēng)輪功率系數(shù)，一般取0.43~0.45；?1：傳動(dòng)系統(tǒng)效率，一般取0.92；?2：發(fā)電機(jī)效率，一般取0.95。

2、貝茨理論的假設(shè)條件，推導(dǎo)過(guò)程，結(jié)論。3、并網(wǎng)型風(fēng)電機(jī)組的主要技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)。

風(fēng)力機(jī)幾何參數(shù)?葉片幾何參數(shù)?風(fēng)輪幾何參數(shù)?風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力設(shè)計(jì)參數(shù)?風(fēng)力機(jī)翼型

?風(fēng)力機(jī)葉片氣動(dòng)外形設(shè)計(jì)

?結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)?控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)等?

風(fēng)力機(jī)工程設(shè)計(jì)方法1）設(shè)計(jì)參數(shù)

?風(fēng)力機(jī)型式（上風(fēng)向或下風(fēng)向，定槳距或變槳距）；

葉片數(shù)；額定風(fēng)速；額定功率；切入風(fēng)速；切出風(fēng)速；風(fēng)輪轉(zhuǎn)速；風(fēng)輪直徑；風(fēng)輪傾角；葉片錐角；風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)方向；輪轂直徑；輪轂高度；輪轂與葉片連接處至輪轂中心的距離；風(fēng)輪功率系數(shù)；發(fā)電機(jī)效率；

傳動(dòng)系統(tǒng)效率等。2）風(fēng)力機(jī)工程設(shè)計(jì)方法

在風(fēng)力機(jī)工程設(shè)計(jì)中要用到以下公式：

風(fēng)力機(jī)功率：

風(fēng)輪半徑：

葉尖速比：

風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速：空氣密度可由不同海拔高度的空氣密度表查得。4、定漿距與變漿距風(fēng)電機(jī)組的機(jī)械與電氣系統(tǒng)的區(qū)別。

定槳距失速控制，風(fēng)力機(jī)的功率調(diào)理完全依靠葉片的氣動(dòng)特性。這種機(jī)組的輸出功率隨風(fēng)速的變化而變化，從風(fēng)能利用系數(shù)Cp的關(guān)系看，難以保證在額定風(fēng)速之前使Cp最大，特別是在低風(fēng)速段。這種機(jī)組尋常設(shè)計(jì)有兩個(gè)不同功率，不同極對(duì)數(shù)的異步發(fā)動(dòng)機(jī)。大功率高轉(zhuǎn)速的發(fā)動(dòng)機(jī)工作于高風(fēng)速區(qū)，小功率低轉(zhuǎn)速的發(fā)動(dòng)機(jī)工作于低風(fēng)速區(qū)，由此來(lái)調(diào)理尖速比λ，追求最正確Cp。當(dāng)風(fēng)速超過(guò)額定風(fēng)速時(shí)，通過(guò)葉片的失速或偏航控制降低Cp，從而維持功率恒定。

裝有葉尖擾流器，作為空氣動(dòng)力剎車。葉輪與輪轂固定，根據(jù)當(dāng)?shù)仫L(fēng)資源狀況，確定漿距角（－4～＋4）。

定槳距失速控制風(fēng)力機(jī)整機(jī)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，部件少，造價(jià)低，并具有較高的安全系統(tǒng)，利于市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。但失速型葉片本身結(jié)構(gòu)繁雜，成型工藝難度也較大。隨著功率增加，葉片加長(zhǎng)，所承受的氣動(dòng)推力增大，葉片的失速動(dòng)態(tài)特性不易控制，使制造更大機(jī)組受到限制。

變槳距控制。為了盡可能提高風(fēng)力機(jī)風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率和保證風(fēng)力機(jī)輸出功率平穩(wěn)，風(fēng)力機(jī)將進(jìn)行槳距調(diào)整。在定槳距基礎(chǔ)上加裝槳距調(diào)理環(huán)節(jié)，成為變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的功率調(diào)理不完全依靠葉片的氣動(dòng)特性，它要依靠與葉片相匹配的葉片攻角改變來(lái)進(jìn)行調(diào)理。在額定風(fēng)速以下時(shí)攻角處于零度附近，此時(shí)，葉片角度受控制環(huán)節(jié)精度的影響，變化范圍很小，可看作等同于定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。在額定風(fēng)速以上時(shí)，變槳距機(jī)構(gòu)發(fā)揮作用，調(diào)整葉片攻角，保證發(fā)電機(jī)的輸出功率在允許范圍以內(nèi)。變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的起動(dòng)風(fēng)速較定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低，停機(jī)時(shí)傳動(dòng)機(jī)械的沖擊應(yīng)力相對(duì)緩和。

變槳距風(fēng)力機(jī)能使葉片的安裝角隨風(fēng)速而變化，從而使風(fēng)力機(jī)在各種工況下（起動(dòng)、正常運(yùn)轉(zhuǎn)、停機(jī)）按最正確參數(shù)運(yùn)行。它可以使發(fā)動(dòng)機(jī)在額定風(fēng)速以下的工作區(qū)段有較高的發(fā)電量，而在額定風(fēng)速以上高風(fēng)速區(qū)段不超載，不需要過(guò)載能力大的發(fā)電機(jī)等。當(dāng)然它的缺點(diǎn)是需要有一套比較繁雜的變槳調(diào)理機(jī)構(gòu)。現(xiàn)在這兩種功率調(diào)理方案在技術(shù)上都比過(guò)去的有很大改進(jìn)，

5、風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)的類型主要有幾種？區(qū)別是什么？

1、恒速恒頻系統(tǒng)的同步發(fā)電機(jī)或異步發(fā)電機(jī)，

通過(guò)穩(wěn)定風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)保持發(fā)電機(jī)頻率恒定。不管發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩（對(duì)葉輪講即為阻轉(zhuǎn)矩）如何變化，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速恒定不變，這要求風(fēng)力機(jī)有很好的調(diào)速機(jī)構(gòu)，或采用其他方式維持風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速不變，以便維持發(fā)電機(jī)的頻率與電網(wǎng)的頻率一致，否則，發(fā)電機(jī)將與電網(wǎng)解裂。恒速恒頻系統(tǒng)缺點(diǎn)是風(fēng)能利用系數(shù)低，減少了機(jī)組的年發(fā)電量。

2、變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)雙饋異步發(fā)電機(jī)

新型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特點(diǎn)是發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷可以在很大范圍內(nèi)變化而不影響其輸出電壓和頻率的恒定。

無(wú)刷雙饋發(fā)電機(jī)由兩臺(tái)繞線式異步電機(jī)組成，兩轉(zhuǎn)子的同軸連接省去了滑環(huán)和電刷。無(wú)刷雙饋發(fā)電機(jī)可在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速變化的條件下，通過(guò)控制勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電流頻率來(lái)確保發(fā)電機(jī)輸出電頻率保持在50Hz不變。因此，無(wú)刷雙饋發(fā)電機(jī)可實(shí)現(xiàn)變速恒頻發(fā)電。無(wú)刷雙饋發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)固可靠，比較適合風(fēng)力發(fā)電等運(yùn)行環(huán)境比較惡劣的發(fā)電系統(tǒng)使用。

3、低速交流發(fā)電機(jī)

直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，采用可低轉(zhuǎn)速運(yùn)行的發(fā)電機(jī)直接與風(fēng)力機(jī)匹配，省去齒輪箱和高速傳動(dòng)裝置，在提高幾個(gè)百分點(diǎn)效率的同時(shí)，可減輕系統(tǒng)重量，降低噪聲高速機(jī)械磨損，其低成本和維修少的優(yōu)點(diǎn)，

4、高壓同步發(fā)電機(jī)

將同步發(fā)電機(jī)的輸出端電壓提高到10～20kV以上，發(fā)電機(jī)的定子繞組輸出電壓高，可以不用升壓變壓器而直接與電網(wǎng)連接，即兼有發(fā)電機(jī)和變壓器的功能，是一種綜合發(fā)電設(shè)備。

高壓發(fā)電機(jī)與風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)子葉輪直接連接，不用齒輪箱。

高壓發(fā)電機(jī)采用深槽形定子鐵芯，轉(zhuǎn)子采用永磁材料，極數(shù)多。

6、風(fēng)電機(jī)組的并網(wǎng)要求是什么？如何實(shí)現(xiàn)？

把風(fēng)力發(fā)電機(jī)聯(lián)接到電網(wǎng)上必需滿足四個(gè)條件：1)發(fā)電機(jī)的頻率與電網(wǎng)的頻率相等；

2)發(fā)電機(jī)的電壓（幅值）與電網(wǎng)電壓（幅值）相等；3)發(fā)電機(jī)的電壓相序與電網(wǎng)電壓相序一致；

4)并聯(lián)合閘時(shí)發(fā)電機(jī)的電壓相角與電網(wǎng)的電壓相角一致。

為了實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)對(duì)葉輪和發(fā)電機(jī)技術(shù)有較高的要求，如上表達(dá)發(fā)電機(jī)和葉輪的技術(shù)。傳統(tǒng)的控制模式需要首先建立一個(gè)有效的系統(tǒng)模型，而由于空氣動(dòng)力學(xué)的不確定性和電力電子模型的繁雜性，系統(tǒng)模型的不易確定。所有基于某些有效系統(tǒng)模型的控制也僅適合于某個(gè)特定的系統(tǒng)和一定的工作周期，由現(xiàn)代控制技術(shù)發(fā)展，模糊規(guī)律和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能控制被引入風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制領(lǐng)域，用模糊規(guī)律控制進(jìn)行電壓和功率調(diào)理，用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制槳距調(diào)理及預(yù)計(jì)風(fēng)力氣動(dòng)特性。

前風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的普遍采用的并網(wǎng)方法是軟并網(wǎng)技術(shù)。采用雙向晶閘管的軟切入法，使異步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)。同步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)近年得到了發(fā)展，通過(guò)在同步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)之間采用變頻裝置，轉(zhuǎn)速和電網(wǎng)頻率之間的耦合問(wèn)題得以解決，該發(fā)電機(jī)在變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中應(yīng)用

7、葉輪與發(fā)電機(jī)如何匹配？

8、目前風(fēng)電機(jī)組存在的主要技術(shù)問(wèn)題是什么？

電網(wǎng)沖擊，功率調(diào)理風(fēng)能利用率，維修不便利

9、你對(duì)國(guó)際風(fēng)電技術(shù)發(fā)展有何建議？

增加壽命，提高設(shè)備可利用率，抗臺(tái)風(fēng)、低溫、沙塵暴等極端天氣狀況，降低設(shè)備成本，從而降低風(fēng)力發(fā)電成本，與普通能源具備競(jìng)爭(zhēng)性。

增加單機(jī)容量，減輕重量，提高轉(zhuǎn)換效率。增加可靠性

?主要發(fā)展趨勢(shì)是：

–更大的規(guī)模

–高度優(yōu)化的葉片空氣動(dòng)力學(xué)和結(jié)構(gòu)–更多的變速類型

–海上風(fēng)場(chǎng)市場(chǎng)份額增加–直驅(qū)和混合傳動(dòng)系統(tǒng)

?向更加智能化系統(tǒng)方向發(fā)展，特別是系統(tǒng)載荷和振動(dòng)的主動(dòng)控制

10、你對(duì)中國(guó)風(fēng)電技術(shù)發(fā)展有何建議？政策扶持，

發(fā)展壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)。在保證低風(fēng)速時(shí)和無(wú)風(fēng)時(shí)系統(tǒng)正常發(fā)電的前提下，將目前國(guó)際上尚不能利用的風(fēng)能采用壓縮壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)儲(chǔ)存，明顯改善風(fēng)能利用中存在的密度低、不穩(wěn)定和間歇性等缺點(diǎn)，同時(shí)不使用蓄電池儲(chǔ)能。

?發(fā)展海上風(fēng)電。

根據(jù)國(guó)家氣象科學(xué)局估算，海上風(fēng)能實(shí)際可