風(fēng)力機(jī)基礎(chǔ)理論課件

二、按風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行方式分類1．獨(dú)立運(yùn)行風(fēng)力發(fā)電機(jī)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的電能經(jīng)蓄電池蓄能，再供用戶使用。這種方式可供邊遠(yuǎn)農(nóng)村、牧區(qū)、海島、邊防哨所等電網(wǎng)達(dá)不到的地區(qū)使用。一般單機(jī)容量在幾百瓦到幾kW。二、按風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行方式分類12．并網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，在風(fēng)力資源豐富地區(qū)，按一定的排列方式安裝風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，稱為風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)。發(fā)出的電能全部經(jīng)變電設(shè)備送到電網(wǎng)。這種方式是目前風(fēng)力發(fā)電的主要方式。2．并網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，在風(fēng)力資源豐富地區(qū)，按一定的排列方23．風(fēng)力同其它發(fā)電方式互補(bǔ)運(yùn)行，風(fēng)力—柴油互補(bǔ)方式運(yùn)行，風(fēng)力—太陽能電池發(fā)電聯(lián)合運(yùn)行，風(fēng)力—抽水蓄能發(fā)電聯(lián)合運(yùn)行等。這種方式一般需配備蓄電池，以減少因風(fēng)速變化導(dǎo)致的發(fā)電量的突然變化所造成的影響，還可節(jié)約一次能源。3．風(fēng)力同其它發(fā)電方式互補(bǔ)運(yùn)行，風(fēng)力—柴油互補(bǔ)方式運(yùn)行，風(fēng)力3三、按風(fēng)輪軸安裝形式分類管風(fēng)力發(fā)電機(jī)多種多樣，但按風(fēng)輪軸安裝形式不同可分為水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)和垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)兩種

另外，還有一種特殊型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，如擴(kuò)壓式、旋風(fēng)式、濃縮風(fēng)能型風(fēng)力發(fā)電機(jī)。三、按風(fēng)輪軸安裝形式分類4風(fēng)力機(jī)基礎(chǔ)理論課件5第二節(jié)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作原理

下面主要以水平軸風(fēng)力機(jī)為例來簡(jiǎn)述風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作原理。水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)一般由以下七個(gè)部分組成：風(fēng)輪、增速齒輪箱、發(fā)電機(jī)、偏航系統(tǒng)、控制與安全系統(tǒng)、液壓與剎車系統(tǒng)、塔架等附屬設(shè)備。第二節(jié)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作原理下面主要以水平軸風(fēng)力機(jī)為例來6一、風(fēng)輪風(fēng)輪是風(fēng)力發(fā)電機(jī)最重要的部件之一。風(fēng)力發(fā)電機(jī)就是依靠風(fēng)輪把風(fēng)所具有的動(dòng)能有效地轉(zhuǎn)化為機(jī)械能并加以利用的。風(fēng)輪使空氣運(yùn)動(dòng)的速度減慢，在空氣動(dòng)力的作用下風(fēng)輪繞軸旋轉(zhuǎn)并將風(fēng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)輪通常由幾何形狀一樣的兩個(gè)以上葉片組成。葉片又可分為變槳距葉片和固定槳距葉片。從葉片結(jié)構(gòu)上又可分為木制葉片、鋁合金擠壓成型的等弦長(zhǎng)葉片、鋼制葉片、玻璃鋼葉片、復(fù)合材料葉片等。

一、風(fēng)輪7風(fēng)輪葉片1、葉片材料：

木制葉片、鋼制葉片、鋁合金葉片

目前葉片多為復(fù)合材料，即以玻璃纖維和碳纖維為增強(qiáng)材料，基體材料為聚酯樹脂或環(huán)氧樹脂。優(yōu)點(diǎn)：比重小、拉伸強(qiáng)度高、易成型、耐腐蝕性強(qiáng)。2、葉片外形：

等弦長(zhǎng)直葉片、變弦長(zhǎng)扭曲葉片.風(fēng)輪葉片1、葉片材料：8風(fēng)力機(jī)基礎(chǔ)理論課件9風(fēng)力機(jī)基礎(chǔ)理論課件10風(fēng)力機(jī)基礎(chǔ)理論課件11一、葉片主體結(jié)構(gòu)大型水平軸風(fēng)機(jī)組風(fēng)輪的結(jié)構(gòu)主要為梁、殼結(jié)構(gòu)，有以下幾種結(jié)構(gòu)形式：1、葉片主體采用硬質(zhì)泡沫塑料夾心結(jié)構(gòu)；大梁是葉片的主要承載部件，材料為玻璃纖維增強(qiáng)塑料(GRP)，大梁常用D形、O形、矩形等形式；蒙皮GRP結(jié)構(gòu)校薄，僅2~3mm，主要保持翼型和承受葉片的扭轉(zhuǎn)載荷；一、葉片主體結(jié)構(gòu)12

成型：D形、O形和矩形梁在纏繞機(jī)上纏繞成型；在模具中成型上、下兩個(gè)半殼，利用結(jié)構(gòu)膠將C（或I）形梁和兩半殼粘接。代表：丹麥Vestas公司和荷蘭CTC公（NOI制造的葉片）。成型：D形、O形和矩形梁在纏繞機(jī)上纏繞成型；在模具13風(fēng)力機(jī)基礎(chǔ)理論課件14優(yōu)點(diǎn)：重量輕，制造成本低；缺點(diǎn)：對(duì)葉片運(yùn)輸要求較高，由于葉片前緣強(qiáng)度和剛度較低，在運(yùn)輸過程中局部易于損壞；這種葉片整體剛度較低，運(yùn)行過程中葉片變形較大，必須選擇高性能的結(jié)構(gòu)膠，否則極易造成后緣開裂。風(fēng)力機(jī)基礎(chǔ)理論課件15

2、

葉片殼體以GRP層板為主，厚度在10～20之間；為了減輕葉片后緣重量，提高葉片整體剛度，在葉片上下殼體后緣局部采用硬質(zhì)泡沫夾心結(jié)構(gòu)，葉片上下殼體是其主要承載結(jié)構(gòu)。

C形梁用玻璃纖維夾心結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)相對(duì)較弱，與殼體粘結(jié)后形成盒式結(jié)構(gòu)，共同提供葉片的強(qiáng)度和剛度。這種結(jié)構(gòu)形式葉片以丹麥LM公司為主。

2、16葉片殼體和大梁用結(jié)構(gòu)膠牢固地粘接在一起。優(yōu)點(diǎn)：葉片整體強(qiáng)度和剛度較大，在運(yùn)輸、使用中安全性好。缺點(diǎn)：這種葉片比較重，比同型號(hào)的輕型葉片重20%～30%，制造成本也相對(duì)較高。葉片殼體和大梁用結(jié)構(gòu)膠牢固地粘接在一起。17第二、輪轂、聯(lián)軸器、齒輪箱輪轂輪轂是聯(lián)接葉片與主軸的重要部件，它承受了風(fēng)力作用在葉片上的推力、扭矩、彎矩及陀螺力矩。通常輪轂的形狀為三通形或三角形。第二、輪轂、聯(lián)軸器、齒輪箱18風(fēng)力機(jī)基礎(chǔ)理論課件19風(fēng)力機(jī)基礎(chǔ)理論課件20一般常用的輪轂形式有以下兩種：1、剛性輪轂剛性輪轂的制造成本低、維護(hù)少、沒有磨損，三葉片風(fēng)輪大部分采用剛性輪轂，也是目前使用最廣泛的一種形式。2、鉸鏈?zhǔn)捷嗇灒ㄈ嵝暂嗇灮蜍E蹺板式輪轂）鉸鏈?zhǔn)斤L(fēng)輪常用于單葉片和二葉片風(fēng)輪。一般常用的輪轂形式有以下兩種：21聯(lián)軸器

在風(fēng)力發(fā)電機(jī)中，常采用剛性聯(lián)軸器、彈性聯(lián)軸器（或萬向聯(lián)軸器）兩種方式。在低速軸端（主軸與齒輪箱低速軸聯(lián)接處）選用鋼性聯(lián)軸器，一般多選用漲套式聯(lián)軸器、柱銷式聯(lián)軸器等；在高速軸端（發(fā)電機(jī)與齒輪箱高速軸聯(lián)接處）選用彈性聯(lián)軸器（或萬向聯(lián)軸器），一般選用輪胎聯(lián)軸器，或十字節(jié)聯(lián)軸器。聯(lián)軸器在風(fēng)力發(fā)電機(jī)中，常采用剛性聯(lián)軸器、彈性聯(lián)軸22二、增速齒輪箱當(dāng)風(fēng)力機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)時(shí)，通常發(fā)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速要比風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)輪轉(zhuǎn)速高很多，這時(shí)風(fēng)輪必須通過增速機(jī)構(gòu)來帶動(dòng)發(fā)電機(jī)。但也有些風(fēng)力發(fā)電機(jī)不包括變速齒輪箱。二、增速齒輪箱23主要功能:

將風(fēng)輪在風(fēng)力作用下所產(chǎn)生的動(dòng)力傳遞給發(fā)電機(jī)并使其得到相應(yīng)的轉(zhuǎn)速。風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速很低，遠(yuǎn)達(dá)不到風(fēng)電機(jī)發(fā)電的要求，必須通過齒輪箱齒輪副的增速作用來實(shí)現(xiàn),故也稱之為增速箱。齒輪箱主要功能:齒輪箱24三、發(fā)電機(jī)

因?yàn)轱L(fēng)速是不穩(wěn)定的，所以發(fā)電機(jī)常處于負(fù)載不穩(wěn)定狀態(tài)，極端時(shí)發(fā)電機(jī)嚴(yán)重過載，對(duì)于并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)還要處于頻繁的投、切(并網(wǎng)和脫網(wǎng))切換過程中，所以對(duì)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)用發(fā)電機(jī)還要有一些特殊要求。因感應(yīng)發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，價(jià)格便宜，并網(wǎng)方法簡(jiǎn)單，并網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)中得到最為廣泛的應(yīng)用。三、發(fā)電機(jī)25蓄能裝置

風(fēng)能是隨機(jī)性的能源，即使在風(fēng)能資源豐富的地區(qū)，必須配備適當(dāng)?shù)男钅苎b置；在風(fēng)力強(qiáng)的期間，除了通過風(fēng)力發(fā)電機(jī)組向用電負(fù)荷提供所需的電能以外、將多余的風(fēng)能轉(zhuǎn)換為其他形式的能量在蓄能裝置中儲(chǔ)布起來；在風(fēng)力弱或無風(fēng)期間，再將蓄能裝置中儲(chǔ)存的能量釋放出來并轉(zhuǎn)換為電能，向用電負(fù)載供電。蓄能裝置風(fēng)能是隨機(jī)性的能源，即使在風(fēng)能資源豐富的26當(dāng)前風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的蓄能方式主要有蓄電池蓄能、飛輪蓄能、抽水蓄能、壓縮空氣蓄能、電解水制氫蓄能等幾種。蓄電池酸性蓄電池(鉛蓄電池)堿性蓄電池(鎳鎘電池)當(dāng)前風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的蓄能方式主要有蓄電池蓄能、飛輪27單格鉛酸蓄電池的電動(dòng)勢(shì)約為2V單格堿性蓄電池的電動(dòng)勢(shì)約為1.2V左右將多個(gè)單格蓄電池串聯(lián)組成蓄電池組，可獲得不同的蓄電池組電勢(shì)，例如12、24、36V等。單格鉛酸蓄電池的電動(dòng)勢(shì)約為2V28蓄電池的容量蓄電池的容量以安?時(shí)表示，容量為100安?時(shí)的蓄電池代表該蓄電池，若放電電流為10A，可連續(xù)放電10h；若放電電流為5A，則可連續(xù)放電20h。

在放電過程中，蓄電池的電壓隨著放電而逐漸降低，放電時(shí)鉛酸蓄電池的電壓不能低于1.4—1.8V，堿性蓄電池的電壓不能低于0.8—1.1V.蓄電池的容量蓄電池的容量以安?時(shí)表示，容量為100安29影響蓄電池性能的因素：充放電過度；高溫或低溫下使用；另外，放置蓄電池的空間應(yīng)保持通風(fēng)，因?yàn)樵诔潆姷倪^程中極板上會(huì)產(chǎn)生氫氣和氧氣，有爆炸的危險(xiǎn)。影響蓄電池性能的因素：30四、偏航系統(tǒng)由于風(fēng)向是不斷變化的，為了使風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)平面始終正對(duì)風(fēng)向，提高風(fēng)能利用率，就需要一套對(duì)風(fēng)裝置，即偏航系統(tǒng)。四、偏航系統(tǒng)31風(fēng)力發(fā)電機(jī)的偏航系統(tǒng)偏航系統(tǒng)又稱對(duì)風(fēng)裝置，是水平軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組必不可少的組成系統(tǒng)之一。

偏航系統(tǒng)的主要作用：一是使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的風(fēng)輪始終處于迎風(fēng)狀態(tài)，充分利用風(fēng)能，提高發(fā)電效率；二是提供必須的鎖緊力矩，以保障風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行。風(fēng)力發(fā)電機(jī)的偏航系統(tǒng)偏航系統(tǒng)又稱對(duì)風(fēng)裝置，是水平軸32

被動(dòng)偏航系統(tǒng)：依靠風(fēng)力通過相關(guān)機(jī)構(gòu)完成對(duì)風(fēng)動(dòng)作的偏航方式。常見的有尾舵、舵輪和下風(fēng)向自動(dòng)對(duì)風(fēng)三種。

被動(dòng)偏航系統(tǒng)：依靠風(fēng)力通過33主動(dòng)偏航：采用電力或液壓拖動(dòng)完成對(duì)風(fēng)動(dòng)作的偏航方式。并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，通常都采用主動(dòng)偏航的齒輪驅(qū)動(dòng)形式。主動(dòng)偏航：采用電力或液壓34第一節(jié)被動(dòng)偏航系統(tǒng)

一、尾舵對(duì)風(fēng)。尾舵對(duì)風(fēng)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)向可靠，至今還用在中型20kw以下和微小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)上。尾舵由尾舵梁固定，尾舵板一直順著風(fēng)向所以使風(fēng)輪也對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向.并尾：將尾舵板置于與風(fēng)輪平面平行的位置。第一節(jié)被動(dòng)偏航系統(tǒng)

一、尾舵對(duì)風(fēng)。尾舵對(duì)風(fēng)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，35風(fēng)力機(jī)基礎(chǔ)理論課件36二、下風(fēng)向?qū)︼L(fēng)將風(fēng)輪置于下風(fēng)向，置于下風(fēng)向的風(fēng)輪能自動(dòng)對(duì)風(fēng)，不必另行設(shè)置調(diào)向裝置。常用在大、中型風(fēng)力發(fā)電機(jī)上。由于下風(fēng)向風(fēng)輪調(diào)向易使風(fēng)輪隨風(fēng)向變化而擺動(dòng)，需加阻尼器。二、下風(fēng)向?qū)︼L(fēng)37優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無需專門的對(duì)風(fēng)裝置。缺點(diǎn)：當(dāng)葉片轉(zhuǎn)到塔架下風(fēng)向的紊流區(qū)時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)，易使葉片梁與輪轂的連接處產(chǎn)生疲勞斷裂。同時(shí)葉片在塔架的紊流區(qū)內(nèi)不能正向接受風(fēng)能。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無需專門的對(duì)風(fēng)38三、舵輪對(duì)風(fēng)(側(cè)風(fēng)輪對(duì)風(fēng))：機(jī)艙后邊的側(cè)向安裝一個(gè)或兩個(gè)多葉片風(fēng)輪。當(dāng)風(fēng)輪未對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向時(shí)，側(cè)風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng),側(cè)風(fēng)輪軸上的蝸桿驅(qū)動(dòng)塔架上的蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng),驅(qū)動(dòng)機(jī)艙和風(fēng)輪對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向達(dá)到調(diào)向的目的.三、舵輪對(duì)風(fēng)(側(cè)風(fēng)輪對(duì)風(fēng))：39風(fēng)力機(jī)基礎(chǔ)理論課件40對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向后，側(cè)風(fēng)輪與風(fēng)向平行，停止轉(zhuǎn)動(dòng)。一側(cè)側(cè)風(fēng)輪對(duì)風(fēng)對(duì)于安裝風(fēng)輪一側(cè)的風(fēng)向調(diào)向敏感，而對(duì)另一側(cè)的風(fēng)的調(diào)向不靈敏，往往采用機(jī)艙兩側(cè)都安裝側(cè)風(fēng)輪的調(diào)動(dòng)裝置，使主風(fēng)輪左右調(diào)向都很靈敏。

對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向后，側(cè)風(fēng)輪與風(fēng)向平行，停41第二節(jié)主動(dòng)偏航系統(tǒng)主動(dòng)偏航系統(tǒng)由風(fēng)向標(biāo)、偏航軸承、偏航驅(qū)動(dòng)裝置、偏航制動(dòng)器、偏航計(jì)數(shù)器、紐纜保護(hù)裝置、偏航行星齒輪減速器，回轉(zhuǎn)體大齒輪等部分組成。第二節(jié)主動(dòng)偏航系統(tǒng)主動(dòng)偏航系統(tǒng)由風(fēng)向標(biāo)、偏航軸承、42一、偏航軸承

偏航齒圈的偏航軸承內(nèi)外圈分別與機(jī)艙和塔架用螺栓聯(lián)接。

輪齒可采用內(nèi)齒或外齒型式:一、偏航軸承43風(fēng)力機(jī)基礎(chǔ)理論課件44（1）外齒型：輪齒位于偏航軸承外圈，外圈與機(jī)艙聯(lián)結(jié)，加工制造裝配相對(duì)簡(jiǎn)單;（1）外齒型：45（2）內(nèi)齒型式輪齒位于偏航軸承內(nèi)圈，內(nèi)圈與機(jī)艙聯(lián)結(jié)，內(nèi)齒嚙合與受力效果較好。（2）內(nèi)齒型式46風(fēng)力機(jī)基礎(chǔ)理論課件47風(fēng)力機(jī)基礎(chǔ)理論課件48

二、偏航驅(qū)動(dòng)裝置偏航驅(qū)動(dòng)裝置一般有:（1）電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)偏航齒輪由偏航驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)通過減速器驅(qū)動(dòng);（2）液壓驅(qū)動(dòng)偏航齒輪由液壓馬達(dá)通過減速器驅(qū)動(dòng)。二、偏航驅(qū)動(dòng)裝置49三、偏航制動(dòng)器

偏航制動(dòng)器一般采用液壓拖動(dòng)的鉗盤式制動(dòng)器：（1）常閉式鉗盤制動(dòng)器制動(dòng)器采用彈簧夾緊，電力或液壓拖動(dòng)松閘來實(shí)現(xiàn)阻尼偏航和失效安全。（2）常開式鉗盤制動(dòng)器制動(dòng)器應(yīng)采用制動(dòng)期間高壓夾緊、偏航期間低壓夾緊的形式實(shí)現(xiàn)阻尼偏航。采用此種形式時(shí)，偏航傳動(dòng)鏈中應(yīng)有自鎖環(huán)節(jié)。三、偏航制動(dòng)器

偏航制動(dòng)器一般采用液壓拖動(dòng)的鉗盤式制動(dòng)器：50四、偏航計(jì)數(shù)器

偏航計(jì)數(shù)器是記錄偏航系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)圈數(shù)，當(dāng)偏航系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)達(dá)到設(shè)計(jì)所規(guī)定的初級(jí)解纜和終極解纜圈數(shù)時(shí)，計(jì)數(shù)器則給控制系統(tǒng)發(fā)信號(hào)使機(jī)組自動(dòng)進(jìn)行解纜.四、偏航計(jì)數(shù)器51五、紐纜保護(hù)裝置必備裝置。作用：失效保護(hù)。紐纜保護(hù)裝置一般由控制開關(guān)和觸點(diǎn)機(jī)構(gòu)組成，控制開關(guān)安裝在機(jī)組的塔架內(nèi)壁的支架上，觸電機(jī)構(gòu)安裝與機(jī)組懸垂部分的電纜上。

當(dāng)機(jī)組懸垂部分的電纜紐絞到一定程度后，觸電機(jī)構(gòu)觸發(fā)控制開關(guān)，使機(jī)組進(jìn)行緊急停機(jī)。五、紐纜保護(hù)裝置52五、塔架由于地面的剪切效應(yīng)，在地面附近的風(fēng)速是很小的，越高風(fēng)速越大，所以需要一個(gè)塔架將風(fēng)力機(jī)支撐到一定高度，塔架不但承受著整個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的重量，還承受著很大的彎矩，所以塔架也需要進(jìn)行特別設(shè)計(jì)。五、塔架53六、防雷擊系統(tǒng)

雷擊是自然界中對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組危害最大的一種災(zāi)害。葉片是最易受直接雷擊的部件，也是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組最昂貴的部件之一。雷擊造成葉片損壞的機(jī)理：一方面雷電擊中葉片葉尖后，釋放大量能量，使葉尖結(jié)構(gòu)內(nèi)部的溫度急驟身高，引起氣體高溫膨脹，壓力上升，造成葉尖結(jié)構(gòu)爆裂破壞，嚴(yán)重時(shí)使整個(gè)葉片開裂；另一方面雷擊造成的巨大聲波，對(duì)葉片結(jié)構(gòu)造成沖擊破壞。六、防雷擊系統(tǒng)雷擊是自然界中對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組危害最大54由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作條件非常惡劣，有時(shí)風(fēng)速很小，有時(shí)風(fēng)速非常大，極端時(shí)發(fā)電機(jī)嚴(yán)重過載，所以就需要對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行控制，使其安全運(yùn)行或停機(jī)。液壓系統(tǒng)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速控制、功率控制，同時(shí)也控制剎車機(jī)構(gòu)。由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作條件非常惡劣，有時(shí)風(fēng)速很小，有時(shí)風(fēng)速非常55第七章風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制與安全系統(tǒng)控制系統(tǒng)的要求：1、滿足用戶提出的功能；2、安全可靠。在實(shí)際中，控制系統(tǒng)滿足用戶提出的功能上的要求是不困難的，而控制系統(tǒng)的可靠性直接影響風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的聲譽(yù)。因?yàn)轱L(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制出現(xiàn)故障后對(duì)一般用戶來說維修十分困難。第七章風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制與安全系統(tǒng)控制系統(tǒng)的要求：56第一節(jié)控制與安全系統(tǒng)的

技術(shù)要求一、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的控制思想：定槳距失速型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)以安全運(yùn)行控制技術(shù)要求為主，功率控制由葉片的失速特性來完成。變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組采用控制槳距的方式使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的輸出功率發(fā)生變化，最終達(dá)到限制功率輸出的目的。第一節(jié)控制與安全系統(tǒng)的

技術(shù)要求一、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行57控制系統(tǒng)可以控制的功能和參數(shù):

1、功率極限；2、風(fēng)輪轉(zhuǎn)速3、電器負(fù)載的連接；4、起動(dòng)及停機(jī)過程；5、電網(wǎng)或負(fù)載丟失時(shí)的停機(jī)；6、紐纜限制；7、機(jī)艙對(duì)風(fēng)；8、運(yùn)行時(shí)電量和溫度參數(shù)等。控制系統(tǒng)可以控制的功能和參數(shù):58二、工作參數(shù)的安全運(yùn)行范圍:

1、風(fēng)速：3～25m/s；

2、轉(zhuǎn)速：風(fēng)輪轉(zhuǎn)速常低于40r/min，發(fā)電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速不超過額定轉(zhuǎn)速的20%；

3、功率：在額定風(fēng)速以下時(shí)，不作功率調(diào)節(jié)控制，只有在額定風(fēng)速以上應(yīng)作限制最大功率的控制，通常運(yùn)行安全最大功率不允許超過設(shè)計(jì)值的20%。

4、溫度：通?？刂破鳝h(huán)境溫度應(yīng)為0～30℃，齒輪箱油溫小于120℃，發(fā)電機(jī)油溫小于150℃，傳動(dòng)環(huán)節(jié)溫度小于70℃。二、工作參數(shù)的安全運(yùn)行范圍:595、電壓：發(fā)電電壓允許的范圍在設(shè)計(jì)值的10%，當(dāng)瞬間值超過額定值的30%時(shí)，視為系統(tǒng)故障。6、頻率機(jī)組的發(fā)電頻率應(yīng)限制在50Hz±1Hz，否則視為系統(tǒng)故障。7、壓力機(jī)組的許多執(zhí)行機(jī)構(gòu)由液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成，所以整個(gè)液壓站系統(tǒng)的壓力必須監(jiān)控，由壓力開關(guān)設(shè)計(jì)額定值確定，通常低于100MPa。5、電壓：發(fā)電電壓允許的范圍在設(shè)計(jì)值60第二節(jié)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理

一、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制目標(biāo)：1、控制系統(tǒng)保持機(jī)組安全可靠運(yùn)行，同時(shí)高質(zhì)量地將不斷變化的風(fēng)能轉(zhuǎn)換為頻率、壓力恒定的交流電送入電網(wǎng)。2、控制系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)、狀態(tài)監(jiān)控顯示及故障處理，完成機(jī)組的最佳運(yùn)行狀態(tài)管理和控制。

第二節(jié)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理一、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制目標(biāo)：613、利用計(jì)算機(jī)智能控制實(shí)現(xiàn)機(jī)組的功率優(yōu)化控制，定槳距恒速機(jī)組主要進(jìn)行軟切入、軟切出及功率因素補(bǔ)償控制，對(duì)變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要進(jìn)行最佳尖速比和額定風(fēng)速以上的恒功率控制。

3、利用計(jì)算機(jī)智能控制實(shí)現(xiàn)機(jī)組624、大于開機(jī)風(fēng)速并且轉(zhuǎn)速達(dá)到并網(wǎng)轉(zhuǎn)速時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組能軟切自動(dòng)并網(wǎng)，保證電流沖擊小于額定電流。4、大于開機(jī)風(fēng)速并且轉(zhuǎn)速達(dá)到并63二、風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行控制

1.開機(jī)并網(wǎng)控制當(dāng)風(fēng)速10min平均值在工作區(qū)域內(nèi)，機(jī)械閘松開，葉尖復(fù)位，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組慢慢起動(dòng),當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速大于20％小于60％的額定轉(zhuǎn)速持續(xù)5min，發(fā)電機(jī)進(jìn)入電網(wǎng)軟拖動(dòng)狀態(tài)。正常情況，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速連續(xù)增高，不必軟拖增速，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到軟切轉(zhuǎn)速時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)入軟切入狀態(tài)；當(dāng)轉(zhuǎn)速升到發(fā)電機(jī)同步轉(zhuǎn)速時(shí)，機(jī)組并入電網(wǎng)運(yùn)行。二、風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行控制

1.開機(jī)并網(wǎng)控制642.小風(fēng)和逆功率脫網(wǎng)當(dāng)10min平均風(fēng)速小于小風(fēng)脫網(wǎng)風(fēng)速或發(fā)電機(jī)輸出功率負(fù)到一定值后,風(fēng)力發(fā)電機(jī)組不允許長(zhǎng)期在電網(wǎng)運(yùn)行,必須脫網(wǎng)，處于自由狀態(tài)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組靠自身的摩擦阻力緩慢停機(jī)，進(jìn)入待風(fēng)狀態(tài)。2.小風(fēng)和逆功率脫網(wǎng)653、無功補(bǔ)償控制

異步發(fā)電機(jī)要從電網(wǎng)吸收無功功率，使風(fēng)電機(jī)組的功率因數(shù)降低，而并網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組一般要求其功率因數(shù)達(dá)到0．99以上，所以必須用電容器組進(jìn)行無功補(bǔ)償．因此對(duì)補(bǔ)償電容的投入與切除需要進(jìn)行自動(dòng)控制，保證功率因數(shù)達(dá)到要求。3、無功補(bǔ)償控制664、偏航與自動(dòng)解纜控制

（1）自動(dòng)對(duì)風(fēng)正常運(yùn)行時(shí)偏航控制系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)風(fēng)，即當(dāng)機(jī)艙偏離風(fēng)向一定角度時(shí)，控制系統(tǒng)發(fā)出向左或向右調(diào)向的指令，機(jī)艙開始對(duì)風(fēng)，當(dāng)達(dá)到允許的誤差范圍內(nèi)時(shí)，自動(dòng)對(duì)風(fēng)停止。4、偏航與自動(dòng)解纜控制

（1）自動(dòng)對(duì)風(fēng)67（2）自動(dòng)解纜當(dāng)機(jī)艙向同一方向累計(jì)偏轉(zhuǎn)2.3圈后，若此時(shí)風(fēng)速小于風(fēng)電機(jī)組啟動(dòng)風(fēng)速且無功率輸出，則停機(jī)，控制系統(tǒng)使機(jī)艙反方向旋轉(zhuǎn)2.3圈解繞；若此時(shí)機(jī)組有功率輸出，若機(jī)艙繼續(xù)向同一方向偏轉(zhuǎn)累計(jì)達(dá)3圈時(shí),則停機(jī),解繞；若因故障自動(dòng)解繞未成功，在扭纜達(dá)4圈時(shí)，扭纜機(jī)械開關(guān)將動(dòng)作，此時(shí)報(bào)告扭纜故障，自動(dòng)停機(jī)；等待人工解纜操作。（2）自動(dòng)解纜68（3）風(fēng)輪保護(hù)當(dāng)有特大強(qiáng)風(fēng)發(fā)生時(shí)，停機(jī)并釋放葉尖阻尼板，槳距調(diào)到最大，偏航90度背風(fēng)，以保護(hù)風(fēng)輪免受損壞。（3）風(fēng)輪保護(hù)695、停機(jī)控制

當(dāng)控制器發(fā)出正常停機(jī)指令后，風(fēng)電機(jī)組將按下列程序停機(jī)：①切除補(bǔ)償電容器；②釋放葉尖阻尼板；③發(fā)電機(jī)脫網(wǎng)；④測(cè)量發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速下降到設(shè)定值后，投入機(jī)械剎車；⑤若出現(xiàn)剎車故障則收槳，機(jī)艙偏航90度背風(fēng)。5、停機(jī)控制

當(dāng)控制器發(fā)出正常停機(jī)指令后，風(fēng)電機(jī)組將按下列程70緊急停機(jī)故障時(shí)，執(zhí)行如下操作：首先切除補(bǔ)償電容器，葉尖阻尼板動(dòng)作，延時(shí)0.3秒后卡鉗閘動(dòng)作。檢測(cè)瞬時(shí)功率為負(fù)或發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)達(dá)小于同步轉(zhuǎn)速時(shí)，發(fā)電機(jī)解列（脫網(wǎng)），若制動(dòng)時(shí)間超過20秒，轉(zhuǎn)速仍未降到某設(shè)定值，則收槳，機(jī)艙偏航90度背風(fēng)。緊急停機(jī)故障時(shí)，執(zhí)行如下操作：71風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)原理圖風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)原理圖72風(fēng)力機(jī)的特性系數(shù)一、風(fēng)能利用系數(shù)Cp風(fēng)力機(jī)從自然風(fēng)能中吸取能量的大小程度用風(fēng)能利用系用Cp表示風(fēng)力機(jī)的特性系數(shù)一、風(fēng)能利用系數(shù)Cp73二、葉尖速比λ為了表爾風(fēng)輪運(yùn)行速度的快慢，用葉片的葉尖圓周速度與風(fēng)速之比來衡量，稱為葉尖速比λ二、葉尖速比λ為了表爾風(fēng)輪運(yùn)行速度的快慢，用葉片的葉尖圓周速74λλ75三、實(shí)度風(fēng)輪的葉片面積與風(fēng)輪的掃風(fēng)面積之比稱為實(shí)度。它也是描述風(fēng)力機(jī)特性的重要特征數(shù)風(fēng)輪的實(shí)度是與其葉尖速比相聯(lián)系的，不同風(fēng)輪的值與λ的關(guān)系見圖。λ三、實(shí)度風(fēng)輪的葉片面積與風(fēng)輪的掃風(fēng)面積之比稱為實(shí)度。它也是描76風(fēng)力機(jī)基礎(chǔ)理論課件77基礎(chǔ)理論一、貝茲理論

第一個(gè)關(guān)于風(fēng)輪的完整理論是山哥廷根研究所的A·貝茨建立的。貝茲理論是應(yīng)用一元定常流動(dòng)的動(dòng)量