风力发电原理

风 力 发 电 原 理主 讲 ： 王 老 师 n 风 力 发 电 的 原 理 ： 是 利用 风 力 带 动 风 车 叶 片 旋转 ， 再 透 过 增 速 机 将 旋转 的 速 度 提 升 ， 来 促 使发 电 机 发 电 。 简 单 的 说风 力 发 电 就 是 将 风 能 转换 为 机 械 能 进 而 将 机 械能 再 转 换 为 电 能 的 过 程 。n 现 代 风 力 发 电 机 采 用 空气 动 力 学 原 理 ， 就 像飞 机 的 机 翼 一 样 。 风 并 非 推 动 风 轮 叶 片 ， 而 是 吹 过 叶 片 形 成 叶 片 正 反 面 的 压 差 ， 这 种 压 差 会 产 生 升 力 ， 令 风 轮 旋 转并 不 断 横 切 风 流 。n 依 据 目 前 的 风 车 技 术 ， 大 约 是 每 秒 三 公 尺的 微 风 速 度 （ 微 风 的 程 度 ） ， 便 可 以 开 始发 电 。 风 力 发 电 正 在 世 界 上 形 成 一 股 热 潮 ，为 风 力 发 电 没 有 燃 料 问 题 ， 也 不 会 产 生 辐射 或 空 气 污 染 。 （ 一 ） 风 力 发 电 设 备组 成 ： 风 力 发 电 机 组 包 括 两 大 部 分 ； 一 部 分 是 风 力 机 ， 由 它 将 风 能 转 换 为 机 械 能 ； 另 一 部 分 是 发 电 机 ， 由 它 将 机 械 能 转 换 为 电 能 。分 类 ：1） 根 据 它 收 集 风 能 的 结 构 形 式 及 在 空 间 的 布 置 ， 可分 为 水 平 轴 式 或 垂 直 轴 式 。2） 从 塔 架 位 置 上 ， 分 为 上 风 式 和 下 风 式 ； 3） 还 可 以 按 桨 叶 数 量 ， 分 为 单 叶 片 、 双 叶 片 、三 叶 片 、 四 叶 片 和 多 叶 片 式 。4） 从 桨 叶 和 形 式 上 分 ， 有 螺 旋 桨 式 、 H型 、 S型 等 ；5） 按 桨 叶 的 工 作 原 理 分 ， 则 有 升 力 型 和 阻 力型 的 区 别 。6） 以 风 力 机 的 容 量 分 ， 则 有 微 型 (1kW以 下 )、小 型 (110kW)、 中 型 (10100kW)和 大 型(100kw以 上 )机 。 1、 风 力 机 的 主 要 技 术 指 标 参 数 风 轮 直 径 ， 通 常 风 力 机 的 功 率 越 大 ， 直 径越 大 ； 叶 片 数 目 ， 高 速 发 电 用 风 力 机 为 24片 ，低 速 风 力 机 大 干 4片 ； 叶 片 材 料 ， 现 代 常 采 用 高 强 度 低 密 度 的 复合 材 料 ； 风 能 利 用 系 数 ， 一 般 为 0.150.5之 间 ； 启 动 风 速 ， 一 般 为 35m/s; 停 机 风 速 ， 通 常 为 1535m s; 输 出 功 率 ， 现 代 风 力 机 一 般 为 几 百 干瓦 几 兆 瓦 ； 发 电 机 ， 分 为 直 流 发 电 机 和 交 流 发 电机 ； 另 外 还 有 塔 架 高 度 等 等 。 2、 水 平 轴 力 风 机特 点 ： 风 力 机 的 风 轮 轴 与 地 面 呈 水 平 状 态 ， 称 水 平轴 风 力 机 。组 成 ： 它 一 般 内 风 轮 增 速 器 、 调 速 器 、 调 向 装 置 、发 电 机 和 塔 架 等 部 件 组 成 ， 大 中 型 风 力 机 还 有 自动 控 制 系 统 。应 用 ： 这 种 风 力 机 的 功 率 从 几 十 千 瓦 到 数 兆 瓦 ， 是日 前 最 具 有 实 际 开 发 价 值 的 风 力 机 ：n 类 型 ： 有 传 统 风 车 、 低 速 风 力 机 及 高 速 风 力 机 水 平 轴 力 风 机 图 3、 垂 直 轴 风 力 机特 点 ： 凡 风 轮 转 轴 与 地 面 呈 垂 直 状 态 的 风 力机 叫 垂 直 抽 风 力 机 。形 式 有 ： 如 s型 、 H型 、 型 等 。应 用 ： 虽 然 目 前 垂 直 轴 风 力 机 尚 未 大 量 商 品化 ， 但 是 它 有 许 多 特 点 ， 如 不 需 大 型 塔 架 、发 电 机 可 安 装 在 地 面 上 、 维 修 方 便 及 叶 片制 造 简 便 等 ， 研 究 日 趋 增 多 ， 各 种 形 式 不断 出 现 。 各 种 形 式 的 垂 直 轴 风 力 机 。 型 风 力 机 图 （ 二 ） 风 力 发 电 系 统n 从 外 部 看 ， 整 个 风 力 发 电 机 组看 上 去 只 有 三 个 主 要 部 分 ： 风轮 、 机 舱 和 塔 架 。n 发 电 机 、 传 动 系 统 、 控 制 系 统等 都 集 成 在 机 舱 内 。n 机 舱 除 了 承 担 容 纳 所 有 机 械 部件 的 功 能 ， 还 起 到 承 受 所 有 外力 （ 包 括 静 负 载 及 动 负 载 ）的 作 用 。 n 机 舱 底 盘 和 塔 架 之 间 有 回 转 体 ，使 机 舱 可 水 平 转 动 。 机 组 的 总 体 结 构机 组 的 总 体 结 构 图 ： 控 制 系 统 风 轮 增 速 器 发 电 机 主 继 电 器 主 开 关熔 断 器 变 压 器晶 闸 管 电 网 风 变 桨 风 速转 速 并 网 功 率 无 功 补 偿风 （ 三 ） 风 力 发 电 机 主 要 组 成 部 分 介 绍 1、 风 轮 风 力 机 区 别 于 其 他 机 械 的 最 主要 特 征 就 是 风 轮 。 风 轮 一 般 由2 3个 叶 片 和 轮 毂 所 组 成 ， 其功 能 是 将 风 能 转 换 为 机 械 能 。 由 于 风 力 发 电 机 的 理 论 基 础 也是 空 气 动 力 学 ， 故 其 叶 片 形 状与 机 翼 很 相 似 。 风 经 过 水 平 轴风 力 发 电 机 的 叶 片 时 由 于 叶 片与 风 有 一 个 夹 角 ， 风 在 叶 片 上形 成 升 力 ， 风 力 发 电 机 就 是 依靠 叶 片 上 的 升 力 把 风 能 转 换 为旋 转 的 机 械 能 ， 从 而 带 动 发 电 机 进 行 发 电 的 。 2、 塔 架n 风 力 机 的 塔 架 除 了 要 支 撑 风 力 机 的 重 量 ， 还 要 承受 吹 向 风 力 机 和 塔 架 的 风 压 ， 以 及 风 力 机 运 行 中的 动 载 荷 。 它 的 刚 度 和 风 力 机 的 振 动 有 密 切 关 系 。水 平 轴 风 力 发 电 机 的 塔 架 主 要 可 分 为 管 柱 型 和 桁架 型 两 类 。n 一 般 圆 柱 形 塔 架 对 风 的 阻 力 较 小 ， 特 别 是 对 于 下风 向 风 力 机 ， 产 生 紊 流 的 影 响 要 比 桁 架 式 塔 架 小 。桁 架 式 塔 架 常 用 于 中 小 型 风 力 机 上 ， 其 优 点 是 造价 不 高 ， 运 输 也 方 便 。 但 这 种 塔 架 会 使 下 风 向 风力 机 的 叶 片 产 生 很 大 的 紊 流 。 管 柱 型 和 桁 架 型 如 图 ： 3、 机 舱 4、 齿 轮 箱n 对 于 容 量 较 大 的 风 电 机 组 ， 因 风 轮 转 速 很 低 ， 远 达不 到 发 电 机 发 电 的 要 求 ， 往 往 通 过 齿 轮 箱 的 增 速 作用 来 实 现 。 而 并 网 运 行 的 发 电 机 必 须 要 求 再 同 步 转速 左 右 才 能 运 行 ， 故 风 力 发 电 机 组 一 般 都 在 主 轴 与发 电 机 之 间 安 装 有 增 速 传 动 机 构 。 风 力 机 的 传 动 机构 一 般 包 括 低 速 轴 、 高 速 轴 、 齿 轮 箱 、 联 轴 节 和 制动 器 等 。 风 力 发 电 机 组 中 的 齿 轮 箱 也 称 为 增 速 箱 。n 齿 轮 箱 的 主 要 功 能 就 是 将 风 轮 在 风 力 作 用 下 所 产生 的 动 力 传 递 给 发 电 机 并 使 其 得 到 相 应 转 速 。 齿 轮箱 对 于 大 型 风 力 发 电 机 ， 由 于 限 制 其 转 速 ， 传 动装 置 的 增 速 比 一 般 为 4050。 这 样 ， 可 以 降 低 发电 机 重 量 ， 从 而 降 低 成 本 。 5、 偏 航 系 统 用 来 调 整 风 力 机 的 风 轮 叶 片 旋 转 平 而 与 空 气 流 动 方向 相 对 位 置 的 机 构 。 因 为 当 风 轮 叶 片 旋 转 平 面 与 气流 方 向 垂 直 时 ， 也 即 是 迎 着 风 向 时 ， 风 力 机 从 流 动的 空 气 中 获 取 的 能 量 最 大 ， 因 而 风 力 机 的 输 出 功 率最 大 ， 所 以 调 向 机 构 又 称 为 迎 风 机 构 (通 称 偏 航 系统 )。 整 个 偏 航 系 统 由 电 动 机 及 减 速 机 构 、 偏 航 调节 系 统 和 扭 缆 保 护 装 置 等 部 分 组 成 。 偏 导 航 系 统 的 作 用n 偏 航 系 统 的 主 要 作 用 有 两 个 ： 1) 与 风 力 发 电 机 组 的 控 制 系 统 相 互 配 合 ， 使 风 发电 机 组 的 风 轮 始 终 处 于 迎 风 状 态 ， 充 分 利 用 风 能 ，提 高 风 力 发 电 机 组 的 发 电 效 率 ； 2) 提 供 必 要 的 锁 紧 力 矩 ， 以 保 障 风 力 发 电 机 组 的 安全 运 行 。 （ 四 ） 发 电 机n 发 电 机 的 作 用 ， 是 利 用 电 磁 感 应 现 象 把 由 风 轮 输出 的 机 械 能 转 变 为 电 能 。n 发 电 机 有 基 本 类 型 ： 普 通 异 步 风 力 发 电 机 组 双 馈 异 步 风 力 发 电 机 组 直 驱 式 同 步 风 力 发 电 机 组 （ 含 永 磁 发 电 机 和 直 流励 磁 发 电 机 ） 混 合 式 风 力 发 电 机 组 1、 普 通 异 步 风 力 发 电 机 组技 术 特 点 ：1、 叶 轮 转 速 较 低 ， 一 般 为 每 分 钟 十 几 转 ， 需 要 齿 轮箱 增 速 ，转 子 绕 组 短 路 ， 结 构 一 般 为 鼠 笼 结 构 ；2、 转 子 转 速 固 定 ， 风 能 利 用 率 低 ， 其 转 速 由 齿 轮 箱传 动 比 和 发 电 机 极 对 数 决 定 ；3、 转 子 电 流 产 生 的 旋 转 磁 场 的 转 速 高 于 同 步 速 运 行 ；4、 发 电 机 定 子 直 接 与 电 网 连 接 ， 启 动 时 产 生 很 大 启动 电 流 ， 其 配 置 启 动 装 置 。5、 从 系 统 吸 收 大 量 无 功 ， 需 配 置 无 功 补 偿 装 置 。结 构 简 单 ， 控 制 方 便 。 2、 双 馈 式 异 步 风 力 发 电 机 组技 术 特 点 ：1、 叶 轮 转 速 较 低 ， 一 般 为 每 分 钟 十 几 转 ，需 要 齿 轮 箱 增 速 ；2、 转 子 绕 组 通 过 电 滑 环 或 采 用 绕 线 结 构与 电 力 电 子 换 流 装 置 连 接 ； 3、 通 过 电 力 电 子 换 流 装 置 的 控 制 作 用 ， 可 以 调 节 控制 发 电 机 转 子 电 流 和 电 磁 转 矩 ， 从 而 使 转 子 转 速可 随 风 速 的 变 化 而 改 变 ， 使 风 力 发 电 系 统 获 得 最大 风 能 捕 获 效 率 ， 风 能 利 用 率 高 ；4、 在 低 风 速 时 ， 发 电 机 转 子 低 于 同 步 速 运 行 ， 发 电机 转 子 绕 组 通 过 换 流 器 向 发 电 机 馈 入 励 磁 功 率 ；在 高 风 速 时 ， 发 电 机 转 子 高 于 同 步 速 运 行 ， 发 电机 转 子 绕 组 向 换 流 器 输 出 励 磁 功 率 ；5、 直 接 与 电 网 连 接 ， 由 于 转 子 电 流 可 控 ， 因 此 可 以实 现 风 力 发 电 机 平 滑 并 网 。 3、 直 驱 式 同 步 风 力 发 电 机 组 技 术 特 点 ：1） 叶 轮 转 速 较 低 ， 一 般 为 每 分 钟 十 几 转 ， 转子 绕 组 通 过 增 加 极 对 数 来 降 低 同 步 转 速 ， 从 而避 免 了 齿 轮 箱 损 耗 ；2） 同 步 电 机 励 磁 系 统 可 采 用 直 流 电 励 磁 或 永磁 体 励 磁 方 式 ， 由 于 转 子 极 对 数 较 多 ， 电 机 外尺 寸 较 大 且 较 重 ， 不 方 便 运 输 和 吊 装 。 3） 对 于 直 流 电 励 磁 方 式 的 同 步 电 机 ， 转 子 转 速 的 调节 可 以 通 过 控 制 励 磁 电 流 的 大 小 来 控 制 电 磁 转 矩 ，从 而 使 风 力 发 电 系 统 获 得 最 大 风 能 捕 获 效 率 ； 对 于永 磁 同 步 电 机 ， 可 以 通 过 调 节 直 流 电 压 的 方 式 来 控制 电 磁 转 矩 ， 从 而 使 风 力 发 电 系 统 获 得 最 大 风 能 捕获 效 率 ， 风 能 利 用 率 高 ；4） 对 于 直 流 励 磁 方 式 的 同 步 电 机 ， 励 磁 损 耗 较 小 ；对 于 永 磁 同 步 电 机 ， 则 存 在 永 磁 材 料 的 消 磁 现 象 。5） 通 过 电 力 电 子 换 流 器 与 电 网 连 接 ， 吸 收 或 输 出 功率 可 调 ， 因 此 可 以 实 现 风 力 发 电 机 平 滑 并 网 。6） 电 网 侧 换 流 器 采 用 空 间 矢 量 控 制 技 术 ， 可 以 实 现发 电 机 有 功 功 率 和 无 功 功 率 的 解 藕 控 制 ， 能 够 独 立调 节 发 电 机 向 系 统 吸 收 或 发 出 无 功 。 结 构 、 控 制 系统 复 杂 。 以 上 风 电 机 组 优 缺 点 比 较 表风 电 机 组 类 型 优 点 缺 点 普 通 异 步 风 力发 电 机 组 结 构 简 单 ， 控 制 方 便 1、 采 用 齿 轮 箱 ， 故 障 率 高 ， 维 护 困 难 ；2、 风 能 利 用 率 低 ；3、 启 动 电 流 大 ， 需 配 置 启 动 装 置 ；4、 消 耗 大 量 无 功 ， 需 要 从 电 网 输 入 无 功 ；双 馈 异 步 风 力发 电 机 组 1、 可 以 实 现 变 速 运 行 ， 获 得 最 大风 能 利 用 率 ；2、 输 出 电 流 可 控 ， 无 需 启 动 装 置 ；3、 可 以 吸 收 或 发 出 无 功 ； 1、 采 用 齿 轮 箱 ， 故 障 率 高 ， 维 护 困 难 ；2、 有 励 磁 功 率 损 耗 ；3、 结 构 复 杂 ， 控 制 系 统 复 杂 ； 永 磁 同 步 风 力发 电 机 组 1、 可 以 实 现 变 速 运 行 ， 获 得 最 大风 能 利 用 率 ；2、 输 出 电 流 可 控 ， 无 需 启 动 装 置 ；3、 可 以 吸 收 或 发 出 无 功 ；4、 无 励 磁 功 率 损 耗 ； 1、 电 机 体 积 大 、 重 量 大2、 采 用 全 功 率 电 力 电 子 设 备 ， 价 格 稍 贵 ；3、 结 构 复 杂 ， 控 制 系 统 复 杂 ；4、 永 磁 体 有 消 磁 现 象 直 流 励 磁 同 步风 力 发 电 机 组 1、 可 以 实 现 变 速 运 行 ， 获 得 最 大风 能 利 用 率 ；2、 输 出 电 流 可 控 ， 无 需 启 动 装 置 ；3、 可 以 吸 收 或 发 出 无 功 1、 电 机 体 积 大 、 重 量 大2、 采 用 全 功 率 电 力 电 子 设 备 ， 价 格 稍 贵 ；3、 有 励 磁 功 率 损 耗 ；4、 结 构 复 杂 ， 控 制 系 统 复 杂 ； 双 馈 、 永 磁 和 直 流 励 磁 风 力 发 电 机 外 观 图双 馈 风 力 发 电 机 外 观 特 点 ： 机 舱 细 长 直 驱 永 磁 风 力 发 电 机外 观 特 点 ： 机 舱 短 粗 直 流 励 磁 风 力 发 电 机外 观 特 点 ： 机 舱 臃 肿 （ 四 ） 控 制 系 统 主 要 功 能1） 按 预 先 设 定 的 风 速 值 (一 般 为 34m s)自 动 启 动 风 力发 电 机 组 ， 并 通 过 软 启 动 装 置 将 异 步 发 电 机 并 人 电 网 。2） 借 助 各 种 传 感 器 自 动 检 测 风 力 发 电 机 组 的 运 行 参 数 及状 态 ， 包 括 风 速 、 风 向 、 风 力 机 风 轮 转 速 、 发 电 机 转速 、 发 电 机 温 升 、 发 电 机 输 出 功 率 、 功 率 因 数 、 电 压 、电 流 等 以 从 齿 轮 箱 轴 承 的 油 温 、 液 压 系 统 的 油 压 等 。3） 当 风 速 大 干 最 大 运 行 速 度 (一 般 设 定 为 25m s)时 实 现自 动 停 机 。4） 故 障 保 护 。5） 通 过 光 缆 或 电 话 线 互 相 连 接 。 风 机 控 制 方 式 及 内 容n 一 个 完 整 的 风 力 发 电 机 组 通 常 由 风 轮 、 增 速 齿 轮箱 、 风 力 发 电 机 、 机 座 、 塔 架 、 调 速 器 、 调 向 器 、停 车 制 动 器 、 控 制 系 统 等 构 成 ， 为 使 风 力 机 组 能够 稳 定 运 行 ， 必 须 对 其 进 行 有 效 的 控 制 。 考 虑 到风 力 发 电 机 组 的 特 殊 性 ， 按 重 要 性 的 顺 序 ， 控 制器 应 依 次 满 足 以 下 要 求 ：1） 风 能 转 换 系 统 是 稳 定 的 ；2） 运 行 过 程 中 ， 在 各 种 不 确 定 的 的 因 素 如 阵 风 、剪 切 风 、 负 载 变 化 作 用 下 具 有 鲁 棒 性 ；3） 控 制 代 价 小 ， 即 对 不 同 输 入 信 号 的 幅 值 有 一定 限 制 ， 如 调 向 的 时 间 等 ； 4） 最 大 限 度 地 将 风 能 转 换 为 电 能 ， 即 在 额 定 风 速 以下 ， 可 能 使 发 电 机 在 每 一 种 风 速 时 ， 输 出 的 电 功 率 达到 最 大 ， 额 定 风 速 以 上 时 则 保 持 输 出 电 功 率 为 常 量 ； 5） 风 力 发 电 机 输 出 的 电 功 率 保 持 恒 压 恒 频 ， 有 较 高的 电 能 品 质 质 量 。n 风 力 发 电 机 组 控 制 目 标 有 很 多 项 ， 控 制 方 法 多 种 多样 ， 按 控 制 对 象 划 分 大 致 可 分 为 偏 航 系 统 、 发 电 机并 网 控 制 系 统 、 发 电 机 功 率 控 制 系 统 、 电 容 器 控 制系 统 等 等 ， 其 中 两 个 核 心 问 题 是 ： 风 能 的 最 大 捕 获以 提 高 风 能 转 换 效 率 以 及 改 善 电 能 质 量 问 题 。 由 风力 机 最 大 风 能 捕 获 的 运 行 原 理 可 知 ， 若 风 速 越 高 ，则 与 之 相 对 应 的 风 力 机 转 速 越 高 。 但 受 风 电 机 组 转速 极 限 、 功 率 极 限 等 限 制 ， 风 力 机 转 速 不 可 能 太 高 。 n 因 此 ， 为 实 现 最 大 风 能 捕 获 ， 风 力 机 有 三 种 典 型的 运 行 状 态 ： 低 风 速 段 实 行 变 速 运 行 ， 可 保 持一 个 恒 定 的 风 能 利 用 系 数 Cp值 ， 根 据 风 速 变 化 控制 风 力 机 转 速 ， 使 叶 尖 速 比 不 变 ， 直 到 转 速 达 到极 限 ； 转 速 达 到 极 限 后 ， 风 速 进 一 步 加 大 时 ，按 恒 定 转 速 控 制 风 力 机 运 行 ， 直 到 输 出 最 大 功 率 ，此 时 的 风 能 Cp不 一 定 是 最 大 值 ； 超 过 额 定 风 速时 ， 输 出 功 率 达 到 极 限 ， 按 恒 功 率 输 出 调 节 风 力机 。 （ 五 ） 风 的 能 量 与 测 量产 生 能 量 的 基 本 要 素 ： 风 具 有 一 定 的 质量 和 速 度 。风 能 的 一 些 主 要 特 性 参 数 ： 如 风 能 、 风 能 密度 、 风 速 与 风 级 、 风 向 与 风 频 以 及 风 的 测 量 等 。1） 风 能 ： 空 气 运 动 产 生 的 动 能 称 为 “ 风 能 ” 。2） 风 能 密 度 ： 单 位 时 间 内 通 过 单 位 截 面 积 的 风能 。 3） 风 速 与 风 级 ： 风 速 就 是 空 气 在 单 位 时 间 内 移 动的 距 离 ， 国 际 上 的 单 位 是 米 秒 (m/s)或 千 米 小时 (km h)。 分 13级4） 风 向 与 风 频 ： 通 常 把 风 吹 来 的 地 平 方 向 定 为 风的 方 向 ， 即 风 向 。 风 频 是 指 风 向 的 频 率 ， 即 在 一定 时 间 内 某 风 向 出 现 的 次 数 占 各 风 向 出 现 总 次 数的 百 分 比 ，5） 风 的 测 量 ： 风 的 测 量 仪 器 主 要 有 风 向 器 、 杯 形风 速 器 和 三 杯 轻 便 风 向 风 速 表 等 。 1、 风 中 的 能 量风 中 蕴 含 的 能 量 是 动 能 ， 故P=1/2AV3n 可 用 风 能 与 风 速 的 立 方 成 正 比 ， 风 速 的 轻 微 增 加会 导 致 功 率 的 显 著 增 加n 风 力 与 海 平 面 1.225kg/m3处 的 空 气 比 重 成 正 比n 风 能 还 受 气 压 及 温 度 的 影 响 （ 大 约 10-15%）n 风 能 还 与 叶 轮 扫 略 面 积 成 正 比 2、风力机的主要特性系数1） 功 率 系 数 （ Cp）描 述 风 机 将 风 能 转换 为 机 械 能 的 效 率2）叶尖速比为了表示风轮在不同风速中的状态，用叶片圆周速度与风速比来衡量，称叶尖速比 vRn 2 其 中：R 叶 轮 的 半 径 ，n 叶 轮 的 机 械 转 的 圈 数 ，V 作 用 于 风 力 机 的 迎 面 风速 。 输 入 的 风 能 可 能 提 取 的 风 能pC风 中 的 能 量 无 法 全 部 被 风 机转 换 ， 其 理 论 最 高 限 度 Cp（ max） =0.593， 通 常 被 称为 贝 茨 因 数 。 3、 叶 尖 速 比 的 影 响n 风 能 利 用 系 数Cp与 风 力 机 叶尖 速 比 的 对 应关 系 ： 4、 风 轮 的 功 率 输 出n 风 力 机 采 集 风 能 的 基 本 计 算 公 式P=(Cp v3 A)/2其 中 ，Cp为 风 能 利 用 系 数 （ Power Coefficient） ， 表 示 风机 捕 获 风 能 的 能 力 ， Cp = Pcapture / Pwind为 空 气 密 度 (kg/m3)， 与 海 拔 、 水 汽 压 （ 即 湿 度 ）v为 风 速 (m/s)， 通 常 按 轮 毂 高 度 处 风 速 计 算A为 叶 轮 扫 风 面 积 (m 2)， 5、 风 力 机 的 频 率 和 电 压 控 制n 交 流 发 电 机 中 的 绕 组通 过 交 变 磁 极 产 生 交流 电 。 交 流 电 的 频 率由 发 电 机 转 速 决 定 ：其 中 p 发 电 机 的 磁 极 对 数 ，n 发 电 机 的 转 速 ，f 交 流 电 的 频 率 。 （ 六 ）风 力 发 电 机 组 分 为 定 桨 距 与 变 桨 距 机 组 。n 定 桨 距 风 力 发 电 机 组 的 功 率 调 节 完 全 依 靠 叶 片 的气 动 特 性 。 这 种 机 组 的 输 出 功 率 随 风 速 的 变 化 而变 化 ， 当 风 速 超 过 额 定 风 速 时 ， 通 过 叶 片 的 失 速或 偏 航 控 制 降 低 风 能 转 换 系 数 Cp， 从 而 维 持 功 率恒 定 。n 变 桨 距 变 速 调 节 型 变 桨 距 机 组 为 了 尽 可 能 提 高 风力 机 风 能 转 换 效 率 和 保 证 风 力 机 输 出 功 率 平 稳 ，风 力 机 可 由 轮 毂 舱 内 叶 片 根 部 的 液 压 装 置 或 电 动机 构 进 行 桨 距 调 整 。 变 桨 距 风 力 发 电 机 组 的 功 率调 节 不 完 全 依 靠 叶 片 的 气 动 特 性 ， 它 要 依 靠 与 叶片 相 匹 配 的 叶 片 攻 角 改 变 来 进 行 调 节 。 1、 定 桨 距 失 速 调 节 型 机 组n 一 般 用 同 步 电 机 或 者 鼠 笼 式 异 步 电 机 通 过 定 桨 距 失 速 控 制 的 风 轮 机 使 发 电 机 的转 速 保 持 在 恒 定 的 数 值 。n 继 而 使 风 电 机 并 网 后 定 子 磁 场 旋 转 频 率 等于 电 网 频 率 转 子 、 叶 轮 的 变 化 范 围 小 ， 捕获 风 能 的 效 率 低 。 2、 变 桨 距 变 速 调 节 型 机 组n 一 般 采 用 双 馈 电 机 或 者 永 磁 同 步 电 机 通 过 调 速 器 和 变 桨 距 控 制 相 结 合 的 方 法 使 叶 轮 转 速 可 以 跟 随 风 速 的 变 化 在 很 宽 的 范 围 内 变 化 ， 保持 最 佳 叶 尖 速 比 运 行 ， 从 而 使 风 能 利 用 系 数 在 很大 的 风 速 变 化 范 围 内 均 能 保 持 最 大 值 ， 能 量 捕 获效 率 最 大 。n 发 电 机 发 出 的 电 能 通 过 变 流 器 调 节 ， 变 成 与 电 网 同 频 、 同 相 、 同 幅 的 电 能 输 送 到 电 网 。 3、 变 桨 变 速 风 电 机 组 的 动 力 驱 动n 目 前 流 行 的 变 速 变 桨 风 电 机 组 的 动 力 驱 动 系 统 主要 有 两 种 方 案 ： 1） 升 速 齿 轮 箱 绕 线 式 异 步 电 动 机 双 馈 变 流 器 。 2） 无 齿 轮 箱 的 直 接 驱 动 低 速 永 磁 发 电 机 全 功 率 变流 器 。n 两 个 方 案 各 有 优 缺 点 ： 1） 前 者 采 用 高 速 电 机 ， 体 积 小 ， 重 量 轻 ， 双 馈变 流 器 的 容 量 仅 与 电 机 的 转 差 容 量 相 关 ， 效 率 高 、价 格 低 廉 ， 缺 点 是 升 速 齿 轮 箱 价 格 贵 ， 噪 音 大 、易 疲 劳 损 坏 。 2) 后 者 无 齿 轮 箱 ， 可 靠 性 高 ， 但 采 用 低 速 永 磁电 机 ， 体 积 大 ， 造 价 高 ， 变 流 器 需 要 全 功 率 ， 成本 提 高 。 变 速 恒 频 方 式 一 ： 永 磁 同 步 直 驱变 流 器 将 风 电 机 组 定 子 能 量 输 出 到 系 统变 流 器 容 量 等 于 风 电 机 组 容 量 变 速 恒 频 方 式 二 ： 变 流 励 磁 双 馈 变 流 器 连 接 风 电 机 组 专 子 ， 交 换 转 差 功 率 变 流 器 容 量 为 风 电 机 组 容 量 的 1/31/2 就 到 这 里 吧 。 休 息 ， 休 息 一 下 ！