《风力发电基础》

第1章绪论1

1.1能源与清洁能源1

1.1.1人类对能源的需求1

1.1.2能源的种类2

1.1.3清洁能源的特点及应用4

1.2风能利用史5

1.2.1风力发电技术出现以前的风能利用5

1.2.2风力发电发展简史7

1.3风力发电的特点9

1.3.1风力发电的意义9

1.3.2风力发电的特点10

1.3.3风力发电存在的问题10

1.4风力发电的现状与发展趋势11

1.4.1世界风力发电的现状11

1.4.2中国风力发电的现状13

1.4.3风力发电的发展趋势14

习题15

第2章风力发电基础理论16

2.1风的测量16

2.1.1风的形成及其特点16

2.1.2风向测量21

2.1.3风速测量22

2.2风力发电机原理23

2.2.1风力机基本结构特征23

2.2.2风力发电机能量转换过程29

2.3风力机的基本参数与基本理论31

2.3.1风力机空气动力学的基本概念31

2.3.2风力机基本理论35

2.3.3风力机性能参数38

2.4风力发电机种类与特性40

2.4.1风力发电机分类40

2.4.2风力发电系统的种类及特征42

实训1风速风向仪安装调试45

实训2小型风力发电机性能测试46

习题47

第3章水平轴风力发电机48

3.1水平轴风力发电机工作原理48

3.1.1水平轴风力发电机运行过程48

3.1.2水平轴风力发电机的功率控制59

3.2水平轴风力发电机结构分析67

3.2.1小型风力发电机基本结构68

3.2.2大中型风力发电机基本结构69

实训3水平轴风力发电机机头组装77

实训4水平轴风力发电机控制器组装80

实训5水平轴风力发电机安装调试81

习题82

第4章垂直轴风力发电机83

4.1垂直轴风力发电机组基本概念84

4.1.1垂直轴风力发电机组的分类84

4.1.2垂直轴风力机的工作原理88

4.1.3垂直轴风力发电机组的基本结构90

4.2垂直轴风力发电机原理分析90

4.2.1垂直轴风力发电机的叶片翼型90

4.2.2垂直轴风机气动性能研究进展94

4.2.3垂直轴风机叶轮气动性能模型96

4.3垂直轴风力发电机组设计与实验97

4.3.1垂直轴发电机组设计97

4.3.2垂直轴风电机组实验100

4.4垂直轴风力发电机的最新应用101

实训6垂直轴风力发电机机头组装102

实训7垂直轴风力发电系统安装调试103

习题105

第5章独立运行的风力发电系统106

5.1独立运行风力发电系统的组成106

5.1.1独立运行风力发电机组的构成106

5.1.2独立运行风力发电机组的供电方式108

5.2独立运行风力发电系统的储能装置110

5.2.1蓄电池的种类及其型号110

5.2.2蓄电池的主要性能参数110

5.2.3铅酸蓄电池114

5.2.4其他种类蓄电池117

5.2.5蓄电池组的串并联119

5.2.6蓄电池组容量选择与计算120

5.2.7其他形式的蓄能装置122

5.3独立运行风力发电系统的控制系统124

5.3.1风力发电控制器的分类和基本参数124

5.3.2控制器的基本工作原理及总体结构126

5.3.3控制系统的功能126

5.3.4风力发电机常规控制内容127

5.3.5控制系统对蓄电池充放电的控制机理130

5.4独立运行风力发电系统的逆变装置132

5.4.1逆变器的工作原理132

5.4.2逆变器的基本技术参数133

5.4.3逆变器的选用135

5.5独立运行风力发电系统的供电系统136

5.5.1直流系统136

5.5.2交流系统137

5.6独立运行风力发电系统维修与保养及常见故障137

5.6.1风力发电机组维修与保养的主要内容138

5.6.2风力发电机组的常见故障类型138

实训8独立运行风力发电系统原理140

实训9独立运行风力发电系统的偏航系统141

习题142

第6章互补运行发电系统143

6.1互补运行发电系统概述143

6.1.1主要特点143

6.1.2主要类型143

6.2风力光伏互补发电系统144

6.2.1系统的组成144

6.2.2系统的特点148

6.2.3光伏电池发电原理及其特性149

6.2.4蓄电池充电控制原理152

6.2.5系统的设计步骤154

6.2.6风光互补发电系统的应用前景155

6.3风力柴油互补发电系统157

6.3.1系统的组成158

6.3.2系统的实用性评价160

6.3.3减少系统成本的措施161

实训10风光互补发电系统的安装、调试与维护162

实训11蓄电池组的安装、常见故障检测与维护163

实训12太阳能电池发电原理研究与分析165

习题168

第7章并网运行风力发电系统169

7.1恒速恒频发电机的并网运行169

7.1.1同步发电机的并网运行控制169

7.1.2感应发电机的并网运行控制170

7.2变速恒频发电机的并网运行172

7.2.1永磁同步发电机的并网运行控制172

7.2.2双馈感应发电机的并网运行控制177

习题179

附录180

附录1风力发电场运行规程(DL/T 666—1999)180

附录2风力发电场设计技术规范(DL/T 5383—2007)183

附录3风力发电机组装配和安装规范(GB/T 19568—2004)187

附录4风力发电机组——控制器技术条件(GB/T 19069—2003)190

附录5风力发电机组——控制器试验方法(GB/T 19070—2003)201

附录6风力发电机组——偏航系统技术条件(JB/T 10425.1—2004)204

附录7风力发电机组——偏航系统试验方法(JB/T 10425.2—2004)206

附录8风力发电机组——制动系统技术条件(JB/T 10426.1—2004)210

附录9风力发电机组——制动系统试验方法(JB/T 10426.2—2004)215

参考文献219 2100433B

本书主要介绍了风力发电基础理论、水平轴与垂直轴风力发电机、独立运行与互补运行风力发电系统、并网运行风力发电系统，最后介绍了风力发电相关标准。本书深入浅出，通俗易懂，学以致用。

本书可作为职业院校风能与动力技术专业、风能与机械等专业教材，也可作为其他相关专业课程的教学参考书，还可以作为风力发电知识的普及读本，为从事风力发电领域的工程技术人员提供参考。

本书是针对风力发电专业编写的教材。书中全面介绍了风力机的发展史，世界风能发展状况，风的特性及我国的风能资源分布特点，风力机的基本组成，水平轴并网型风力机的基本工作原理，风电场项目规划与选址，风力机的选型、运输与安装，风电场与电力系统的关系，风能系统的经济评价方式，风能系统的成本构成，以及世界可再生能源状况、全球和中国的可再生能源政策。本书较全面地涵盖了风力发电相关的技术领域，从政策、风电发展史、风力机的组成、风电场的建设、风电接人电力系统、经济性评价等多方面对风电系统作了介绍。

本书覆盖范围广，概念清晰，内容丰富，深入浅出地介绍风电的技术难点，适合我国从事风电技术工作的师生、工程技术人员阅读。

第1章风能的开发与利用

1.1风力发电的历史变迁

1.2世界风力发电现状与未来

1.3我国风力发电的现状与未来

第2章风能资源

2.1气象学基础知识

2.2风的形成

2.3风的特性

2.4我国的风能资源分布特点

第3章风力发电机组

3.1风力发电机组的基本类型

3.2水平轴风力机的基本构成

3.3风力发电机组设计基础

3.4水平轴风力机的工作原理

3.5垂直轴风力机的工作原理

3.6其他风能转换系统

第4章风电场项目概述

4.1风电场项目建议书

4.2风电场项目的可行性研究

4.3风电场的风力发电机

4.4风电场场址的选择

第5章风电场与电力系统

5.1风电场容量与电力系统

5.2风电场接入系统的组成

5.3风电场和电力系统的相互影响

5.4风电场对环境的影响

5.5风电场的产能预报

第6章风能系统的经济性

6.1引言

6.2风能系统经济评价概述

6.3风能系统的资金成本

6.4运行维护成本

6.5风能价值

第7章风力发电政策

7.1世界可再生能源状况

7.2全球可再生能源政策

7.3中国能源结构与环境现状

7.4中国可再生能源政策

附录世界各国的可再生能源政策

附录1 德国可再生能源发展状况和有关法律政策

附录2 丹麦可再生能源发展状况和有关法律政策

附录3 英国可再生能源发展状况和有关法律政策

附录4 美国的可再生能源政策

附录5 印度可再生能源政策

参考文献 2100433B

第1篇 风力发电基础篇 1

第1章 风电场概述 1

1.1 风能资源 1

1.2 风电场规划 31

1.3 风电场构成与接入系统 36

第2章 风电机组电气基础 43

2.1 风电机组常用电气元件 43

2.2 磁路和铁磁材料 49

2.3 交流回路 50

2.4 整流与逆变 53

2.5 绝缘材料 58

2.6 发电机基本原理 61

2.7 风电机组电气图纸讲解 64

第3章 风电机组机械基础 69

3.1 齿轮传动 69

3.2 螺栓与紧固 78

3.3 液压与润滑 84

3.4 机械图基本知识 100

第4章 风电机组空气动力学及其设计基本要求 105

4.1 空气动力学基本概念 105

4.2 流体力学的基本方程 108

4.3 空气动力学基本理论 112

4.4 叶片翼型动力学 114

4.5 风电机组的功率调节 121

4.6 风电机组的分类及主要部件 121

4.7 风电机组设计的基本理论要求 123

4.8 风电机组性能评价参数 126

第5章 指标体系 130

5.1 风电场运行指标 130

5.2 风电机组可靠性指标 137

5.3 风电场可靠性指标 140

第6章 风电机组安全知识及常用工具的使用 141

6.1 概述 141

6.2 人员基本要求 141

6.3 作业现场要求 142

6.4 安全作业要求 145

6.5 吊装安全 147

6.6 维护检修安全 151

6.7 运行安全 155

6.8 应急处理 156

6.9 常用工具的使用 158

第2篇 风电机组专业篇 184

第7章 风力发电机组概述 184

7.1 机舱 185

7.2 机械传动系统 187

7.3 偏航系统 187

7.4 变桨距机构 188

7.5 液压和制动系统 188

7.6 发电机 188

7.7 控制系统 190

7.8 塔架与基础 190

7.9 国产风力发电机组简介 194

第8章 风 轮 196

8.1 叶片 196

8.2 轮毂 210

8.3 桨距系统 212

第9章 主 轴 220

9.1 主轴轴承布置 220

9.2 主轴的维护保养 221

第10章 联轴器与制动器 226

10.1 联轴器 226

10.2 制动系统 234

第11章 风力发电机组齿轮箱 241

11.1 齿轮箱的类型 241

11.2 齿轮箱结构和主要零部件 243

11.3 齿轮箱的使用及维护 250

11.4 齿轮箱更换的作业要求 253

第12章 三相交流发电机 264

12.1 交流发电机概述 264

12.2交流绕组 265

12.3 同步发电机 267

12.4 异步发电机 274

12.5 双馈异步发电机 277

12.6 发电机维护保养 281

第13章 偏航系统 285

13.1 解缆和纽缆保护 285

13.2 偏航计数器 285

13.3 偏航系统组成 285

13.4 运行与维护 295

13.5 异常处理 298

第14章 风力发电机组控制系统 299

14.1 风力发电机组控制技术概述 299

14.2 定桨距失速型风力发电机组控制系统 300

14.3 变速恒频风力发电机组控制系统 302

14.4 风电机组的安全系统 315

14.5 系统失电对风机的影响 317

14.6 控制系统的故障与防护 317

14.7 风电机组的参数与性能 319

第15章 安全链 320

15.1 安全链类型介绍 320

15.2 安全链节点 321

15.3 安全链特性 323

15.4 检修维护 323

第16章 变频器系统 326

16.1 风电机组变频器介绍 326

16.2 风电变频器的主要基本元件 330

16.3 风电变频器的基本结构 335

16.4 变频器的保护 337

16.5 变频器一般测试与试验 340

16.6 变频器日常检查与保养 342

16.7 异常处理 343

第17章 防雷系统 345

17.1 雷电的形成 345

17.2 雷电过电压的种类 345

17.3 防雷保护系统 345

17.4 防雷系统结构及设计要求 346

17.5 防雷系统工作原理 349

17.6 试验与检测 349

17.7 运行与维护 351

第18章 通讯系统 354

18.1 通讯方式 354

18.2 通讯系统常见故障 375

第3篇 箱式变压器专业篇 377

第19章 箱式变压器 377

19.1 变压器基本工作原理 377

19.2 变压器的技术参数 380

19.3 箱式变压器组件的结构与组件 383

19.5 箱式变压器的保护 388

19.6 箱式变压器的运行及管理 389

19.7 箱式变压器的试验及管理 392

19.8 箱式变压器运行异常及事故的处理 395

19.9 箱式变压器的检修及管理 398

19.10 电气图基本知识 401

附 件 408

附件1：DLT 796-2012 风力发电场安全规程 408

附件2：DLT 666-2012 风力发电场运行规程 414

附件3：DLT 797-2012 风力发电场检修规程 424

相关技术标准 436

参考文献 437