风力发电技术基础

前言

第1章可再生能源发电技术

1.1可再生能源

1.1.1能源的分类

1.1.2可再生能源概述

1.1.3我国可再生能源的现状

1.2发电技术

1.2.1发电技术基础

1.2.2可再生能源发电技术基础

本章小结

习题

第2章风力发电的历史与现状

2.1风力机的起源

2.1.1世界各国风力机的起源

2.1.2我国风力机的起源

2.2风力发电机的发展历史

2.3风力发电机的发展现状

2.4我国风力发电的发展

2.4.1我国风力发电的起步

2.4.2我国风力发电的现状

2.4.3我国风力发电的规划

本章小结

习题

第3章风能基础

3.1风

3.1.1风的形成

3.1.2风的等级

3.1.3风的参数

3.1.4风的特性

3.2风能

3.2.1风能参数

3.2.2风能资源的特点

3.2.3风能资源的评估

3.2.4我国风能资源

本章小结

习题

第4章风力发电系统

4.1风力发电基础

4.2风力发电机的结构

4.2.1小型风力发电机

4.2.2风力发电机组

4.3风力发电机的分类

4.4风力发电系统

4.4.1小型风力发电系统

4.4.2大型风力发电系统

4.5风力发电机组的运行

4.5.1主要参数的监测

4.5.2机组运行的工作状态

本章小结

习题

第5章风电场

5.1风电场概述

5.2风电场选址原则

5.2.1风电场宏观选址

5.2.2风电场微观选址

5.2.3海上风电场选址原则

5.3风力发电机组的选择

5.3.1各种机型的优缺点

5.3.2风力发电机组选型考虑的

因素

5.4我国主要风电场

本章小结

习题

第6章空气动力基础

6.1风力机能量转换的基本理论

6.1.1贝茨理论

6.1.2特性参数

6.1.3动量理论

6.2翼型的空气动力学基础

6.2.1空气动力学的基本概念

6.2.2翼型的基本参数

6.2.3翼型的空气动力

6.3叶片分析的基本理论

6.3.1叶素理论

6.3.2涡流理论

本章小结

习题

第7章变流技术基础

7.1变流技术

7.1.1电力电子器件

7.1.2功率MOS场效应晶体管

7.1.3绝缘栅双极晶体管

7.2整流技术

7.2.1整流电路的分类

7.2.2整流电路

7.2.3PWM整流电路

7.3斩波技术

7.4逆变技术

7.5开关技术

7.6典型变流系统

7.6.1不可控整流 Boost

逆变方案

7.6.2背靠背双PWM方案

本章小结

习题

第8章机械传动基础

8.1轴的基础知识

8.1.1轴的类型及其特点

8.1.2轴的结构

8.1.3轴的材料

8.1.4轴的参数

8.2轴承

8.2.1轴承基础

8.2.2滑动轴承

8.2.3滚动轴承

8.3联轴器

8.3.1固定式联轴器

8.3.2刚性可移式联轴器

8.3.3弹性联轴器

8.4齿轮传动基础

8.4.1齿轮

8.4.2轮系

8.4.3齿轮机构

8.4.4齿轮传动

本章小结

习题

第9章液压传动基础

9.1液压传动基础知识

9.1.1液压传动原理和组成

9.1.2液压传动的基本参数

9.1.3液压传动的特点

9.2液压传动系统的元件

9.2.1动力元件

9.2.2执行元件

9.2.3控制元件

9.2.4辅助元件

9.3液压基本回路

9.3.1方向控制回路

9.3.2压力控制回路

9.3.3速度控制回路

本章小结

习题

第10章通信基础

10.1通信基本概念

10.2通信网络

10.2.1通信网络基础

10.2.2通信网络的拓扑结构

10.2.3通信协议

10.3工业以太网通信技术

本章小结

习题

第11章风力发电对电网的影响

11.1风电接入容量

11.2风力发电对电能质量的影响

11.2.1电压偏差

11.2.2电压变动和闪变

11.2.3谐波

11.3风力发电对电能稳定性的影响

11.3.1电压稳定性

11.3.2频率稳定性

11.4风力发电的其他影响

本章小结

习题

参考文献2100433B

目前国内外风力发电发展迅猛，需要大批的专业技术人才。为切实培养风力发电行业所需的技术人才，编写了本书。本书依据风力发电职业岗位能力的要求，内容的选取与风力发电行业密切结合，旨在培养风力发电技术紧缺人才。本书较全面地涵盖了风力发电行业所需的相关技术基础知识，主要包括可再生能源发电、风力发电的历史与现、风能基础、风力发电系统、风电场、空气动力基础、变流技术基础、机械传动基础、液压传动基础、通信基础和风力发电对电网的影响等相关基础知识，并为《风力发电机组运行与维护》（ISBN:978～7—111～55816～3）奠定知识基础。本书可作为高等专科学校及应用型本科院校的风力发电工程技术、风电系统运行与维护及相关专业的教材，也可作为风力发电技术人员的培训教材和自学参考书。为方便教学，本书提供免费电子教案及习题参考答案。

通常人们认为，风力发电的功率完全由风力发电机的功率决定，总想选购大一点的风力发电机，而这是不正确的。目前的风力发电机只是给电瓶充电，而由电瓶把电能贮存起来，人们最终使用电功率的大小与电瓶大小有更密切的关系。功率的大小更主要取决于风量的大小，而不仅是机头功率的大小。在内地，小的风力发电机会比大的更合适。因为它更容易被小风量带动而发电，持续不断的小风，会比一时狂风更能供给较大的能量。当无风时人们还可以正常使用风力带来的电能，也就是说一台200W风力发电机也可以通过大电瓶与逆变器的配合使用，获得500W甚至1000W乃至更大的功率出。

使用风力发电机，就是源源不断地把风能变成我们家庭使用的标准市电，其节约的程度是明显的，一个家庭一年的用电只需20元电瓶液的代价。而现在的风力发电机比几年前的性能有很大改进，以前只是在少数边远地区使用，风力发电机接一个15W的灯泡直接用电，一明一暗并会经常损坏灯泡。而现在由于技术进步，采用先进的充电器、逆变器，风力发电成为有一定科技含量的小系统，并能在一定条件下代替正常的市电。山区可以借此系统做一个常年不花钱的路灯；高速公路可用它做夜晚的路标灯；山区的孩子可以在日光灯下晚自习；城市小高层楼顶也可用风力电机，这不但节约而且是真正绿色电源。家庭用风力发电机，不但可以防止停电，而且还能增加生活情趣。在旅游景区、边防、学校、部队乃至落后的山区，风力发电机正在成为人们的采购热点。无线电爱好者可用自己的技术在风力发电方面为山区人民服务，使人们看电视及照明用电与城市同步，也能使自己劳动致富。

2009年5月，国家投资3万亿资金支持新能源，特别是风力发电行业。国家大力支持风电的发展！

前言

第一章风力发电机组概述1

第一节风能的利用1

一、风能的特点1

二、衡量风能的主要指标2

三、我国风能分布的特点3

四、风力发电常识3

第二节风力发电机组的组成、铭牌数据及

运行方式6

一、风力发电机组的组成6

二、风力发电机组的铭牌数据10

三、风力发电机组的运行方式10

第三节风力发电机组的要求、试验及

检验规则11

一、风力发电机组的要求11

二、风力发电机组及其零部件的试验及

检验规则16

复习思考题17

第二章叶片18

第一节叶片的技术要求18

一、叶片的设计要求18

二、叶片的标识和使用维护说明书19

第二节叶片的典型结构19

一、风力发电机组叶片的种类19

二、叶片的结构组成20

三、叶片图样与参数23

四、叶片的防雷结构26

复习思考题27

第三章风轮轮毂与变桨系统28

第一节风轮轮毂28

一、轮毂的技术要求28

二、风轮轮毂的结构29

第二节变桨系统30

一、变桨系统概述30

二、变桨装置的结构32

三、变桨机构的零部件35

第三节电动变桨控制系统38

一、概述38

二、变桨控制系统的技术要求41

三、系统的软件设计46

复习思考题49

第四章风轮轴与齿轮箱50

第一节风轮轴与齿轮箱的技术要求及

典型结构50

一、齿轮箱和风轮轴的工作特点50

二、风力发电机组的传动链50

三、齿轮箱和风轮轴的技术要求53

四、齿轮箱的结构54

五、风力发电机组专用齿轮箱54

第二节齿轮箱的主要零部件55

一、齿轮箱体和风轮轴轴承支架55

二、齿轮56

三、齿轮箱轴和风轮轴57

四、轴承57

第三节齿轮箱的润滑与监控59

一、齿轮箱的润滑要求59

二、齿轮箱的润滑系统62

三、润滑系统的监控62

四、齿轮箱的监控系统64

五、齿轮箱的附件65

复习思考题65

第五章发电机66

第一节发电机概述66

一、发电机的结构和工作原理66

二、风力发电用发电机的特殊性67

三、风力发电用发电机的选型68

第二节风力发电专用发电机70

一、异步发电机70

二、双馈型异步发电机74

三、永磁直驱型同步发电机78

复习思考题83

第六章制动系统84

第一节制动系统概述84

一、制动器的工作原理84

二、制动系统的组成85

三、风力发电机组制动系统的技术要求85

四、风力发电机组的制动方式86

五、风力发电机组的制动形式和制动系统

的组成原则88

第二节机械制动器的结构88

一、钳盘式制动器88

二、机械制动装置的技术要求90

三、风力发电机用钳盘式制动器90

四、制动系统零部件的要求90

第三节制动系统的控制要求91

一、制动系统的控制方式92

二、制动系统的工作方式92

三、制动系统的操作模式93

四、制动系统的其他要求93

复习思考题93

第七章液压系统94

第一节液压系统概述94

一、液压装置的工作原理94

二、液压技术的主要特点94

三、液压系统的基本组成95

四、液压系统原理图95

五、液压伺服系统的工作原理97

第二节风力发电机组液压系统的类型97

一、定桨距风力发电机组的液压系统97

二、变桨距风力发电机组的液压系统99

第三节风力发电机组对液压系统及零部件

的要求102

一、风力发电机组液压系统的基本

组成102

二、风力发电机组对液压系统的基本

要求102

三、风力发电机组液压系统的技术

要求103

四、对液压执行元件的要求106

五、液压泵装置要求106

六、油箱装置要求106

七、其他附件要求107

八、液压管路要求108

九、控制装置要求108

复习思考题109

第八章支撑系统110

第一节机舱与底盘110

一、机舱与轮毂罩110

二、底盘112

第二节偏航系统114

一、概述114

二、偏航系统的组成与结构115

三、偏航系统的控制要求121

四、偏航系统的软硬件123

第三节塔架129

一、塔架的使用与设计要求129

二、塔架的类型132

复习思考题134

第九章控制系统135

第一节风力发电机组控制系统概述135

一、风力发电机组的控制目标135

二、控制系统的主要组成136

三、控制系统的常见类型137

四、控制系统的一般要求141

第二节两类典型控制系统的技术要求142

一、恒速恒频控制系统142

二、变速恒频控制系统151

第三节控制系统的主要功能155

第四节安全保护系统162

一、安全保护系统的设计原则162

二、控制系统安全运行的技术要求163

三、控制系统的安全保护功能164

第五节远程监控系统168

一、远程监控系统的结构168

二、上、下位机的通信169

三、抗干扰措施171

四、监控软件的编制171

第六节低电压穿越控制173

一、低电压穿越问题的提出173

二、国家标准对低电压穿越的要求174

三、电网电压跌落与恢复时对不同风力

发电机组暂态的影响175

四、低电压穿越功能的实现方法176

复习思考题181

第十章变流器182

第一节变流器概述182

一、逆变器182

二、风力发电机组变流器的主要技术183

三、变流技术在风力发电机组中的

应用184

第二节双馈型机组变流器185

一、双馈型机组变流器的工作原理185

二、双馈型机组交直交电压型变流器的

技术要求187

第三节永磁直驱型机组变流器188

一、永磁直驱型机组全功率并网

变流器189

二、全功率交—直—交电压型变流器的

技术要求190

复习思考题1922100433B