风力发电机组原理与应用（第2版）

第2版序

第1版前言

第一章 绪论1

第一节 风1

一、风的形成1

二、风力等级6

三、风的测量8

四、风的数学描述11

五、风能可利用区的划分19

第二节 风力发电机组20

一、风力发电机组的工作原理20

二、风力发电机组的构成和分类22

第三节 大型风力发电机组的典型结构26

一、双馈式风力发电机组26

二、直驱式永磁风力发电机组27

三、中传动比齿轮箱型（“半直驱”）机组28

第二章 风力机29

第一节 风力机动力学模型29

一、贝兹极限29

二、旋转尾流模型32

第二节 风力机的结构35

一、叶片的构造35

二、定桨距叶片叶柄结构35

三、叶片数35

四、轮毂37

第三节 叶片的空气动力特性39

一、叶片的基本几何定义39

二、作用在叶片上的空气动力41

第四节 风轮的空气动力特性43

一、风轮的几何定义与参数43

二、作用在风轮上的空气动力43

第三章 发电系统47

第一节 发电系统的构成47

一、发电系统的总体结构47

二、变压器47

三、开关电器49

四、继电器52

五、母线与电缆53

第二节 变流器55

一、电力电子器件55

二、AC-DC变换电路61

三、DC-DC变换电路66

四、DC-AC变换电路67

五、AC-AC变换电路69

六、风力发电机组变流器的应用技术71

第三节 异步发电机及其并网72

一、结构72

二、工作原理73

三、并网方式73

四、并网运行时的功率输出及无功功率补偿75

五、变速恒频技术76

第四节 同步发电机及其并网77

一、结构77

二、工作原理78

三、并网条件和方式79

四、转矩-转速特性80

五、功率调节和补偿80

六、变速恒频技术82

第五节 双馈异步发电机发电系统82

一、结构82

二、工作原理83

三、变速恒频风力发电系统89

四、背靠背恒压源PWM调制电路90

五、双馈发电机矢量控制技术91

第六节 永磁同步发电机发电系统99

一、结构99

二、发电系统101

三、变流方案101

四、变速恒频控制技术103

第四章 主传动与制动105

第一节 主传动105

一、主轴及主轴承105

二、齿轮箱106

三、联轴器114

第二节 制动118

一、机械制动119

二、空气动力制动123

第五章 变桨距、偏航与辅助系统126

第一节 变桨距系统126

一、液压变桨距系统126

二、电动变桨距系统128

三、电-液变桨距系统131

四、变桨距系统的控制132

五、叶片载荷的采集135

第二节 偏航系统135

一、偏航系统的功能135

二、偏航系统的组成和工作原理135

三、执行机构136

四、偏航系统的控制139

第三节 液压系统142

一、液压元件142

二、定桨距机组液压系统154

三、变桨距机组液压系统156

第四节 润滑与温控158

一、润滑158

二、温度控制163

第六章 控制系统167

第一节 控制系统的结构与功能167

一、控制系统的总体结构167

二、主控制器168

三、控制系统的功能170

第二节 安全保护170

一、机组运行安全保护系统171

二、微控制器抗干扰保护系统172

三、微控制器的自动检测功能172

四、安全链177

第三节 信号测量177

一、需要检测的信号177

二、主要信号测量技术178

第四节 人机界面188

一、运行操作188

二、状态显示189

三、故障监测189

第七章 风力发电机组的运行控制193

第一节 常规运行过程193

一、风力发电机组的稳态工作点193

二、风力发电机组工作状态及其转换194

三、机组的起动196

第二节 定桨距-双速发电机机组196

一、机组的控制特性196

二、运行过程200

三、双速发电机机组控制系统203

四、参数监测和处理206

第三节 变桨距-优化转差机组210

一、机组的控制特性210

二、运行状态211

三、带调整发电机转差率的变桨距系统213

四、发电机转子电流控制技术215

第四节 变速恒频机组219

一、最佳风能利用系数221

二、风力机的转矩-速度特性223

三、运行状态223

四、总体控制方式224

第八章 支撑体系228

第一节 机舱壳体228

一、机舱底盘228

二、机舱罩228

三、整流罩229

第二节 塔架229

一、塔架的分类229

二、塔架结构231

三、塔架的固有频率234

四、塔架-风轮系统振动模态235

五、搬运及安全设备237

第三节 基础238

一、陆上风力发电机组的基础238

二、海上风力发电机组的基础240

第四节 接地与避雷241

一、电气接地保护241

二、避雷系统243

第九章 风力发电机组的维护247

第一节 风力发电机组的维护概述247

一、维护周期247

二、维修所需的常用工具247

第二节 风力机的维护247

一、叶片的维护248

二、叶片轴承的维护250

三、轮毂的维护250

第三节 发电系统的维护250

一、发电机的维护及故障分析250

二、变流系统的维护及故障处理252

三、变压器的维护254

四、其他常用电气部件的维修255

第四节 主传动与制动系统的维护263

一、齿轮箱的使用及维护263

二、齿轮箱常见故障及排除266

三、联轴器的维护269

四、制动机构的维护及故障排除270

第五节 变桨距、偏航及辅助系统的维护271

一、变桨距系统的维护271

二、偏航系统的维护及常见故障273

三、液压系统的维护及常见故障275

第六节 控制系统的故障与防护277

一、控制系统的常见故障277

二、减少故障的方法279

第七节 支撑体系的维护280

一、联接件的维护280

二、结构件的维护280

三、电缆和电缆夹块的维护280

四、塔基水平度检测280

五、塔筒标识的维护281

六、接地装置的维护281

附录中华人民共和国国家标准电工术语风力发电机组283

参考文献292

《风力发电机组原理与应用(第2版)》主要介绍了大型风力发电机组原理及其应用的基本知识。全书共分为9章，包括绪论、风力机、发电系统、主传动与制动、变桨距、偏航与辅助系统、控制系统、风力发电机组的运行控制、支撑体系和风力发电机组的维护。《风力发电机组原理与应用(第2版)》适于作为大、专院校教材，以及对从事风力发电机组设计、制造和使用的人员进行培训的教学用书，也可以作为风电爱好者的自学读物。

本书主要介绍了大型风力发电机组原理及其应用的基本知识。全书共分为10章，包括绪论，风力机，发电系统，主传动与制动，变桨距、偏航与辅助系统，控制系统，风力发电机组的运行，支撑体系，海上风力发电机组和风力发电机组的维护。

本书的定位是职业教育，用于对从事风力发电机组制造和使用的人员进行培训，也可以作为大专院校相关专业的教材或教学参考资料，同时适合作为风电场和风电企业管理人员、技术人员以及广大风电爱好者的自学读物。

前言

主要物理量符号表

第一章绪论

第一节风力发电机组概述

一、总体结构

二、基本参数

三、分类

第二节并网型风力发电机组

一、工作原理

二、典型机型

第二章风力机

第一节基本概念

一、风的动能

二、不可压缩流体

三、流体黏性

四、层流与湍流

五、伯努利方程

六、边界层

七、阻力

八、升力

九、风廓线

第二节叶片与轮毂

一、叶片的外部特征

二、翼型

三、叶片常用材料

四、叶片断面结构

五、轮毂

六、叶片与轮毂的连接

第三节风轮

一、风轮的几何定义和参数

二、贝茨极限

第四节风轮的空气动力特性

一、作用在叶素上的力

二、旋转尾流

三、叶素动量定理

第五节风力机的运行及控制

一、风力机的调节特性

二、风力机的实际风能利用系数

三、叶片数的影响

四、风力机的控制目标

风力发电机组原理与应用第4版目录第三章发电系统

第一节变压器

一、变压器的工作原理

二、变压器的分类及结构

第二节变流器

一、电力电子器件

二、ACDC变换电路

三、DCDC变换电路

四、DCAC变换电路

五、正弦波脉宽调制技术

第三节发电机概述

一、风力发电机分类

二、发电机基本参数

第四节基于感应发电机的发电系统

一、感应发电机

二、并网方式

三、并网运行时的无功功率补偿

第五节基于同步发电机的发电系统

一、电励磁同步发电机

二、多极永磁发电机

三、同步发电系统变流器

四、发电系统保护电路

五、同步发电系统的软并网

六、电气柜

第六节基于双馈发电机的发电系统

一、双馈发电机

二、双馈发电系统变流器

三、撬棒（Crowbar）保护电路

四、并网和脱网

五、电气柜

第四章主传动与制动

第一节带齿轮箱机组的主传动

一、几种整体布局

二、主轴及主轴承

三、齿轮箱

四、联轴器

第二节直驱式机组的主传动

一、单轴承结构

二、双轴承结构

三、直驱式机组主传动轴承

第三节制动

一、机械制动

二、空气动力制动

第五章变桨距、偏航与辅助系统

第一节变桨距系统

一、液压变桨距系统

二、电动变桨距系统

三、电液变桨距系统

四、变桨距系统的控制

第二节偏航系统

一、偏航系统的功能

二、偏航系统的组成和工作原理

三、执行机构

四、偏航系统的控制

第三节液压系统

一、液压元件

二、定桨距机组液压系统

三、变桨距机组液压系统

第四节润滑与温控

一、润滑

二、温控

第六章控制系统

第一节控制系统的结构与功能

一、控制系统的总体结构

二、主控系统硬件

三、控制系统的功能

第二节安全保护

一、机组运行安全保护系统

二、微控制器抗干扰保护系统

三、安全链

第三节信号测量

一、需要检测的信号

二、风的测量

三、常用传感器

第四节人机界面

一、运行操作

二、状态显示

三、故障监测

第五节控制系统的智能化

一、基本目标

二、主要内容

第七章风力发电机组的运行

第一节常规运行过程

一、风力发电机组的稳态工作点

二、风力发电机组工作状态及其转换

三、机组的起动方式

第二节变桨距变速恒频机组

一、起动与关机

二、最佳风能利用系数

三、风力发电机组的运行区域

四、变速恒频运行状态

五、变速控制策略

六、变桨距、变速双重控制

七、过渡区域功率控制方式

第八章支撑体系

第一节机舱壳体

一、双馈式机组机舱壳体

二、直驱式机组机舱壳体

第二节塔架

一、塔架的分类

二、塔架结构

三、塔架的固有频率

四、塔架风轮系统振动模态

五、搬运及安全设备

第三节基础

一、厚板块基础

二、多桩基础

三、混凝土单桩基础

第四节接地、避雷与消防

一、电气接地保护

二、避雷系统

三、消防与视频

第九章海上风力发电机组

第一节海上环境

一、海上风资源

二、海上风电开发的制约因素

第二节基础

一、固定型基础

二、浮置型基础

三、基础方案比较

第三节防腐蚀

一、防腐蚀方法

二、主要部件防腐蚀措施

第四节防台风

一、台风的危害

二、防台风的方法

第五节防撞击

一、防撞击承台

二、防撞击护套

三、分离式护栏

四、防撞击警示装置

第六节吊装与维护设备

一、吊装设备与方式

二、维护设备

第十章风力发电机组的维护

第一节维护周期及常用工具

一、维护周期

二、维修所需的常用工具

第二节风力机的维护

一、叶片的维护

二、叶片轴承的维护

三、轮毂的维护

第三节发电系统的维护

一、发电机的维护及故障分析

二、变流系统的维护及故障处理

三、变压器的维护

第四节主传动与制动系统的维护

一、齿轮箱的使用及维护

二、齿轮箱常见故障及排除

三、联轴器的维护

四、制动机构的维护及故障排除

第五节变桨距、偏航及辅助系统的维护

一、变桨距系统的维护

二、偏航系统的维护及常见故障

三、液压系统的维护及常见故障

第六节控制系统的故障与防护

一、控制系统的常见故障

二、减少故障的方法

第七节支撑体系的维护

一、联接件的维护

二、结构件的维护

三、电缆和电缆夹块的维护

四、塔基水平度检测

五、塔筒标识的维护

六、接地装置的维护

第八节定期维护内容

附录中华人民共和国国家标准电工术语风力发电机组

参考文献 2100433B

本书几乎涵盖了大、中、小型风力发电机运行的各方面内容。本书采用大量生动的资料和通俗易懂的文字表述方式，以风力发电机为主线，对风力发电的过程、原理、技术、设备等方面进行了系统的介绍，内容涉及许多与风力发电有关的背景和知识。本文的主要内容包括：风能开发基本知识；风能资源及风力机选址；风力机的分类、原理与结构；发电机；齿轮箱与传动链；电网与风电并网；风力机塔架及攀爬安全；风力机与风电场；风力机的安装与维护；风力发电中的电气与电子基础。各章节均包括大量的照片、插图以及数据表格，各章节内容可根据具体需求和目的选用。本书的特点可总结为以下几点：1.内容系统、难度适中，系统地介绍了风力机的原理、类型、结构以及其他与风电相关的内容；2.表达浅白、语言通俗，尤其适合风电场工作人员培训及风电技术的教学和普及；3.资源详尽、图文并茂，方便读者学习风电基本知识的同事，扩展视野，增长见识。本书为在风力发电领域工作的工程人员、科研人员、在校学生提供一本有价值的参考书。本书尤其适用于需要对风力发电进行系统和全面了解的有关人员，同事适合用于教学、培训等领域。