風(fēng)力發(fā)電機(jī)組基本結(jié)構(gòu)與工作原理

電氣工程新技術(shù)專(zhuān)題 題 目：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組基本結(jié)構(gòu)與工作原理 及其控制技術(shù) 專(zhuān) 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 班 級(jí)： * 姓 名： * 學(xué) 號(hào)： * 指導(dǎo)老師： * 本周的電氣工程新技術(shù)專(zhuān)題中，主要講解了一些關(guān)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本姐與工作原理方面的知識(shí)，使我們對(duì)此有了初步的認(rèn)識(shí)，下面我將簡(jiǎn)單敘述一下我對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的了解。風(fēng)力發(fā)電機(jī)是將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械功的動(dòng)力機(jī)械，又稱(chēng)風(fēng)車(chē)。廣義的說(shuō)，它是一種以太陽(yáng)微熱源，以大氣為工作介質(zhì)的熱能利用發(fā)電機(jī)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)利用的是自然能源，相對(duì)柴油發(fā)電要好得多。但若應(yīng)急來(lái)用的話(huà)還是不如柴油發(fā)電機(jī)。風(fēng)力發(fā)電不可視為備用電源，但是卻可以長(zhǎng)期利用。1、 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是由風(fēng)輪、傳動(dòng)系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)、控制與安全系統(tǒng)、機(jī)艙、塔架和基礎(chǔ)等組成。 各主要組成部分功能簡(jiǎn)述如下：（1） 葉片 葉片是吸收風(fēng)能的單元，用于將空氣的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械能。 （2）變漿系統(tǒng) 變漿系統(tǒng)通過(guò)改變?nèi)~片的槳距角，使葉片在不同風(fēng)速時(shí)處于最佳的吸收風(fēng)能的狀態(tài)，當(dāng)風(fēng)速超過(guò)切出風(fēng)速時(shí)，使葉片順槳?jiǎng)x車(chē)。（3）齒輪箱 齒輪箱是將風(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。（4）發(fā)電機(jī) 發(fā)電機(jī)是將葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能的部件。轉(zhuǎn)子與變頻器連接，可向轉(zhuǎn)子回路提供可調(diào)頻率的電壓，輸出轉(zhuǎn)速可以在同步轉(zhuǎn)速30%范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。 （5）偏航系統(tǒng) 偏航系統(tǒng)采用主動(dòng)對(duì)風(fēng)齒輪驅(qū)動(dòng)形式，與控制系統(tǒng)相配合，使葉輪始終處于迎風(fēng)狀態(tài)，充分利用風(fēng)能，提高發(fā)電效率。同時(shí)提供必要的鎖緊力矩，以保障機(jī)組安全運(yùn)行。（6）輪轂系統(tǒng) 輪轂的作用是將葉片固定在一起，并且承受葉片上傳遞的各種載荷，然后傳遞到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)軸上。輪轂結(jié)構(gòu)是3個(gè)放射形喇叭口擬合在一起的。（7）底座總成 底座總成主要有底座、下平臺(tái)總成、內(nèi)平臺(tái)總成、機(jī)艙梯子等組成。通過(guò)偏航軸承與塔架相連，并通過(guò)偏航系統(tǒng)帶動(dòng)機(jī)艙總成、發(fā)電機(jī)總成、變漿系統(tǒng)總成。2、 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作原理簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作原理是通過(guò)風(fēng)力推動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)，再通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)增速來(lái)達(dá)到發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速后來(lái)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，有效的將風(fēng)能轉(zhuǎn)化成電能。依據(jù)目前的風(fēng)車(chē)技術(shù)，大約是每秒三公尺的微風(fēng)速度（微風(fēng)的程度），便可以開(kāi)始發(fā)電。大型與電網(wǎng)接駁的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的最常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)是橫軸式三葉片風(fēng)輪，并安裝在直立管狀塔桿上風(fēng)輪葉片由復(fù)合材料制造。不像小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，大型風(fēng)電機(jī)的風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)相當(dāng)慢。比較簡(jiǎn)單的風(fēng)力發(fā)電機(jī)是采用固定速度的。通常采用兩個(gè)不同的速度-在弱風(fēng)下用低速和在強(qiáng)風(fēng)下用高速。這些定速風(fēng)電機(jī)的感應(yīng)式異步發(fā)電機(jī)能夠直接發(fā)產(chǎn)生電網(wǎng)頻率的交流電。比較新型的設(shè)計(jì)一般是可變速的（比如V52-850千瓦風(fēng)電機(jī)轉(zhuǎn)速為每分鐘14轉(zhuǎn)到每分鐘31.4轉(zhuǎn)）。利用可變速操作，風(fēng)輪的空氣動(dòng)力效率可以得到改善，從而提取更多的能量，而且在弱風(fēng)情況下噪音更低。因此，變速的風(fēng)電機(jī)設(shè)計(jì)比起定速風(fēng)電機(jī)，越來(lái)越受歡迎。機(jī)艙上安裝的感測(cè)器探測(cè)風(fēng)向，透過(guò)轉(zhuǎn)向機(jī)械裝置令機(jī)艙和風(fēng)輪自動(dòng)轉(zhuǎn)向，面向來(lái)風(fēng)，風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過(guò)齒輪變速箱傳送到機(jī)艙內(nèi)的發(fā)電機(jī)（如果沒(méi)有齒輪變速箱則直接傳送到發(fā)電機(jī)）。所有風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率輸出是隨著風(fēng)力而變的。強(qiáng)風(fēng)下最常見(jiàn)的兩種限制功率輸出的方法（從而限制風(fēng)輪所承受壓力）是失速調(diào)節(jié)和斜角調(diào)節(jié)。使用失速調(diào)節(jié)的風(fēng)電機(jī)，超過(guò)額定風(fēng)速的強(qiáng)風(fēng)會(huì)導(dǎo)致通過(guò)葉片的氣流產(chǎn)生擾流，令風(fēng)輪失速。當(dāng)風(fēng)力過(guò)強(qiáng)時(shí)，業(yè)片尾部制動(dòng)裝置會(huì)動(dòng)作，令風(fēng)輪剎車(chē)。使用斜角調(diào)節(jié)的風(fēng)電機(jī)，每片葉片能夠以縱向?yàn)檩S而旋轉(zhuǎn)，葉片角度隨著風(fēng)速不同而轉(zhuǎn)變，從而改變風(fēng)輪的空氣動(dòng)力性能。當(dāng)風(fēng)力過(guò)強(qiáng)時(shí)，葉片轉(zhuǎn)動(dòng)至迎氣邊緣面向來(lái)風(fēng)，從而令風(fēng)輪剎車(chē)。3、 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制技術(shù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)是機(jī)組正常運(yùn)行的核心，其控制技術(shù)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的關(guān)鍵技術(shù)之一，與風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的其他部分關(guān)系密切，其精確的控制、完善的功能將直接影響機(jī)組的安全與效率。目前，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制技術(shù)主要向變槳距調(diào)節(jié)取代定槳距失速調(diào)節(jié)，變速運(yùn)行方式取代恒速運(yùn)行方式發(fā)展。（1） 定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本運(yùn)行過(guò)程 待機(jī)狀態(tài)：當(dāng)風(fēng)速v3m/s，但不足以將風(fēng)力發(fā)電機(jī)組拖動(dòng)到切入的轉(zhuǎn)速，或者風(fēng)力發(fā)電機(jī)組從小功率（逆功率）狀態(tài)切出，沒(méi)有重新并入電網(wǎng)，這時(shí)的風(fēng)力機(jī)處于自由轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)；稱(chēng)為待機(jī)狀態(tài)。 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的自起動(dòng)：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的自起動(dòng)是指風(fēng)輪在自然風(fēng)速的作用下，不依靠其他外力的協(xié)助，將發(fā)電機(jī)拖動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速。（2） 變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài) 起動(dòng)狀態(tài)（轉(zhuǎn)速控制）：當(dāng)風(fēng)速達(dá)到起動(dòng)風(fēng)速時(shí)，槳葉向0方向轉(zhuǎn)動(dòng)，直到氣流對(duì)槳葉產(chǎn)生一定的攻角，風(fēng)輪開(kāi)始起動(dòng)。 欠功率狀態(tài)（不控制）：是指發(fā)電機(jī)并人電網(wǎng)后，由于風(fēng)速低于額定風(fēng)速，發(fā)電機(jī)在額定功率以下的低功率狀態(tài)運(yùn)行。此時(shí)，變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組與定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組相同，其功率輸出完全取決于槳葉的氣動(dòng)性能。 額定功率狀態(tài)（功率控制）：當(dāng)風(fēng)速達(dá)到或超過(guò)額定風(fēng)速后，風(fēng)電機(jī)組進(jìn)入額定功率狀態(tài)。（3） 變槳距控制型風(fēng)輪的特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：起動(dòng)性好；剎車(chē)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單葉片順槳后風(fēng)輪轉(zhuǎn)速可以逐漸下降；額定功率以前的功率輸出飽滿(mǎn)；額定點(diǎn)以后的輸出功率平滑；風(fēng)輪葉根承受的靜、動(dòng)載荷小。 缺點(diǎn)：由于有葉片變距機(jī)構(gòu)、輪轂較復(fù)雜，可靠性設(shè)計(jì)要求高，維護(hù)費(fèi)用高；功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)復(fù)雜，費(fèi)用高