風(fēng)力發(fā)電原理課后解析

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上1-3 風(fēng)能具有哪些特點(diǎn)？（1）風(fēng)能蘊(yùn)藏量大、分布廣。（2）風(fēng)能是可再生能源。（3）風(fēng)能利用基本沒(méi)有對(duì)環(huán)境的直接污染和影響。(4)風(fēng)能的能量密度低。（5）不同地區(qū)風(fēng)能差異大。（6）風(fēng)能具有不穩(wěn)定性。1- 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r當(dāng)前風(fēng)電技術(shù)和設(shè)備的發(fā)展主要呈現(xiàn)大型化、變速運(yùn)行、變槳距、無(wú)齒輪箱等特點(diǎn)。(1)水平軸風(fēng)電機(jī)組技術(shù)成為主流。（2）風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量持續(xù)增大。（3）變槳距技術(shù)得到普遍應(yīng)用。（4）變速恒頻技術(shù)得到快速推廣。（5）直驅(qū)式、全功率變流技術(shù)得到迅速發(fā)展。（6）大型風(fēng)電機(jī)組關(guān)鍵部件的性能日益提高。（7）智能化控制技術(shù)廣泛應(yīng)用。（8）葉片技術(shù)不斷進(jìn)步。（9）適

2、應(yīng)惡劣氣候環(huán)境的風(fēng)電機(jī)組得到重視。（10）低電壓穿越技術(shù)得到應(yīng)用。（11）海上風(fēng)電技術(shù)成為重要發(fā)展方向。（12）標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范逐步完善。2-8 為什么國(guó)際上通行的計(jì)算平均的時(shí)間間隔都取在10min至2h范圍？由范德豪芬的平均風(fēng)速功率譜曲線可知，在10min至2h范圍的平均風(fēng)速功率譜低而平坦，平均風(fēng)速基本上是穩(wěn)定值，可以忽略湍流的影響。2-9 什么是風(fēng)速廓線？在大氣邊界層中，由于空氣運(yùn)動(dòng)受地面植被、建筑物等得影響，風(fēng)速隨距地面的高度增加而發(fā)生明顯的變化，這種變化規(guī)律成為風(fēng)剪切或風(fēng)速廓線。2-11 什么是風(fēng)向玫瑰圖？風(fēng)向玫瑰圖常用來(lái)表示某一風(fēng)向一年或一個(gè)月出現(xiàn)的頻率。2-15 風(fēng)在靜止葉片上的空氣動(dòng)力

3、是如何形成的？由于葉片上方和下方的氣流速度不同（上方速度大于下方速度），因此葉片上、下方所受的壓力也不同（下方壓力大于上方壓力），總得合力F即為葉片在流動(dòng)空氣所受到的空氣動(dòng)力。2- 風(fēng)的測(cè)量設(shè)備？風(fēng)向：風(fēng)向標(biāo)、光電管、碼盤(pán)。 風(fēng)速：皮托管、熱線風(fēng)速儀、風(fēng)杯、螺旋葉片。2- 風(fēng)能資源評(píng)估及風(fēng)電場(chǎng)選址評(píng)估參數(shù)：平均風(fēng)速、主要風(fēng)向分布、風(fēng)功率密度、年風(fēng)能可利用小時(shí)。 宏觀選址：（1）風(fēng)能質(zhì)量好（2）風(fēng)向基本穩(wěn)定（3）風(fēng)速變化?。?）盡量避開(kāi)災(zāi)難性天氣頻發(fā)地區(qū)（5）發(fā)電機(jī)組高度范圍內(nèi)風(fēng)速的垂直變化小。（6）地形條件好。（7）地址情況能滿足塔架基礎(chǔ)、房屋建筑施工的要求，遠(yuǎn)離強(qiáng)地震帶等。（8）對(duì)環(huán)境的不利

4、影響小。（9）盡可能接近電網(wǎng)并考慮并網(wǎng)可能產(chǎn)生的影響。（10）交通方便。 微觀選址：（1）考慮地形的影響（2）考慮機(jī)組的排列方式。3簡(jiǎn)述風(fēng)輪主軸的支撐形式及其特點(diǎn)。（1）獨(dú)立軸承支撐結(jié)構(gòu)。主軸結(jié)構(gòu)相對(duì)較長(zhǎng)，制作成本高。但由于齒輪箱與主軸相對(duì)獨(dú)立，便于采用標(biāo)準(zhǔn)齒輪箱和主軸支撐構(gòu)件。（2）主軸前軸承獨(dú)立安裝在機(jī)架上，后軸承與齒輪箱內(nèi)軸承做成一體。主軸支撐的結(jié)構(gòu)趨于緊湊，可以增加主軸前后支撐軸承的距離，有利于降低后支撐的載荷，齒輪箱在傳遞轉(zhuǎn)矩的同時(shí)承受葉片作用的彎矩。 （3）主軸軸承與齒輪箱集成形式。風(fēng)輪通過(guò)輪轂法蘭直接與齒輪箱連接，可以減小風(fēng)輪的懸臂尺寸，從而降低主軸載荷。主軸裝配容易、軸承潤(rùn)滑合

5、力。難于直接選用標(biāo)準(zhǔn)齒輪箱，維修齒輪箱必須同時(shí)拆除主軸。4-7 什么是并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)變速恒頻運(yùn)行方式？哪些類(lèi)型的發(fā)電機(jī)？在不同風(fēng)速下，為了實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能捕獲，提高風(fēng)電機(jī)組的效率，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速必須隨著風(fēng)速的變化不斷進(jìn)行調(diào)整，處于變速欲行狀態(tài)，其發(fā)出的頻率需通過(guò)一定的恒頻控制技術(shù)來(lái)滿足電網(wǎng)要求。 雙饋異步交流發(fā)電機(jī)，永磁低速交流發(fā)電機(jī)，無(wú)刷雙饋異步發(fā)電機(jī)，開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)，高壓同步發(fā)電機(jī)。4-8 雙饋異步發(fā)電機(jī)的基本工作原理。(公式)n2為轉(zhuǎn)自中通入頻率為f2的三項(xiàng)對(duì)稱(chēng)交流勵(lì)磁電流后所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相對(duì)于轉(zhuǎn)自本身的旋轉(zhuǎn)速度（rmin），改變f2,即可改變n2。設(shè)n1為對(duì)應(yīng)于電網(wǎng)頻率50Hz時(shí)發(fā)電機(jī)的同

6、步轉(zhuǎn)速，而n為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)自本身的旋轉(zhuǎn)速度，只要n+n2=n1，則定子繞組感應(yīng)出的電動(dòng)勢(shì)的頻率將始終維持為電網(wǎng)頻率f1不變。由轉(zhuǎn)差率公式s=?？傻胒2=sf1。所以只要在轉(zhuǎn)子的三相對(duì)稱(chēng)繞組中通入轉(zhuǎn)差頻率的電流，雙饋異步發(fā)電機(jī)可實(shí)現(xiàn)變速恒頻運(yùn)行的目的。雙饋型異步發(fā)電機(jī)實(shí)行交流勵(lì)磁，勵(lì)磁電流的可調(diào)量為其幅值、頻率和相位。調(diào)節(jié)頻率，可保證發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速變化時(shí)發(fā)出電能頻率的穩(wěn)定；調(diào)節(jié)幅值，可調(diào)節(jié)發(fā)出的無(wú)功功率；改變轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流的相位，調(diào)節(jié)了發(fā)電機(jī)的功率角。在一定工況下，轉(zhuǎn)子也向電網(wǎng)饋送能量。4-9 敘述雙饋異步發(fā)電機(jī)的功率流向。（1）亞同步狀態(tài) 當(dāng)n<n1時(shí)，由轉(zhuǎn)差頻率為f2的電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速n2

7、與轉(zhuǎn)子方向相同，此時(shí)勵(lì)磁變流器向發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子提供交流勵(lì)磁，發(fā)電機(jī)由定子發(fā)出電能給電網(wǎng)。 (2)超同步狀態(tài) 當(dāng)。，此時(shí)發(fā)電機(jī)同時(shí)由定子和轉(zhuǎn)子發(fā)出電能給電網(wǎng)，勵(lì)磁變流器的能量流向逆向。 （3）同步運(yùn)行狀態(tài) 當(dāng)n=n1，f2=0，勵(lì)磁變流器向轉(zhuǎn)子提供直流勵(lì)磁，發(fā)電機(jī)由定子發(fā)出電能給電網(wǎng)。4-10 什么是直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)？永磁直驅(qū)發(fā)電機(jī)特點(diǎn)？如果風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)取消增速機(jī)構(gòu)，采用風(fēng)力機(jī)直接驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)，需采用低速交流發(fā)電機(jī)。特點(diǎn)：（1）發(fā)電機(jī)的極對(duì)數(shù)多，直徑大。（2）轉(zhuǎn)子采用永久磁鐵無(wú)銅耗，發(fā)電機(jī)效率高；轉(zhuǎn)子無(wú)集電環(huán)運(yùn)行可靠。（3）定子繞組通過(guò)全功率變流器接入電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)變速恒頻，但是變流器容量大、成本高。5

8、-1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)一般應(yīng)具有哪些功能？（1）根據(jù)風(fēng)速信號(hào)自動(dòng)進(jìn)入起動(dòng)狀態(tài)或從電網(wǎng)自動(dòng)切除。（2）根據(jù)功率及風(fēng)速大小自動(dòng)進(jìn)行轉(zhuǎn)速和功率控制。（3）根據(jù)風(fēng)向自動(dòng)對(duì)風(fēng)。（4）根據(jù)電網(wǎng)和輸出功率要求自動(dòng)進(jìn)行功率因數(shù)調(diào)整。（5）當(dāng)發(fā)電機(jī)脫網(wǎng)時(shí)，能確保機(jī)組安全停機(jī)。（6）在機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，能對(duì)電網(wǎng)、風(fēng)況和機(jī)組的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和記錄，對(duì)出現(xiàn)的異常情況能夠自行準(zhǔn)確的判斷并采取相應(yīng)的保護(hù)措施，并能夠根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)，生成各種圖表，以反映風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的各項(xiàng)性能指標(biāo)。（7）對(duì)在風(fēng)電場(chǎng)中運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組具有遠(yuǎn)程通信的功能。（8）具有良好的抗干擾和防雷保護(hù)措施，以保證在惡劣的環(huán)境里最大限度的保護(hù)風(fēng)電機(jī)組

9、的安全可靠運(yùn)行。5-2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中可以分為哪些狀態(tài)？待機(jī)狀態(tài)，氣動(dòng)過(guò)程，欠功率運(yùn)行狀態(tài)，額定功率運(yùn)行狀態(tài)，正常停機(jī)狀態(tài)和緊急停機(jī)狀態(tài)。5-3 Cp和葉尖速比的關(guān)系。當(dāng)葉尖速比逐漸增大時(shí)，Cp將先增大后減小。由于風(fēng)速的變化范圍很寬，葉尖速比就可以在很大的范圍內(nèi)變化，因此它只有很小的機(jī)會(huì)運(yùn)行在最佳功率點(diǎn)上，即Cp取最大值所對(duì)應(yīng)的工況點(diǎn)Cpmax，而且Cpmax對(duì)應(yīng)唯一的葉尖速比opt，因此任一風(fēng)速下只對(duì)應(yīng)唯一的一個(gè)最佳運(yùn)行轉(zhuǎn)速。5-4 各階段變槳距控制的目標(biāo)起動(dòng)并網(wǎng)階段：目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的升速和并網(wǎng) 最大風(fēng)能捕獲階段：最大限度的利用風(fēng)能，提高機(jī)組的發(fā)電量。 恒功率控制階段：控制

10、機(jī)組的功率在額定值附近而不會(huì)超過(guò)功率極限。 超風(fēng)速切除階段：使機(jī)組安全停機(jī)。5-5 變槳距系統(tǒng)具有怎樣的控制特性？（1）氣動(dòng)非線性，Cp是葉尖速比和槳距角的非線性函數(shù)。（2）工況頻繁切換，因?yàn)轱L(fēng)速大小隨即變化。（3）多擾動(dòng)因素，風(fēng)速的波動(dòng)是機(jī)組最主要的擾動(dòng)因素。（4）變槳距執(zhí)行系統(tǒng)的大慣性與非線性。5-6 如何理解低于額定風(fēng)速的最大風(fēng)能捕獲和高于額定功率的恒功率控制？由Cp與葉尖速比和槳距角的關(guān)系可知，當(dāng)風(fēng)速變化且發(fā)電機(jī)功率沒(méi)有超過(guò)額定功率時(shí)，只要調(diào)節(jié)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速且槳距角保持最優(yōu)位置不變就可實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能捕獲；高于額定功率時(shí)，通過(guò)增大槳距角來(lái)減小發(fā)電機(jī)的輸出功率即可維持在額定功率附近，實(shí)現(xiàn)恒功率控制

11、。5-8 變速恒頻系統(tǒng)？雙饋異步交流發(fā)電機(jī)如何實(shí)現(xiàn)？將具有繞線轉(zhuǎn)子的雙饋異步發(fā)電機(jī)與應(yīng)用電力電子技術(shù)的IGBT變頻器及PWM控制技術(shù)結(jié)合起來(lái)，使發(fā)電機(jī)在變速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)能發(fā)出恒頻恒壓電能。雙饋異步發(fā)電機(jī)是通過(guò)控制變流器來(lái)控制轉(zhuǎn)子交流勵(lì)磁完成的。5-10 雙饋和直驅(qū)在控制上各有何特點(diǎn)？（1）雙饋式風(fēng)電系統(tǒng)需要齒輪箱，使機(jī)組重量有所增加，在機(jī)組的維護(hù)中，齒輪箱的故障率高。 直驅(qū)式風(fēng)電機(jī)不需要齒輪箱，可以減輕機(jī)組的重量和減小故障率；發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速低，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大。（2）雙饋式電機(jī)為異步發(fā)電機(jī)。定子繞組直接連接電網(wǎng)，轉(zhuǎn)子繞組接線端由電刷集電環(huán)引出，通過(guò)變流器連接電網(wǎng)，變流器功率可以雙向流動(dòng)，通過(guò)轉(zhuǎn)子交流勵(lì)磁調(diào)節(jié)實(shí)

12、現(xiàn)變速恒頻運(yùn)行，機(jī)組的運(yùn)行范圍寬，轉(zhuǎn)速在額定轉(zhuǎn)速0.61.1的范圍內(nèi)都可以獲得良好的功率輸出。 直驅(qū)式電機(jī)為同步發(fā)電機(jī)。定子繞組經(jīng)全功率變流器接入電網(wǎng)，機(jī)組運(yùn)行范圍較寬。轉(zhuǎn)子為多級(jí)永磁體勵(lì)磁，永磁體的阻抗低，減小了系統(tǒng)損耗，但電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，直徑較大，運(yùn)輸困難。 （3）用于雙饋式電機(jī)的變流器，流過(guò)轉(zhuǎn)子電路的功率是額定功率一部分的轉(zhuǎn)差功率，因此雙向勵(lì)磁變流器的容量?jī)H為發(fā)電機(jī)容量的一部分，成本將會(huì)大大降低，容量越大優(yōu)勢(shì)越明顯。 用于直驅(qū)式的變流器為全功率變頻，容量大，成本高。 （4）雙饋式風(fēng)電系統(tǒng)網(wǎng)端采用定子電壓或定子磁鏈定向的原則，可以實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)功率的有功無(wú)功獨(dú)立調(diào)節(jié)，功率因數(shù)可調(diào)。 直驅(qū)式風(fēng)電系統(tǒng)

13、網(wǎng)端采用網(wǎng)側(cè)電壓定向的原則，可以實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)功率的有功無(wú)功解耦控制，功率因數(shù)可調(diào)。6-1 什么是阻力型風(fēng)機(jī)？什么是升力型風(fēng)機(jī)？阻力型垂直軸風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)主要是利用空氣流過(guò)葉片產(chǎn)生的阻力作為驅(qū)動(dòng)力；升力型則是利用空氣流過(guò)葉片產(chǎn)生的升力作為驅(qū)動(dòng)力。6-2 垂直軸風(fēng)力機(jī)的主要特點(diǎn)是什么？?jī)?yōu)點(diǎn)：（1）壽命長(zhǎng)，易維護(hù)安裝。（2）利于環(huán)保，氣動(dòng)噪音小。（3）無(wú)需偏航對(duì)風(fēng)。（4）葉片制造工藝簡(jiǎn)單。（5）運(yùn)行條件寬松。 缺點(diǎn)：（1）風(fēng)能利用率低。（2）起動(dòng)性能差，調(diào)速、限速困難。（3）增速結(jié)構(gòu)復(fù)雜，增加制造成本及維護(hù)和保養(yǎng)增速箱的成本。7-1 簡(jiǎn)述離網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。離網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)通常向大用戶供電，或向農(nóng)戶、村落、農(nóng)牧場(chǎng)供電。在風(fēng)資源較豐富地區(qū)，企業(yè)對(duì)用電要求不高及離電網(wǎng)較遠(yuǎn)的農(nóng)牧民戶、村落、牧場(chǎng)用電負(fù)荷小，可采用離網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。7-2 離網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要類(lèi)型。直流發(fā)電機(jī)、異步交流發(fā)電機(jī)。7-3 簡(jiǎn)述風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)的特點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)：（1）