《风力发电机组设计与制造》
课程设计报告
院系：可再生能源学院
班级：风能0902班
姓名：陈建宏学号：1091540204
指导老师：田德、王永
提交日期：
一、设计任务书
1、设计内容
风电机组总体技术设计
2、目的与任务
主要目的：
1)以大型水平轴风力机为研究对象，掌握系统的总体设计方法；
2)熟悉相关的工程设计软件；
3)掌握科研报告的撰写方法。
主要任务：
每位同学独立完成风电机组总体技术设计，包括：
1)确定风电机组的总体技术参数；
2)关键零部件（齿轮箱、发电机和变流器）技术参数；
3)计算关键零部件（叶片、风轮、主轴、连轴器和塔架等）载荷和技术参数；
4)完成叶片设计任务；
5)确定塔架的设计方案。
每人撰写一份课程设计报告。
3、主要内容
每人选择功率范围在1.5MW至6MW之间的风电机组进行设计。
1）原始参数：风力机的安装场地50米高度年平均风速为7.0m/s，60米高度年平均风速为7.3m/s，70米高度年平均风速为7.6 m/s，当地历史最大风速为48m/s，用户希望安装1.5MW 至6MW之间的风力机。采用63418翼型，63418翼型的升力系数、阻力系数数据如表1所示。空气密度设定为1.225kg/m3。
2）设计内容
（1）确定整机设计的技术参数。设定几种风力机的C p曲线和C t曲线，风力机基本参数包括叶片数、风轮直径、额定风速、切入风速、切出风速、功率控制方式、传动系统、电气系统、制动系统形式和塔架高度等，根据标准确定风力机等级；
（2）关键部件气动载荷的计算。设定几种风轮的C p曲线和C t曲线，计算几种关键零部件的载荷（叶片载荷、风轮载荷、主轴载荷、连轴器载荷和塔架载荷等）；根据载荷和功率确定所选定机型主要部件的技术参数（齿轮箱、发电机、变流器、连轴器、偏航和变桨距电机等）和型式。以上内容建议用计算机编程实现，确定整机和各部件（系统）的主要技术参数。（3）塔架根部截面应力计算。计算暴风工况下风轮的气动推力，参考风电机组的整体设计参数，计算塔架根部截面的应力。最后提交有关的分析计算报告。
5、设计（实验）成果要求
提供设计的风电机组的性能计算结果；
绘制整机总体布局工程图。
6、考核方式
每人提交一份课程设计报告；准备课程设计PPT，答辩。
二、总体参数设计
1、额定功率
根据《设计任务书》选定额定功率为5MW。
2、设计寿命
一般风力机组设计寿命至少为20年，这里选20年设计寿命。
3、切出风速、切入风速、额定风速
切入风速取 V in=3m/s
切出风速取 V out=25m/s
额定风速取 V r=13m/s
对于一般变桨距风力发电机组（选5MW）的额定风速羽平均风速之比为1.70左右，在70m 处：
V r=1.70V ave=1.70×7.6≈13m/s
4、发电机额定转速和转速范围
5、重要几何尺寸
（1）风轮直径和扫掠面积
由风力发电机组输出功率得叶片直径：
8×5000000
1.225×13×π×0.42×0.92×0.95×0.95
=114m
其中：
P r--风力发电机组额定输出功率，取5000kW；
ρ--空气密度（一般取标准大气状态），取1.225kg/m3；
V r--额定风速，取13m/s；
D--风轮直径；
η1--传动系统效率，取0.92；
η2--发电机效率，取0.95；
η3--变流器效率，取0.95；
C p--额定功率下风能利用系数,取0.44。
由直径计算可得扫掠面积：
S=πD2
4=π×1142
4
=10207m2
综上可得风轮直径D=114m，扫掠面积S=10207m2。
（2）轮毂高度
轮毂高度是从地面到风轮扫掠面中心的高度，用Z hub表示
Z hub=Z t+Z j=70+2.25.=72.25m 式中Z j—塔架高度；
Z t—塔顶平面到风轮扫掠中心高度。
6、叶片数B=3
现代风力发电机的实度比较小，一般需要1-3个叶片。选择风轮叶片数时考虑风电机组性能和载荷、风轮和传动成本、风力机气动噪声及景观影响等因素。
3叶片较1、2叶片风轮有如下优点：
●平衡简单、动态载荷小。基本消除了系统的周期载荷，输出较稳定转矩；
●能提供较佳的效率；
●更加美观；
●噪声较小；
●轮毂较简单等。
综上所述，叶片数选择3。
7、功率曲线和C t曲线
(1)、功率曲线
自然界风速的变化是随机的, 符合马尔可夫过程的特征, 下一时刻的风速和上一时刻的结果没什么可预测的规律。由于风速的这种特性, 可以把风力发电机组的功率随风速的变化用如下的模型来表示：
P(t)=P stat(t)+PΔ(t)
式中P(t)--在真实湍流风作用下每一时刻产生的功率, 它由t时刻的V(t)决定;
P stat(t)--在给定时间段内V(t)的平均值所对应的功率；
PΔ(t) 表示t 时刻由于风湍流引起的功率波动。
对功率曲线的绘制, 主要在于对风速模型的处理。若假定上式表示的风模型中P stat(t)的始终为零, 即视风速为不随时间变化的稳定值, 在切入风速到切出风速的范围内按照设定的风速步长, 得到对应风速下的最佳叶尖速比和功率系数,带入式：
P=1
8
C pη1η2η3ρπD2V3
式中：
η1--传动系统效率，取0.92；
η2--发电机效率，取0.95；
η3--变流器效率，取0.95；
C p--额定功率下风能利用系数,取0.44；
ρ--空气密度（一般取标准大气状态），取1.225kg/m3；
D—风轮直径，取114m；
V—风速，单位m/s。
由以上公式，使用excel计算出不同风速对应的功率值, 将得到的数据对绘制成风速-功率曲线图, 该曲线图即是机组的静态功率曲线。
(2)、C t曲线
计算并参考相关数据得到C t曲线如下：
8、确定攻角α，升力系数C l，叶尖速比λ，风能利用系数C p
风力机翼型为63418,根据翼型的气动数据得到升阻比随攻角α变化的曲线见下图：
从图中可以得出翼型取得最佳升阻比时攻角5°，此时升力系数C l=0.904，C d=0.007本设计取攻角α=10°为，此时升力系数和阻力系数分别为C l=1.307，C d=0.018。
三叶片风力发电机组的风轮叶尖速比λ一般在6至8之间，本设计取7。不同攻角下的风能利用系数随叶尖速比的变化曲线即C P-λ曲线如图1，由C p-λ曲线可得出C p=0.44。
9、风轮额定转速
风轮额定转速可由下式计算得到：
n r=60λV r
πD =60×13×7
π×114
=15r/min
10、功率控制方式：主动变桨距控制。
11、制动系统形式：第一制动采用气动刹车，第二制动采用高速轴机械刹车。
12、风力机等级
阶段性总结
三、叶片气动优化设计
1、计算各剖面的叶尖速比
将叶片分为10个叶素，每个叶素间隔0.05R ，其中5%半径处叶片是筒状，10%-60%半径处采用钝后缘叶片，65%-100%半径处采用通用风电机组叶片翼型。叶片内圈采用钝后缘翼型，外圈采用63418翼型。根据下式求各叶素的叶尖速比λ。
r R λλ=
叶素位置和叶尖速比数值见下表：
2、叶片攻角及弦长优化设计计算步骤 ⑴求ψ利用公式
3
arctan 31πλ+=ψ
⑵求轴向干扰因子k 利用公式
k ψ
⑶求切向干扰因子h 利用公式
h =⑷求入流角φ利用公式
)11cot(k
h
arc ++=λ
φ
⑸求叶素桨距角β
αφβ-=
⑹计算叶片弦长C
)
1(cos )1(8+-=
h BC h r C l φ
π
叶片气动特性通过excel 计算，得到：
叶片根部处理方式：距叶根0 ~ 5m 处制作成直径为2m 的圆柱结构处理；
且根部采用钻孔组装式结构。
四、主要部件功率
1、发电机
发电机类型：双馈异步变速恒频发电机 额定功率：5MW 额定转速：1500r/min
发电机极对数为2，发电机主轴转矩T 发电机主轴为：
T 发电机主轴=9550×P r
n
r
×η
=9550×5000
1500×0.95=33.51×103N ·m 选择刚轴推荐最大扭剪应力：MPa f s 55 则发电机的主轴直径D 发电机为：
D 发电机=2×
2×T 发电机主轴
πf s
3
=2×
2×33.51×103π×55×106
3
=0.14m
2、变流器
变流器功率通常为风力发电机组的1/2~1/3，为保证机组可靠性，通常为额定功率的1/2,所以变流器功率为2500kW 。 3、齿轮箱
方式：齿轮箱选用2级行星轮+1级平行轴齿轮； 低速轴转速：n l =15r/min ； 高速轴转速：n h =1500r/min 传动比：i=100
齿轮箱效率： 0.923
=0.973 齿轮箱功率：
P GB =r
η
ηη3
=
0.95×0.95× 0.92
3
=5694kW
4、联轴器
低速轴联轴器功率：
P m =
P r η3η2 η1
32
=
5000
0.95×0.95× 0.92
3
2
=5852kW
高速轴联轴器功率：
P r =
P r
η3η2=
5000
0.95×0.95
=5540kW
5、偏航系统
类型：主动偏航
偏航轴承：4点接触球轴承 偏航驱动：6个3kW 偏航电机 偏航制动：液压控制摩擦制动
五、主要部件的载荷计算
1、叶片载荷计算
(1)、作用在叶片上的离心力F c
F c =ρy ω2 A r R
r 0
r dr
其中旋转角速度ω由下式算得：
ω=
2πn 60=2π×15
60
=1.57rad/s r 0—叶片起始处旋转半径，约为R 的1/20,即为2.85m ρy —叶片的密度，为1.8kg/m 3 A r —叶素处的叶片截面积
用matlab 计算得：
F c =66760N
(2)、叶轮转动时的风压力：
F v =1ρV 2 (1+ct g 2I)(C l cosI +C d sinI)Cdr R
r 0
用matlab 计算得：
F v =2842551N
F v 作用点距叶轮轴的距离为r m ，则有：
r m = (1+ctg 2I)(C l cosI +C d sinI)Crdr R
r 0 (1+ctg 2I)(C l cosI +C d sinI)Cdr
R r 0
用matlab 计算得：
r m =37.96m
(3)、作用在叶片上的陀螺力矩M k
整个叶片的转动惯量为：
I =ρy Fr 2R
r 0
dr
此处F 即A r
用matlab 计算得：
I=26199kg ·m
当β=90°时，科氏加速度最大，为
εk =
2Ωλ0V
由matlab 计算得： 由动量矩定理知，叶片受到惯性力矩M k 的作用，这个力矩称为陀螺力矩，用matlab 计算得：
M k =I εk =133551N ·m
2、风轮载荷计算
(1)、轴向诱导因子a =1
2(1?k),周向诱导因子b =1
2(h ?1) 则作用在风轮上的轴向推力可表示为：
T=4πρV 2 a 1?a rdr =πρV 2R
0 (1?k 2)rdr R
用matlab 计算得：
T=935790N
(2)作用在整个风轮上的转矩可表示为：
M =4πρΩV b(1?a)r 3
dr R
=πρΩV (h ?1)(k +1)r 3dr R
用matlab 计算得：
M=4980888N ·m
3、主轴载荷计算 低速轴角速度为：
ωm =ω=1.57rad/s
高速轴角速度为：
ωt =
2πn r 60=2π×150060
=157.08rad/s 低速轴功率为：
P m =
r ηηη32
=
5000
0.95×0.95× 0.92
3
2
=5852kW
高速轴功率为：
P t =
P r
η3η2=
5000
0.95×0.95
=2216kW
低速轴转矩为
T m =
p m ωm =58520001.57=3727389N ·m 高速轴转矩为：
T t =
P t ωt =2216000
157.08
=14107N ·m 低速轴直径：
D L =2 2T m
πf s 3
=2 2×3727389π×55×106
3=0.702m
高速轴直径：
D H =2 2T t s 3=2 2×14107
3=0.109m
4、塔架载荷计算
本机组的塔架采用等强度设计理论的锥形钢筒结构塔架。其由5段组成，段与段之间靠法兰连接，底最大直径部为5m,顶部最小直径为4m ，筒体壁厚由最底部的30mm 过渡到顶部的20mm 。塔筒的总质量为170t 。 作用在塔架上的载荷有以下几类： 1) 风轮等构件承受的空气动力载荷
2) 重力和惯性载荷：由重力、振动、旋转以及地震等引起的静态和动态载荷。
3) 操作载荷：在机组运行和控制过程中产生的载荷。如功率变化、偏航、变桨以及制动过
程产生的载荷等。
4) 其它载荷：诸如尾迹载荷、冲击载荷、覆冰载荷等。 5) 下面只讨论与塔架结构强度计算有关的两种载荷，即由风轮作用的最大气动推力以及塔
架本身所承受最大风压产生的载荷。 ⑴、暴风工况的风轮气动推力计算 因为V ave >7m/s,所以取V s =60m/s 。 前苏联的法捷耶夫公式:
F as =0.784A b v s 2
B
式中，A b ——叶片的投影面积；
V s ——风轮中心处的暴风风速； 叶片投影面积：
A b=A?B
其中?为风轮实度，风轮实度与叶尖速比有关，λ=7时，近似认为?=0.05。可算得：
F as=1440kN
荷兰ECN的公式
F as=C t qA b BφS
式中，C t——推力系数，取 1.5
t
C=；
q——动态风压；
φ——动态系数，取 1.2
j=；
S——安全系数，取 1.5
S=。
q随高度变化，风轮中心高度Z hub=70m处对应的q=1120N/m2。求得：
F as=1543kN
丹麦RIS公式
F as=P l A s
式中，P l——风轮单位扫掠面积上的平均风压，通常取P l=300N/m2
A s——风轮的扫掠面积。
算得
F as=3062kN
5.5塔架根部截面应力计算
塔架的受力分析如下图
塔架根部截面应力可表示为：
?=F as 1+H+F ts H
2×100+
(G1+G2)
F as考虑前面计算合理值，即F as=1543kN，
F ts是塔架受的风压力
F ts=A
塔架×
1
2
×ρv2=
4+5×70
2
×
1
2
×1.225×602=694575N
H是塔架高度，即H=70m，
h1是轮毂高度，由前面知道为h1=1.5m，W为塔架根部抗弯截面模数
W=πD3(1?(d
D
)4)
32
=
π×53×(1?(5?0.06
5
)4)
32
=0.579m3
A是塔架根部截面积，
A=π(D2?d2)
4
=
π(52?4.942)
4
=0.468m2
G1是塔顶的重量，本机组塔顶重为180t，则：
G1=10×180×1000=1.8×106N ，
G2是塔筒的重量，
G2=175×10×1000=1.75×106N
φ是变截面塔架的长度折减系数，可根据图10变截面塔架的长度折减系数来确定。
λ=μH γ
式中:
μ?与塔架截面变化有关的折算长度修正系数，可根据J min
J max
之比由下表的选择参考设计值，
J min是塔架顶部截面惯性矩，由下式计算：
J min=πD4(1?(
d
顶
D
顶
)4)
64
=
π×44×(1?(4?0.04
4
)4)
64
=0.495m4
J max是塔架底部截面惯性矩,由下式计算得：
J max=πD4(1?(d
D
)4)
64
=
π×54×(1?(5?0.06
5
)4)
64
=1.446m4 J min
J max
=
0.495
1.446
=0.342
查表得μ=1.30
γ-是塔架根部截面的惯性半径，
γ=J max
A
=
1.446
0.468
=1.758m
由以上可计算得
λ=μH
γ
=
1.30×70
1.758
=51.76
查下图所示曲线可知所以取φ=0.8。
代入计算得：
?=F as 1+H+F ts H
2
W
+
(G1+G2)
φA
=241.3MPa
五、风电机组布局
1、总体机舱结构方案
采用成熟的主流风机结构布置，如下图所示，可以有效减少机舱震动和有害载荷影响。
2.主传动系统布局
本设计风电机组为双馈型风力发电机组，现在其总体布置多为一字型结构，一般为下图所示的一字型布置：
3、偏航系统
选用强制外置6电机偏航。
4、变桨系统
3叶片独立变桨控制，结构布置如下图所示
六、设计总结
七、参考文献
[1]《风力发电机组设计与制造》. 华北电力大学, 姚兴佳, 田德 校内试用教材（第二版）
[2]《风力发电原理》.华北电力大学.徐大平等著
[3]《风力机空气动力学》.华北电力大学校内试用教材.贺德馨等著
[4]《XE115-5MW海上风机技术规范》，湘电风能有限公司
[5]《大型风电机组功率曲线的分析与修正》.浙江运达风力发电工程有限公司.申新贺, 潘东
浩, 唐继光
等。
八、附录
1、叶片设计和各部分载荷计算的MATLAB程序
clc
clear
D=ceil(sqrt(8*5e6/0.95/0.92/0.95/0.44/pi/1.225/(13^3))); lambda=7;
n=lambda*60*13/pi/D;
a=[0.05:0.05:1];
b=lambda*a;
psi=1/3*atan(b)+pi/3;
k=sqrt(b.^2+1).*cos(psi);
h=sqrt((1-k.^2)./b.^2+1);
I=atan((1-k)./(1+h)./b);
theta=I*180/pi-10;
C=8*pi*a.*(D/2).*(h-1).*cos(I)/3/1.307./(h+1);
R=D/2;
r=a*R;
omega=lambda*13/R;
y1=r.*C*3.3;
Fc=1.8*1.57^2*trapz(r,y1);
cl=1.307;
cd=0.018;
y2=(1+(1./tan(I)).^2).*(cl*cos(I)+cd*sin(I)).*C;
Fv2=1/2*1.225*13^2*trapz(r,y2);
y3=y2.*r;
Rm2=trapz(r,y3)./trapz(r,y2);
J=Fc/omega^2;
epsilon=2*omega*lambda*13/R;
Mk=J*epsilon;
r1=[0,r];
a1=[0.00001,a];
b1=lambda*a1;
psi1=1/3*atan(b1)+pi/3;
k1=sqrt(b1.^2+1).*cos(psi1);
y4=(1-k1.^2).*r1;
T=pi*1.225*13^2*trapz(r1,y4);
h1=sqrt((1-k1.^2)./b1.^2+1);
y5=(h1-1).*(k1+1).*r1.^3;
M=pi*1.225*omega*13*trapz(r1,y5);
课程设计（综合实验）报告( 2014 -- 2015 年度第1学期) 名称：风力发电场 院系：可再生能源学院 班级：风能1101班 学号： 学生姓名： 指导教师：韩爽刘永前 设计周数：2周 成绩： 提交日期：2014 年1月23 日
目录 一、课程设计目的 (1) 二、课程设计任务 (1) 三、课程设计要求 (1) 四、课程设计内容 (1) (一)测风数据处理 (1) (二)导入文件准备 (2) (三)W AsP软件计算 (3) 1.New Projection建立以及场址地图导入 (3) 2.风图谱的计算 (3) 3.测风塔的选定 (4) 4.宏观选址与风资源预测 (6) 5.Wind farm的建立与微观选址 (6) 6.风电场年发电量预测 (7) (四)WindFarmer优化计算 (9) 1.建立文件向导 (9) 2.载入地图文件 (10) 3.载入风资源数据 (10) 4.在栅格区域确定计算边界 (11) 5.安插风机 (12) 6.载入风力发电机机型文件 (13) 7.优化计算 (13) 8.生成报告 (14) (五)计算结果分析对比 (20) 1.年发电量 (20) 2.布机图 (21) 3.分析 (22) 五、课程设计个人总结 (22)
一、课程设计目的 通过使用W AsP、WindFarmer等软件，掌握风电场风能资源评估、微观选址原理及方法。 二、课程设计任务 根据风场测风数据及地形图，分别使用W AsP和WindFarmer软件，进行风资源评估和微观选址。具体包括： 1.对给定的风场测风数据进行处理； 2.使用经过处理后的测风数据，进行风资源评估，得到风图谱； 3.依据微观选址的基本原则，进行优化布机； 4.对两套不同软件的计算结果进行对比分析； 5.撰写设计报告。 三、课程设计要求 1.掌握风资源评估和微观选址的基本原理和方法； 2.掌握上述软件的使用方法； 3.独立撰写设计报告。 四、课程设计内容 (一)测风数据处理 分别选取各组数据，查看平均风速，70米高度处平均风速分别为7.574m/s 和 6.535m/s，在其他各高度处读出的平均风速分别为7.475m/s、7.219m/s、 6.897m/s、6.223m/s。由此判断70米高度处数据有一组异常。选取该组数据，应 用表格数据栏里的筛选功能，只选取0.3m/s、0.4m/s两个值，发现其他组数据有相应变化的风速，而该组数据始终为0.3m/s、0.4m/s。 删除异常数据，利用Windographer软件打开剔除后的测风数据，在相关性一栏查看两组70米高度处的数据相关性，得到相关性公式，在表格中利用该公式计算出需要修正的数据。至此，异常数据处理完成。 图4.1.1 测风数据
风能与动力工程专业 风电场电气系统课程设计报告 题目名称：48MW(35/110KV升压站)风 电场电气一次系统初步设计指导教师：贾振国 学生姓名： 班级： 设计日期：2014年07月 能源动力工程学院
课程设计成绩考核表
摘要 根据设计任务书的要求及结合工程实际,本次设计为48MW风电场升压变电站电气部分设计。本期按发电机单台容量2000kW计算，装设风力发电机组24台。每台风力发电机接一台2000kVA升压变压器，将机端690V电压升至35kV 并接入35kV集电线路，经3回35kV架空线路送至风电场110kV升压站。 变电站是电力系统的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经济运行，是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。电气主接线是由变压器、断路器、隔离开关、互感器、母线、避雷器等电气设备按一定顺序连接而成的,电气主接线的不同形式，直接影响运行的可靠性、灵活性，并对电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和控制方式的拟定等都有决定性的影响。 本文是小组成员的配合下和老师的指导下完成的，虽然时间很短，没有设计出特别完整的成果，可是我们学会了如何查找对自己有用的资料，如何设计一个完整的风电场电气系统。并且我们设计出了三张图，包括风机与箱式变电站接线图、35KV风电场集电线路接线图、110KV变电所电气主接线图,在这里感谢小组成员们的辛勤付出和贾老师的耐心指导。 关键词：主接线电气设备配电装置架空线路防雷与接地
Abstract According to the requirements of the design task and combined with the engineering practice, the design is part of the 48MW wind power booster substation electrical design. This period in accordance with the generator unit capacity of 2000kW calculation, installation of 24 wind turbine units. Each wind generator with a 2000kV A step-up transformer, the terminal 690V voltage to 35kV and access 35kV integrated circuit, the 3 35kV overhead transmission line to the wind farm 110kV booster station. Substation is an important part of power system, which directly affects the safety and economic operation of the whole power system, is the intermediate link between power plants and users, plays a role in transformation and distribution of electricity. The main electrical wiring is composed of a transformer, circuit breaker, isolating switch, transformer, bus, surge arresters and other electrical equipment according to a certain order which is formed by the connection of different form, the main electrical wiring, directly affect the operation reliability,flexibility, and the choice of electrical equipment, power distribution equipment arrangement, relay protection and control to have a decisive impact. This paper is combined with team members and under the guidance of teachers completed, although time is very short, no design particularly integrity achievements, but we learned how to find useful on its own data, how to design a complete wind farm electrical system. And we designed the three pictures, including fans and box type substation wiring diagram, 35KV wind farm set wiring diagram of an electric circuit, 110KV substation main electrical wiring diagram.Thanks to the team members to work hard and Jia teacher's patient instructions here. Key word：The main wiring Electrical equipment Distribution device Overhead line Lightning protection and grounding
细说柴油发电机组的工作原理 发电机通常由定子、转子、端盖及轴承等部件构成。定子由定子铁芯、线包绕组、机座以及固定这些部分的其他结构件组成。转子由转子铁芯(或磁极、磁扼)绕组、护环、中心环、滑环、风扇及转轴等部件组成。 由轴承及端盖将发电机的定子，转子连接组装起来，使转子能在定子中旋转，做切割磁力线的运动，从而产生感应电势，通过接线端子引出，接在回路中，便产生了电流。汽轮发电机与汽轮机配套的发电机。为了得到较高的效率，汽轮机一般做成高速的，通常为1500转/分（频率为50赫）或1800转/分（频率为 60 赫）。核电站中汽轮机转速较低，但也在1500转/分以上。高速汽轮发电机为了减少因离心力而产生的机械应力以及降低风摩耗，转子直径一般做得比较小，长度比较大，即采用细长的转子。特别是在3000转/分以上的大容量高速机组，由于材料强度的关系，转子直径受到严格的限制，一般不能超过 1.2米。而转子本体的长度又受到临界速度的限制。当本体长度达到直径的6倍以上时,转子的第二临界速度将接近于电机的运转速度，运行中可能发生较大的振动。所以大型高速汽轮发电机转子的尺寸受到严格的限制。10万千瓦左右的空冷电机其转子尺寸已达到上述的极限尺寸,要再增大电机容量,只有靠增加电机的电磁负荷来实现。为此必须加强电机的冷却。所以5～10万千瓦以上的汽轮发电机都采用了冷却效果较好的氢冷或水冷技
术。70年代以来，汽轮发电机的最大容量已达到130～150万千瓦。从1986年以来，在高临界温度超导电材料研究方面取得了重大突破。超导技术可望在汽轮发电机中得到应用，这将在汽轮发电机发展史上产生一个新的飞跃。 将机械能转变成电能的电机。通常由汽轮机、水轮机或内燃机驱动。小型发电机也有用风车或其他机械经齿轮或皮带驱动的。 发电机分为直流发电机和交流发电机两大类。后者又可分为同步发电机和异步发电机两种。现代发电站中最常用的是同步发电机。这种发电机的特点是由直流电流励磁,既能提供有功功率，也能提供无功功率，可满足各种负载的需要。异步发电机由于没有独立的励磁绕组，其结构简单，操作方便，但是不能向负载提供无功功率，而且还需要从所接电网中汲取滞后的磁化电流。因此异步发电机运行时必须与其他同步电机并联，或者并接相当数量的电容器。这限制了异步发电机的应用范围，只能较多地应用于小型自动化。城市电车、电解、电化学等行业所用的直流电源，在20世纪50年代以前多采用直流发电机。但是直流发电机有换向器，结构复杂，制造费时，价格较贵，且易出故障，维护困难，效率也不如交流发电机。故大功率可控整流器问世以来，有利用交流电源经半导体整流获得直流电以取代直流发电机的趋势。 同步发电机按所用原动机的不同分为汽轮发电机、水轮发电机和柴油发电机3种。它们结构上的共同点是除了小型电机有用永久磁铁产生磁场以外，一般的磁场都是由通直流电的励磁线圈产生，而且励磁线圈放在转子上，电枢绕组放在定子上。因为励磁线圈的电压较低，功率较小，又只有两个出线头，容易通过滑环引出；而电枢绕组电压较高,功率又大，多用三相绕组，有3个或4个引出头，放在定子上比较方便。发电机的电枢(定子)铁心用硅钢片叠成，以减少铁耗。转子铁心由于通过的磁通不变，可以用整体的钢块制成。在大型电机中，由于转子承受着强大的离心力，制造转子的材料必须选用优质钢材。 类型： 由于一次能源形态的不同，可以制成不同的发电机。 用水利资源和水轮机配合，可以制成水轮发电机；由于水库容量和水头落差高低不同，可以制成容量和转速各异的水轮发电机。 利用煤、石油等资源，和锅炉，涡轮蒸汽机配合，可以制成汽轮发电机，这种发电机多为高速电机(3000rpm)。 此外还有利用风能、原子能、地热、潮汐等能量的各类发电机。 此外，由于发电机工作原理不同又分作直流发电机，异步发电机和同步发电机。目前在广泛使用的大型发电机都是同步发电机。
《风力发电机组设计与制造》 课程设计报告 院系：可再生能源学院 班级：风能0902班 姓名：陈建宏 学号 指导老师：田德、王永 提交日期： 一、设计任务书 1、设计内容 风电机组总体技术设计 2、目的与任务 主要目的： 1)以大型水平轴风力机为研究对象，掌握系统的总体设计方法； 2)熟悉相关的工程设计软件； 3)掌握科研报告的撰写方法。 主要任务： 每位同学独立完成风电机组总体技术设计，包括： 1)确定风电机组的总体技术参数； 2)关键零部件（齿轮箱、发电机和变流器）技术参数； 3)计算关键零部件（叶片、风轮、主轴、连轴器和塔架等）载荷和技术参数；
4)完成叶片设计任务； 5)确定塔架的设计方案。 每人撰写一份课程设计报告。 3、主要内容 每人选择功率范围在1.5MW至6MW之间的风电机组进行设计。 1）原始参数：风力机的安装场地50米高度年平均风速为7.0m/s，60米高度年平均风速为7.3m/s，70米高度年平均风速为7.6 m/s，当地历史最大风速为48m/s，用户希望安装1.5 MW至6MW之间的风力机。采用63418翼型，63418翼型的升力系数、阻力系数数据如表1所示。空气密度设定为1.225kg/m3。 2）设计内容 （1）确定整机设计的技术参数。设定几种风力机的C p 曲线和C t 曲线，风力机基本 参数包括叶片数、风轮直径、额定风速、切入风速、切出风速、功率控制方式、传动系统、电气系统、制动系统形式和塔架高度等，根据标准确定风力机等级； （2）关键部件气动载荷的计算。设定几种风轮的C p 曲线和C t 曲线，计算几种关键 零部件的载荷（叶片载荷、风轮载荷、主轴载荷、连轴器载荷和塔架载荷等）；根据载荷和功率确定所选定机型主要部件的技术参数（齿轮箱、发电机、变流器、连轴器、偏航和变桨距电机等）和型式。以上内容建议用计算机编程实现，确定整机和各部件（系统）的主要技术参数。 （3）塔架根部截面应力计算。计算暴风工况下风轮的气动推力，参考风电机组的整体设计参数，计算塔架根部截面的应力。最后提交有关的分析计算报告。 4、进度计划
风力发电标准大全 本文从国家标准、电力行业标准、机械行业标准、农业标准、IEC标准、AGMA美国齿轮制造商协会标准、ARINC美国航空无线电设备公司标准、ASTM 美国材料和实验协会标准等几个方面总结风力发电标准大全。1、风力发电国家标准 GB/T 2900.53-2001电工术语风力发电机组 GB 8116—1987风力发电机组型式与基本参数 GB/T 10760.1-2003离网型风力发电机组用发电机第1部分：技术条件 GB/T 10760.2-2003离网型风力发电机组用发电机第2部分：试验方法 GB/T 13981—1992风力设计通用要求 GB/T 16437—1996小型风力发电机组结构安全要求GB 17646-1998小型风力发电机组安全要求 GB 18451.1-2001风力发电机组安全要求 GB/T 18451.2-2003风力发电机组功率特性试验 GB/T 18709—2002风电场风能资源测量方法 GB/T 18710—2002风电场风能资源评估方法 GB/T 19068.1-2003离网型风力发电机组第1部分技术条件 GB/T 19068.2-2003离网型风力发电机组第2部分试验方法 GB/T 19068.3-2003离网型风力发电机组第3部分风洞试验方法 GB/T 19069-2003风力发电机组控制器技术条件 GB/T 19070-2003风力发电机组控制器试验方法 GB/T 19071.1-2003风力发电机组异步发电机第1部分技术条件
GB/T 19071.2-2003风力发电机组异步发电机第2部分试验方法 GB/T 19072-2003风力发电机组塔架 GB/T 19073-2003风力发电机组齿轮箱 GB/T 19115.1-2003离网型户用风光互补发电系统第1部分:技术条件 GB/T 19115.2-2003离网型户用风光互补发电系统第2部分：试验方法 GB/T 19568-2004风力发电机组装配和安装规范 GB/T 19960.1-2005风力发电机组第1部分：通用技术条件 GB/T 19960.2-2005风力发电机组第2部分：通用试验方法 GB/T 20319-2006风力发电机组验收规范 GB/T 20320-2006风力发电机组电能质量测量和评估方法GB/T 20321.1-2006离网型风能、太阳能发电系统用逆变器第1部分：技术条件 GB/T 21150-2007失速型风力发电机组 GB/T 21407-2008双馈式变速恒频风力发电机组 2、风力发电电力行业标准 DL/T 666-1999风力发电场运行规程 DL 796-2001风力发电场安全规程 DL/T 797—2001风力发电厂检修规程 DL/T 5067—1996风力发电场项目可行性研究报告编制规程 DL/T 5191—2004风力发电场项目建设工程验收规程DL/T 5383-2007风力发电场设计技术规范3、风力发电机械行业标准 JB/T 6939.1—2004离网型风力发电机组用控制器第1部分：技术条件
风力发电机机组基础预算
目录 引言 750KW风力发电机组基础土建工程 750KW风力发电机组基础电气工程 750KW风力发电机组基础预算书 750KW风力发电机组基础单位工程预表750KW风力发电机组基础单位工程费用表汇总表 总结
关键词： 施工图预算：施工图预算是指一般意义上的预算，指当工程项目的施工图设计完成后，在单位工程开工前，根据施工图纸和设计说明、预算定额、预算基价以及费用定额等，对工程项目所应发生费用的较详细的计算。它是确定单位工程、单项工程预算造价的依据；是确定招标工程标底和投标报价，签订工程承包合同价的依据；是建设单位与施工单位拨付工程款项和竣工决算的依据；也是施工企业编制施工组织设计、进行成本核算的不可缺少的文件。 单位工程：单位工程指具有独特的设计文件，独立的施工条件，但建成后不能够独立发挥生产能力和效益的工程。 直接工程费：直接工程费是指施工企业直接用与施工生产上的费用。它由直接费、其他直接费和现场经费组成。 间接费：间接费是指施工企业用与经营管理的费用，它由企业管理费、财务费用和其他费用组成。
风力发电机机组主要包括：机舱（主机）、叶轮、塔架、基础、控制系统等等。风力发电机机组基础是风力发电机重要组成成分之一，一般陆地风电场风力发电机机组基础占风力发电机总造价16%左右；海上风电场风力发电机机组基础占风力发电机总造价25%左右。 风力发电机机组基础的外型为正八边形，一般是依据地质报告和冻土层深度可分为三种基础：标准基础、深基础、加深基础。 风力发电机机组基础预算计算主要包括：挖基坑、回填土、自卸汽车运土、混凝土基础垫层、钢筋、现浇砼独立基础。 以新疆达坂城风电三场一期30MW项目工程750KW机组基础预算工程量计算为例：
柴油发电机组控系统工作原理 LIXISE 作者： 作者：LIXISE 柴油发电机组控制系统工作原理和算法是相当的复杂，每个电路的设计都有其特定的算法来予以实现。柴油发电机组的控制器系统犹如发电机组的心脏，智能控制系统的使用大大提高了柴油发电机组的运行，保障了柴油发电机组的稳定工作，那么控制系统是通过何种原理和算法来实现呢？柴油发电机组的控制部分，数字式励磁控制器较传统的模拟电路励磁控制器具有精度高，反应快，控制算法适应性强，对于不同特性的电机只要通过调整程序参数就能适应，甚至可以实现更高端的自适应智能控制算法等优点。 一、数字励磁控制器软件实现与算法研究 主要是对数字式励磁控制器的软件和所采用的控制算法进行论述。首先对数字励磁控制器的主程序进行设计，然后对电量参数采集算法和智能励磁控制算法进行研究，并在ＣＰＵ上进行实现。为了实现精确的数字励磁控制，需要得到实时、精确的电量数据，而要获得实时、精确的电量数据，则需要采用交
流采样方法，并推导出交流采样下各个电量的计算公式，最终编写计算出电量数据的算法程序。交流采样是按一定的规律对被测信号的瞬时值进行采样，再按照一定的数学算法求出被测电量参数的测量方法。下面给出交流电压，交流电流，有功功率，无功功率，功率因素的各种算法中的离散公式。 二、数字式励磁控制器总体设计方案 工作电源：由于微处理器的工作电源要求，我们需要一个５Ｖ的稳定直流电源，信号调理电路的运算电路的供电需要一组±１２Ｖ的直流电源，另外，开关量输出需要驱动继电器，所以需要一个＋２４Ｖ的直流电源，为此我们需要设计一个电源转化模块得到系统正常工作所需的三组ＤＣ电源。 三、交流采样锁相环电路 要进行交流采样，通常需要进行同步采样，目前交流采样方式主要有硬件同步采样、软件同步采样和异步采样三种。硬件同步由硬件同步电路向ＣＰＵ提出中断实现同步。硬件同步电路有多种形式，常见的如锁相环同步电路等。硬件同步采样法是由专门的硬件电路产生同步于被测信号的采样脉冲。它能克服软件同步采样法存在截断误差等缺点，测量精度高。利用锁相频率跟踪原理实
高等教育自学考试毕业设计（论文） 风力发电机设计题目 级机电一体化工程09专业班级 姓名高级工程师指导教师姓名、职称
所属助学单位 2011年 4月1 日 目录 1 绪论………………………………………………………………………………… 1 1.1 风力发电机简介 (1) 1.2 风力发电机的发展史简介 (1) 1.3 我国现阶段风电技术发展状况 (2) 1.4 我国现阶段风电技术发展前景和未来发展 (2) 2 风力发电机结构设计……………………………………………………………… 3 2.1 单一风力发电机组成 (3) 2.2 叶片数目 (3) 2.3 机舱 (4) 2.4 转子叶片 (5) 3 风力发电机的回转体结构设计和参数计算 (5) 3.1联轴器的型号及主要参数 (5) 3.2 初步估计回转体危险轴颈的大小 (5) 3.3 叶片扫描半径单元叶尖速比 (6) 4 风轮桨叶的结构设计……………………………………………………………… 6 4.1桨叶轴复位斜板设计 (6) 4.2托架的基本结构设计 (6) 5 风力发电机的其他元件的设计 (6) 5.1 刹车装置的设计 (6) 6 风力发电机在设计中的3个关键技术问题 (7) 6.1空气动力学问题 (7) 6.2结构动力学问题 (7) 6.3控制技术问题 (7)
7 风力发电机的分类………………………………………………………………… 7 8 风力发电机的选取标准 (8) 9 风力发电机对风能以及其它的技术要求………………………………………… 8 9.1风力发电机对风能技术要求 (8) 9.2风力发电机建模的技术是暂态稳定系统 (9) 9.3风力电动机技术之间的能量转换 (10) 10 风力发电机在现实中的使用范例 (10) 结论 (12) 致谢 (13) 参考文献 (14) 摘要 随着世界工业化进程不断加快，能源消耗不断增加，全球工业有害物质排放量与日俱增，造成了能源短缺和恶性疾病的多发，致使能源和环境成为当今世界两大问题。因此，风力发电的研究显得尤为重要。 我国风电场内无功补偿的方式是在风电场汇集站内装设集中无功补偿装置，这造成风电场无功补偿的投资很大。文章结合实例，通过对不同发电量下风电场的无功损耗和电压波动情况进行计算，提出利用风力发电机的无功功率可基本实现风电场的无功平衡，风电场母线电压的变化是无功补偿设备选型的依据，对于发电量变化引起的母线电压变化不超出电网要求的风电场，应利用风力发电机的无功功率减小汇集站内无功补偿装置的容量，降低无功补偿的投资。 关键词：风力发电、风电场、无功补偿、电压波动
1．风力发电发展的现状 1.1世界风力发电的现状 近20年风电技术取得了巨大的进步。1995—2006年风力发电能力以平均每年30%以上的速度增长，已经成为各种能源中增长速度最快的一种。今年来欧洲、北美的风力发电装机容量所提供的电力2成为仅次于天然气发电电力的第二大能源。欧洲的风力风力发电已经开始从“补充能源”向“战略替代能源”的方向发展。 到2008年，世界风能利用嘴发达的国家是德国、美国和西班牙，中国名列世界第四位。丹麦是世界上使用风能比例最高的国家，丹麦能源消费的1/5来自于风力。 欧洲在开发海上风能方面也依然走在世界前列，其中丹麦、美国、爱尔兰、瑞典和荷兰等国家发展较快。尤其是在一些人口密度较高的国家，随着陆地风电场殆尽，发展海上风电场已成为新的风机应用领域而受到重视。丹麦、德国、西班牙、瑞典等国家都在计划较大的海上风电场项目。目前海上风电机组的平均单机容量在3MW左右，最大已达6MW。世界海上风电总装机容量超过80万千瓦。 有余风力发电技术已经相对成熟，因此许多国家对风发电的投入较大，其发展较快，从而使风电价格不断下降。若考虑环保及地理因素，加上政府税收优惠政策和相关支持，在有些地区风力发电已可与火力发电等展开竞争。在全球范围内，风力发电已形年产值超过50亿美元的产业。 1.2我过风力发电的发展现状 我国风力发电从20世纪80年代开始起步，到1985年以后逐步走向产业化发展阶段。 自2005年起，我国风电规模连续三年实现翻倍增长。风电新增容量每年都增加超过100%，仅次于美国、西班牙，成为世界风电快速增长的市场之一。根据国家能源局2009年公布的统计数据，截止2008年底，我国风电装机容量已达1271万千瓦，居世界第4位，但是风电在我国整个电力能源结构中所占的比重仍然比较低。 我国将在内蒙古、甘肃、河北、吉林、新疆、江苏沿海等省区建设十多个百万千瓦级和几个千瓦级风电基地。根据目前国内增长趋势，预计到2020年，中国风电总装机容量将达到1.3亿~1.5亿千瓦。 2 风力发电机 2.1恒速恒频的笼式感应发电机 恒速恒频式风力发电系统，特点是在有效风速范围内，发电机组的运行转速变化范围很小，近似恒定；发电机输出的交流电能频率恒定。通常该类风力发电系统中的发电机组为鼠笼式感应发电机组。 恒速恒频式发电机组都是定桨距失速调节型。通过定桨距失速控制的风力机使发电机转速保持在恒定的数值，继而使风电机并网后定子磁场旋转频率等于电网频率，因而转子、风轮的速度变化范围较小，不能保持在最佳叶尖速比，捕获风能的效率低。 2.2变速恒频的双馈感应式发电机 变速恒频式风力发电系统，特点是在有效风速范围内，允许发电机组的运行转速变化，而发电机定子发出的交流电能的频率恒定。通常该类风力发电系统中的发电机组为双馈感应式异步发电机组。 双馈感应式发电机结合了同步发电机和异步发电机的特点。这种发电机的定子和转子都可以和电网交换功率，双馈因此而得名。 双馈感应式发电机，一般都采用升级齿轮箱将风轮的转速增加若干倍，传递给发电机转子转速明显提高，因而可以采用高速发电机，体积小，质量轻。双馈交流器的容量仅与发电机的转差容量相关，效率高、价格低廉。这种方案的缺点是升速轮箱价格贵，噪声大、易疲劳损坏。
认证技术规范《高原型风力发电机组技术规范》编制说明（一）制订技术规范的必要性； 随着我国风电产业的快速发展，高原地区风力资源得以大量开发，适用于高原地区的风力发电机组开始广泛应用，但仅限于整机制造企业对机组要求的一些研究和企业自发的内部设计。在国家标准和行业标准中仅仅考虑了主要的风资源条件，对高原型风力发电机组的设计和要求未作相关的规定。为了规范高原型风力发电机组的设计、制造、使用、维护以及检测认证，由北京鉴衡认证中心牵头，南车株洲电力机车研究所有限公司、东方汽轮机有限公司、新疆金风科技股份有限公司、天津瑞能电气有限公司、北车风电有限公司、中国明阳风电集团有限公司、华锐风电科技（集团）股份有限公司、国电联合动力技术有限公司、北京国华电力有限责任公司、龙源电力集团股份有限公司、华能新能源股份有限公司共同编写了此技术规范。 （二）与相关法律法规的关系； 本标准符合我国相关法律、法规，与有关现行法律、法规和强制性标准不抵触、不矛盾。 （三）与现行标准的关系，以及存在的差异及理由； 至今我国还没有高原型风力发电机组的国家标准和行业标准，有关风力发电机组的标准有GB 18451.1《风力发电机组安全要求》，这个标准规定了适用于一般环境条件下的风力发电机组的安全要求，而高原地区的环境条件不满足该标准的使用条件。由于高原型气候条件（比如空气密度小、太阳辐射强度高）会对机组的运行和安全产生严重影响，在满足GB 18451.1《风力发电机组安全要求》之外，还需对机组提出更高的设计要求。为此，标准起草小组参考了国外先进产品及有关标准制定了此认证技术规范。 （四）参与修订认证技术规范的主要单位情况； 北京鉴衡认证中心是经国家认证认可监督管理委员会批准，由中国计量科学
海上风力发电机组基础设计
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一、前言
与陆上风电场相比,海上风电具有以下优 点：
风能资源储量大、环境污染小、不占用耕 地； 低风切变，低湍流强度——较低的疲劳载 荷； 高产出：海上风电场对噪音要求较低，可通 过增加转动速度及电压来提高电能产出； 海上风电场允许单机容量更大的风机，高者 可达5MW—10MW。
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一、前言
海上风力发电机组通常分为以下两个主 要部分： （1）塔头（风轮与机舱） （2）塔架 （3）基础（水下结构与地基）
与场址条件密切相关的特定设计； 约占整个工程成本的20%-30%； 对整机安全至关重要。
支撑 结构
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二、海上风电机组基础的形式
目前经常被讨论的基础形式主要涵盖参考 海洋平台的固定式基础，和处于概念阶段的漂 浮式基础，具体包括：
单桩基础； 重力式基础； 吸力式基础 ； 多桩基础 ； 漂浮式基础
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二、海上风电机组基础的形式
①单桩基础（如图2所 示）
采用直径3～5m 的大直径 钢管桩，在沉好桩后，桩顶固 定好过渡段，将塔架安装其 上。单桩基础一般安装至海床 下10-20m，深度取决于海床基 类型。此种方式受海底地质条 件和水深约束较大，需要防止 海流对海床的冲刷，不适合于 25m 以上的海域。
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图 2 单桩基础示意图
二、海上风电机组基础的形式
②重力式基础（如图3 所示）
重力式基础因混凝土沉箱 基础结构体积大，可靠重力 使风机保持垂直，其结构简 单，造价低且不受海床影 响，稳定性好。缺点是需要 进行海底准备，受冲刷影响 大，且仅适用于浅水区域。
图 3重力式基础示意图
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1．总体设计 一、气动布局方案 包括对各类构形、型式和气动布局方案的比较和选择、模型吹风，性能及其他气动特性的初步计算，确定整机和各部件（系统）主要参数，各部件相对位置等。最后，绘制整机三面图，并提交有关的分析计算报告。 二、整机总体布置方案 包括整机各部件、各系统、附件和设备等布置。此时要求考虑布置得合理、协调、紧凑，保证正常工作和便于维护等要求，并考虑有效合理的重心位置。最后绘制整机总体布置图，并编写有关报告和说明书。 三、整机总体结构方案 包括对整机结构承力件的布置，传力路线的分析，主要承力构件的承力型式分析，设计分离面和对接型式的选择，和各种结构材料的选择等。整机总体结构方案可结合总体布置一起进行，并在整机总体布置图上加以反映，也可绘制一些附加的图纸。需要有相应的报告和技术说明。 四、各部件和系统的方案 应包括对各部件和系统的要求、组成、原理分析、结构型式、参数及附件的选择等工作。最后，应绘制有关部件的理论图和有关系统的原理图，并编写有关的报告和技术说明。五、整机重量计算、重量分配和重心定位 包括整机总重量的确定、各部分重量的确定、重心和惯量计算等工作。最后应提交有关重量和重心等计算报告，并绘制重心定位图。 六、配套附件 整机配套附件和备件等设备的选择和确定，新材料和新工艺的选择，对新研制的部件要确定技术要求和协作关系。最后提交协作及采购清单等有关文件。总体设计阶段将解决全局性的重大问题，必须精心和慎重地进行，要尽可能充分利用已有的经验，以求总体设计阶段中的重大决策建立在可靠的理论分析和试验基础上，避免以后出现不应有重大反复。阶段的结果是应给出风力发电机组整机三面图，整机总体布置图，重心定位图，整机重量和重心计算报告，性能计算报告，初步的外负载计算报告，整机结构承力初步分析报告，各部件和系统的初步技术要求，部件理论图，系统原理图，新工艺、新材料等协作要求和采购清单等，以及其他有关经济性和使用性能等应有明确文件。 2．总体参数 在风轮气动设计前必须先确定下列总体参数。 一、风轮叶片数B 一般风轮叶片数取决于风轮的尖速比λ。目前用于风力发电一般属于高速风力发电机组，即λ＝4-7 左右，叶片数一般取2—3。用于风力提水的风力机一般属于低速风力机，叶片数较多。叶片数多的风力机在低尖速比运行时有较低的风能利用系数，即有较大的转矩，而且起动风速亦低，因此适用于提水。而叶片数少的风力发电机组的高尖速比运行时有较高的风能利用系数，且起动风速较高。另外，叶片数目确定应与实度一起考虑，既要考虑风能
一．总体参数设计 总体参数是设计风力发电机组总体结构和功能的基本参数，主要包括额定功率、发电机额定转速、风轮转速、设计寿命等。 1. 额定功率、设计寿命 根据《设计任务书》选定额定功率P r =3.5MW ；一般风力机组设计寿命至少为20年，这里选20年设计寿命。 2. 切出风速、切入风速、额定风速 切入风速 取 V in = 3m/s 切出风速 取 V out = 25m/s 额定风速 V r = 12m/s （对于一般变桨距风力发电机组（选 3.5MW ）的额定风速与平均风速之比为1.70左右,V r =1.70V ave =1.70×7.0≈12m/s ） 3. 重要几何尺寸 (1) 风轮直径和扫掠面积 由风力发电机组输出功率得叶片直径： m C V P D p r r 10495.096.095.045.012225.13500000 883 3 213≈???????==πηηηπρ 其中： P r ——风力发电机组额定输出功率，取3.5MW ； ——空气密度（一般取标准大气状态），取1.225kg/m 3； V r ——额定风速，取12m/s ； D ——风轮直径； 1η——传动系统效率，取0.95； 2η——发电机效率，取0.96； 3η——变流器效率，取0.95； C p ——额定功率下风能利用系数,取0.45。 由直径计算可得扫掠面积： 22 2 84824 1044 m D A =?= = ππ 综上可得风轮直径D=104m ，扫掠面积A=84822 m
4. 功率曲线 自然界风速的变化是随机的, 符合马尔可夫过程的特征, 下一时刻的风速和上一时刻的结果没什么可预测的规律。由于风速的这种特性, 可以把风力发电机组的功率随风速的变化用如下的模型来表示： )()()(△t P t P t P sta t += )(t P ——在真实湍流风作用下每一时刻产生的功率, 它由t 时刻的V(t)决定; )(t P stat ——在给定时间段V(t)的平均值所对应的功率； )(△t P ——表示t 时刻由于风湍流引起的功率波动。 对功率曲线的绘制, 主要在于对风速模型的处理。若假定上式表示的风模型中P stat (t)的始终为零, 即视风速为不随时间变化的稳定值, 在切入风速到切出风速的围按照设定的风速步长, 得到对应风速下的最佳叶尖速比和功率系数,带入式： 32123 8 1ηηπηρD V C P r P = 1η——传动系统效率，取0.95； 2η——发电机效率，取0.96； 3η——变流器效率，取0.95； ——空气密度（一般取标准大气状态），取1.225kg/m 3； V r ——额定风速，取12m/s ； D ——风轮直径； C p ——额定功率下风能利用系数,取0.45。
国电电力山西新能源开发有限公司 风力发电机组验收规范为确保风力发电机组在现场安装调试完成后，综合检验风电机组的安全性、功率特性、电能质量、可利用率和噪声水平，并形成稳定生产能力，制定本验收标准。 一、编制依据： 1、风力发电机组验收规范 GB/T20319-2006 2、建筑工程施工质量验收统一标准GB50300 3、风力发电场项目建设工程验收规程 DL/T5191-2004 4、电气设备交接试验标准GB50150 5、电气装置安装工程接地装置施工及验收规范GB50169 6、电气装置安装工程盘、柜及二次回路结线施工及验收规范GB50171 7、电气装置安装工程低压电器施工及验收规范GB50254 8、电器安装工程高压电器施工及验收规范GBJ147 9、建筑电气工程施工质量验收规范GB50303 10、风力发电厂运行规程DL/T666 11、电力建设施工及验收技术规程DL/T5007 12、联合动力风电机组技术说明书、使用手册和安装手册
13、风电机组订货合同中的有关技术性能指标要求 14、风力发电机组塔架及其基础设计图纸与有关标准 二、验收组织机构 风电机组工程调试完成后，建设单位组建验收领导小组，设组长1名、副组长4名、组员若干名，由建设、设计、监理、施工、安装、调试、生产厂家等有关单位负责人及有关专业技术人员组成。 三、验收程序 1 现场调试 （1）风力发电机组安装工程完成后，设备通电前应符合下列要求： （a）现场清扫整理完毕； （b）机组安装检查结束并经确认（内容见附表1）； （c）机组电气系统的接地装置连接可靠，接地电阻经检测符合机组的设计要求（小于4欧姆）； (d) 测定发电机定子绕组、转子绕组的对地绝缘电阻，符合机组的设计要求； (e) 发电机引出线相序正确，固定牢固，连接紧密； (f) 照明、通讯、安全防护装置齐全。 (2) 机组启动前应进行控制功能和安全保护功能的检查和试验，确认各项控制功能好安全保护动作准确、可靠。
摘要 自然风的速度和方向是随机变化的，风能具有不确定特点，如何使风力发电机的输出功率稳定，是风力发电技术的一个重要课题。迄今为止，已提出了多种改善风力品质的方法，例如采用变转速控制技术，可以利用风轮的转动惯量平滑输出功率。由于变转速风力发电组采用的是电力电子装置，当它将电能输出输送给电网时，会产生变化的电力协波，并使功率因素恶化。 风能利用发展中的关键技术问题风能技术是一项涉及多个学科的综合技术。而且，风力机具有不同于通常机械系统的特性：动力源是具有很强随机性和不连续性的自然风，叶片经常运行在失速工况，传动系统的动力输入异常不规则，疲劳负载高于通常旋转机械几十倍。 本文通过对风力发电机的总体设计，叶片、轮毂机构的设计，水平回转机构的设计，齿轮箱系统的设计，以达到利用风能发电的目的，有效利用风能资源，减少对不可再生资源的消耗，降低对环境的污染。 关键词：风能；风力发电机；叶片；轮毂；齿轮箱
Abstract Natural wind speed and direction of change is random, wind characteristics of uncertainty, how to make wind turbine output power stability, wind power technology is an important subject. So far, have raised a variety of ways to improve the quality of the wind, such as the use of variable speed control technology, can make use of wind round the moment of inertia smooth power output. Because variable speed wind power group using a power electronic devices, when it will transfer to the output of electric power grids, will change in the wave's power, and power factor deterioration. Use of wind energy in the development of key technical issues involved in wind energy technology is one of a number of integrated technical disciplines. Moreover, the wind turbine is usually different from the mechanical system characteristics: a strong power source is not random and continuity of the natural wind, the leaves often run in the stall condition, the power transmission system very irregular importation, fatigue load than Rotating Machinery usually several times. Based on the wind turbine design, leaves, the wheel design, level of rotating the design, gear box system design, use of wind power to achieve the objective of effective use of wind energy resources, reduce non-renewable resources Consumption, reduce the environmental pollution. Key words: wind power；wind power generators；blade；wheel；Gearbox