《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 1.5 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/m 3。
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
序号设计 ( 实验 ) 内容完成时间备注
1风电机组整体参数设计 2.5天
2风电机组气动特性初步计算 2 天
3机组及部件载荷计算 2 天
4齿轮箱、发电机、变流器技术参数 1.5天
4塔架根部截面应力计算 1 天
5报告撰写 1.5天
6课程设计答辩 1.5天
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
2、设计寿命
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。
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：
D=
8P r
==114m V r3 C p 1 2 3
其中：
P r--风力发电机组额定输出功率，取5000kW ；
--空气密度（一般取标准大气状态），取 1.225kg/m 3；r13m/s；
V -- 额定风速，取
D-- 风轮直径；
--传动系统效率，取0.92；
--发电机效率，取0.95；
--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= ==10207综上可得风轮直径D=114m ，扫掠面积 S=10207 。（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)+(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；
(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：
式中：
--传动系统效率，取0.92；
--发电机效率，取0.95；
--变流器效率，取0.95；
C p-- 额定功率下风能利用系数,取 0.44；
--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，升力系数 C l，叶尖速比，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，此时升力系数C l=0.904，C d =0.007 本设计取
攻角为，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
曲线如图，由 C p p
曲线可得出 C =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 ===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
由 IEC 标准，如下表，选择风力机等级为IECIIIA 。
WTGS 等级I II III IV S v ref [m/s]5042.537.530
v ave[m/s]108.57.5
A I150.180.180.180.18由设计者规
a2222定各参数B I150.160.160.160.16
a3333
阶段性总结
总体参数设计值总体参数设计值
叶片数B=3风轮直径D=114m 额定输出功率P=5MW轮毂高度Z hub=70m 设计寿命20 年风能利用系数C p =0.44
切入风速V in= 3m/s叶尖速比
切出风速V out=25m/s功率控制方式主动变桨距控制额定风速V r=13m/s制动形式气动刹车、机械刹车风轮额定转速n r=15r/min传动系统高传动比齿轮箱传动风力机等级IECIIIA电气系统双馈发电机 +变流器
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。
r
0 R
叶素位置和叶尖速比数值见下表：
叶素位置 /%5101520253035404550叶尖速比0.350.7 1.05 1.4 1.75 2.1 2.45 2.8 3.15 3.5叶素位置 /%556065707580859095100叶尖速比 3.85 4.2 4.55 4.9 5.25 5.6 5.95 6.3 6.657
2、叶片攻角及弦长优化设计计算步骤
⑴求利用公式
1
arctan
33
⑵求轴向干扰因子k 利用公式
k21cos
⑶求切向干扰因子h 利用公式
h
1k 2 12
⑷求入流角利用公式
1h
arc cot()
⑸求叶素桨距角
⑹计算叶片弦长C
8 r (h1) cos
C
BC l (h1)
叶片气动特性通过excel 计算，得到：
位置%半径 r(m/s)叶尖速比y k h j C(修正后) 0.050 2.8500.350 1.1590.424 2.7750.8230.648 5.842 0.100 5.7000.700 1.2510.384 1.6550.6400.4667.232 0.1508.550 1.050 1.3170.364 1.3370.5070.333 6.903 0.20011.400 1.400 1.3640.353 1.2030.4130.239 6.158 0.25014.250 1.750 1.3980.347 1.1350.3460.172 5.416 0.30017.100 2.100 1.4230.343 1.0950.2960.122 4.776 0.35019.950 2.450 1.4420.341 1.0710.2580.084 4.244 0.40022.800 2.800 1.4560.339 1.0550.2290.054 3.805 0.45025.650 3.150 1.4680.338 1.0440.2050.030 3.440 0.50028.500 3.500 1.4780.337 1.0360.1860.011 3.135 0.55031.350 3.850 1.4860.337 1.0290.169-0.005 2.877 0.60034.200 4.200 1.4930.336 1.0250.156-0.019 2.656 0.65037.050 4.550 1.4990.336 1.0210.144-0.030 2.466 0.70039.900 4.900 1.5040.335 1.0180.134-0.040 2.300 0.75042.750 5.250 1.5080.335 1.0160.125-0.049 2.154 0.80045.600 5.600 1.5120.335 1.0140.118-0.057 2.026 0.85048.450 5.950 1.5150.335 1.0120.111-0.064 1.911 0.90051.300 6.300 1.5180.335 1.0110.105-0.070 1.809
0.95054.150 6.650 1.5210.334 1.0100.100-0.075 1.717
1.00057.0007.000 1.5230.334 1.0090.095-0.080 1.634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=9550=33.51N· m
选择刚轴推荐最大扭剪应力： f s55MPa
则发电机的主轴直径 D 发电机为：
D 发电机 ==2=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：=0.973
齿轮箱功率：
P GB ===5694kW
4、联轴器
低速轴联轴器功率：
P m===5852kW
高速轴联轴器功率：
P = ==5540kW
r
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=
其中旋转角速度由下式算得：
r0—叶片起始处旋转半径，约为R 的 1/20,即为 2.85m
y—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：
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：
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：
此处 F 即 A r
用matlab 计算得：
I= 26199kg·m
当β时，科氏加速度最大，为
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= 133551N · m
2、风轮载荷计算
(1) 、轴向诱导因子,周向诱导因子
则作用在风轮上的轴向推力可表示为：
T=4
用matlab 计算得：
T= 935790N
(2)作用在整个风轮上的转矩可表示为：
用matlab 计算得：
M= 4980888N · m
3、主轴载荷计算
低速轴角速度为：
高速轴角速度为：
低速轴功率为：
P ===5852kW
m
高速轴功率为：
P = ==2216kW
t
低速轴转矩为
高速轴转矩为：
低速轴直径：
高速轴直径：
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>7m/s, 所以取 V s=60m/s。
前苏联的法捷耶夫公式:
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：
其中为风轮实度，风轮实度与叶尖速比有关，时，近似认为。
可算得：
F as=1440kN
荷兰ECN的公式
式中， C t——推力系数，取C t 1.5 ；
q——动态风压；
——动态系数，取j
1.2 ；
S——安全系数，取S 1.5 。
q 随高度变化，风轮中心高度Z hub=70m 处对应的 q=1120N/m 2。求得：F as=1543kN
丹麦 RIS 公式
式中， P l——风轮单位扫掠面积上的平均风压，通常取P l=300N/m 2
A s——风轮的扫掠面积。
算得
F as=3062k N
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考虑前面计算合理值，
即F as=1543kN ，
F ts是塔架受的风压力
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
A是塔架根部截面积，
G1 是塔顶的重量，本机组塔顶重为180t，则：，
G2是塔筒的重量，
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。
式中 :
与塔架截面变化有关的折算长度修正系数，可根据之比由下表的选择参考设计值，
0.10.20.30.40.50.60.70.80.9 1.0
1.651.451.331.241.181.141.101.061.031.00
J min是塔架顶部截面惯性矩，由下式计算：
J max是塔架底部截面惯性矩,由下式计算得：
查表得
-是塔架根部截面的惯性半径，
由以上可计算得
查下图所示曲线可知所以取。
代入计算得：
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
1、总体参数
总体参数设计值总体参数设计值
叶片数B=3风轮直径D=114m 额定输出功率P=5MW轮毂高度Z hub=70m 设计寿命20 年风能利用系数C p =0.44
切入风速V in= 3m/s叶尖速比
切出风速V out=25m/s功率控制方式主动变桨距控制
额定风速V r=13m/s制动形式气动刹车、机械刹车风轮额定转速n r=15r/min传动系统高传动比齿轮箱传动风力机等级IECIIIA电气系统双馈发电机 +变流器2、功率、气动特性和载荷计算总结
攻角10°气动特性升力系数 1.307
阻力系数0.018
发电机额定功率5MW 发电机发电机额定转速1500r/min
发电机轴直径0.14m
形式齿轮箱选用 2 级行星轮 +1 级
平行轴齿轮
齿轮箱齿轮箱传动比100低速轴转速15r/min 高速轴转速1500r/min 齿轮箱功率5694kW
联轴器低速轴联轴器功率5852kW
高速轴联轴器功率5540kW 变流器变流器功率2500kW 偏航电机数量偏航电机功率
离心力66760N
叶片载荷
风压力284255N
陀螺力矩133551N · m 风压力作用点距叶轮轴距离37.96m
风轮载荷
轴向推力935790N 转矩4980888N · m 低速轴转矩3727389N · m
主轴载荷
高速轴转矩14107N·m 低速轴直径0.702m
高速轴直径0.109m 作用在塔架上载荷F as=1543kN
塔架载荷作用在在塔架上风压力F ts=694975N
塔架根部截面应力241.3MPa 3、其余部分设计总结
机组运行环境温度-30° ~45 °生存环境温度-45° ~45 °输出电压690V
发电机频率50Hz
功率因数容性 0.95~感性 0.9
空气动力外形63418 翼型叶片圆锥体叶尖 1.5m 处预弯
材料玻璃纤维增强树脂控制系统控制方式PLC+ 远程监控塔筒类型钢制锥形塔筒
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
风力发电系统建模与仿真 摘要：风力发电作为一种清洁的可再生能源利用方式，近年来在世界范围内获得了飞速的发展。本文基于风力机发电建立模型，主要完成了以下工作：（1）基于风资源特点，建立了以风频、风速模型为基础的风力发电理论基础； （2）运用叶素理论，建立了变桨距风力机机理模型； （3）分析了变速恒频风力发电机的运行区域与变桨距控制的原理与方法，并给出了机组的仿真模型，为风力发电软件仿真奠定了基础； （4）搭建了一套基于PSCAD/EMTDC仿真软件的风力发电系统控制模型以及完整的风力发电样例系统模型，并且已初步实现风力机特性模拟功能。 关键词：风力发电；风频；风速；风力机；变桨距；建模与仿真 1 风资源及风力发电的基本原理 1.1 风资源概述 （1）风能的基本情况[1] 风的形成乃是空气流动的结果。风向和风速是两个描述风的重要参数。风向是指风吹来的方向，如果风是从东方吹来就称为东风。风速是表示风移动的速度即单位时间内空气流动所经过的距离。 风速是指某一高度连续10min所测得各瞬时风速的平均值。一般以草地上空10m高处的10min内风速的平均值为参考。风玫瑰图是一个给定地点一段时间内的风向分布图。通过它可以得知当地的主导风向。 风能的特点主要有：能量密度低、不稳定性、分布不均匀、可再生、须在有风地带、无污染、分布广泛、可分散利用、另外不须能源运输、可和其它能源相互转换等。 （2）风能资源的估算 风能的大小实际就是气流流过的动能，因此可以推导出气流在单位时间内垂直流过单位截面积的风能，即风能密度，表示如下： 3 ω= (1-1) 5.0vρ 式中, ω——风能密度(2 W)，是描述一个地方风能潜力的最方便最有价值的量； /m ρ——空气密度(3 kg)； /m
一、简答题 ★1、哪一个力产生使叶轮转动的驱动力矩？ 答：升力使叶片转动，产生动能。 ★2、说出用于定义一台风力发电机组的4个重要参数。 答：轮毂高度、叶轮直径或扫掠面积、额定功率、额定风速。 ★3、简述风力发电机组的组成。 答：大型风力发电机组一般由风轮、机舱、塔架和基础四个部分组成。 ★4、风力发电机组产品型号的组成部分主要有什么？ 答：风力发电机产品型号的组成部分主要有：风轮直径和额定功率。 ★5、什么叫风速？ 答：空间特定的风速为该点周围气体微团的移动速度。 ★6、什么叫平均风速？ 答：给定时间内顺势风速的平均值，给定时间从几秒到数年不等。 ★7、什么叫额定风速？ 答：风力发电机达到额定功率输出时规定的风速。 ★8、什么叫切入风速？ 答：风力发电机开始发电时的最低风速。 ★9、什么叫水平轴风力发电机的轮毂高度？ 答：从地面到风轮扫掠面中心的高度，叫水平轴风力发电机的轮毂高度。 ★10、什么是风力发电机的控制系统？ 答：接受风力发电机信息和环境信息，调节风电机，使其保持在工作要求范围内的系统。 ★11、什么叫水平轴风力发电机？ 答：风轮轴线基本上平行于风向的发电机。 13、什么叫风力发电机组的额定功率？ 答：在工作条件下，风力发电机组的设计要达到的最大连续输出电功率。 ★14、什么叫风力发电机组的扫掠面积？ 答：垂直于风矢量平面上的，风轮旋转时叶尖运动所产生园的扫掠面积。 ★15、什么叫风力发电机组的浆距角？ 答：在指定的叶片径向位置（通常为100%叶片半径处）叶片玄线与风轮旋转面间的夹角。 ★16、在风力发电机组的机械刹车最常用的形式是哪几种？ 答：在风力发电机组中，最常用的机械刹车形式为盘式、液压、常闭式制动器。 ★17、风轮的作用是什么？ 答：风轮的作用是把风的动能转换成风轮的旋转机械能。 ★18、风电机组的齿轮箱常采用什么方式润滑？ 答：风电机组的齿轮箱常采用飞溅润滑或强制润滑，一般以强制润滑为多见。 ★★21、风形成的主要因素是什么？ 答：地球表面受热不均使得赤道区的空气变热上升，且在两极区冷空气下沉，引起大气层中空气压力不均衡；地球的旋转导致运动的大气层根据其位置向东方和西方偏移。 ★★22、风力发电的经济效益主要取决于哪些因素？ 答：风力发电的经济效益主要取决于风能资源、电网连接、交通运输、地质条件、地形地貌和社会经济多方面复杂的因素。 26、简要说明并网风力发电机组的发电原理。 答：并网风力发电机组的原理是将缝中的动能转换成机械能，再将机械能转换成电能，以固定的电能频率输送到电网中的过程。
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
风电专业考试题库 以下试题的难易程度用“★”的来表示，其中“★”数量越多表示试题难度越大，共526题。 一、填空题 ★1、风力发电机开始发电时，轮毂高度处的最低风速叫。 （切入风速） ★2、严格按照制造厂家提供的维护日期表对风力发电机组进行的预防性维护是。（定期维护） ★3、禁止一人爬梯或在塔内工作，为安全起见应至少有人工作。（两） ★4、是设在水平轴风力发电机组顶部内装有传动和其他装置的机壳。（机舱） ★5、风能的大小与风速的成正比。（立方）E=1/2（ρtsυ3）式中：ρ!———空气密度（千克/米2）；υ———风速（米/ 秒）；t———时间（秒）；S———截面面积（米2）。 ★6、风力发电机达到额定功率输出时规定的风速叫。（额定风速）★7、叶轮旋转时叶尖运动所生成圆的投影面积称为。 （扫掠面积） ★8、风力发电机的接地电阻应每年测试次。（一） ★9、风力发电机年度维护计划应维护一次。（每年） ★10、SL1500齿轮箱油滤芯的更换周期为个月。（6） ★11、G52机组的额定功率KW。（850） ★★12、凡采用保护接零的供电系统，其中性点接地电阻不得超
过。（4欧） ★★13、在风力发电机电源线上，并联电容器的目的是为了。（提高功率因素） ★★14、风轮的叶尖速比是风轮的和设计风速之比。（叶尖速度）★★15、风力发电机组的偏航系统的主要作用是与其控制系统配合，使风电机的风轮在正常情况下处于。（迎风状态） ★★16、风电场生产必须坚持的原则。 （安全第一，预防为主） ★★17、是风电场选址必须考虑的重要因素之一。（风况） ★★18、风力发电机的是表示风力发电机的净电输出功率和轮毂高度处风速的函数关系。（功率曲线） ★★19、风力发电机组投运后，一般在后进行首次维护。 （三个月） ★★20、瞬时风速的最大值称为。（极大风速） ★★21、正常工作条件下，风力发电机组输出的最高净电功率称为。 （最大功率） ★★22、在国家标准中规定，使用“downwind”来表示。 （主风方向） ★★23、在国家标准中规定，使用“pitch angle”来表示。 (桨距角) ★★24、在国家标准中规定，使用“wind turbine”来表示。 （风力机） ★★25、风力发电机组在调试时首先应检查回路。（相序）
《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
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
《风力发电技术》复习题 1、风能的大小与风速的成正比。(B) A、平方； B、立方； C、四次方； D、五次方。 2、风能是属于的转化形式。(A) A、太阳能； B、潮汐能； C、生物质能； D、其他能源。 3、在正常工作条件下，风力发电机组的设计要达到的最大连续输出功率叫。(D) A、平均功率； B、最大功率； C、最小功率； D、额定功率。 4、风力发电机开始发电时，轮毂高度处的最低风速叫。(D) A、额定风速； B、平均风速； C、切出风速； D、切入风速。 5、风能的大小与空气密度。（A） A、成正比; B、成反比； C、平方成正比； D、立方成正比。 6、按照年平均定义确定的平均风速叫。（C） A、平均风速; B、瞬时风速； C、年平均风速； D、月平均风速。 7、风力发电机达到额定功率输出时规定的风速叫。（B） A、平均风速; B、额定风速； C、最大风速； D、启动风速。 8、当风力发电机飞车或火灾无法控制时，应首先。（C） A、回报上级; B、组织抢险； C、撤离现场； D、回报场长。 9、风力发电机组开始发电时，轮毂高度处的最低风速叫。（B） A、启动风速; B、切入风速； C、切出风速； D、额定风速。 10、给定时间内瞬时风速的平均值叫做该时间段内的。（C） A、瞬时风速; B、月平均风速； C、平均风速； D、切出风速。 11、在变桨距风力发电机组中，液压系统主要作用之一是，实现其转速控制、功率控制。（A） A、控制变桨距机构; B、控制机械刹车机构； C、控制风轮转速； D、控制发电机转速。 12、风力发电机组规定的工作风速范围一般是。 (C) A、0～18m/s; B、0～25m/s； C、3～25m/s； D、6～30m/s。 13、在某一期间内，风力发电机组的实际发电量与理论发电量的比值，叫风力发电机组的。(A) A、容量系数； B、功率系数； C、可利用率； D、发电率。 14、风力发电机电源线上，并联电容器组的目的是。(C) A、减少无功功率； B、减少有功功率； C、提高功率因数； D、减少由有
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。
风力发电系统建模与仿真
风力发电系统建模与仿真 摘要：风力发电作为一种清洁的可再生能源利用方式，近年来在世界范围内获得了飞速的发展。本文基于风力机发电建立模型，主要完成了以下工作：（1）基于风资源特点，建立了以风频、风速模型为基础的风力发电理论基 础； （2）运用叶素理论，建立了变桨距风力机机理模型； （3）分析了变速恒频风力发电机的运行区域与变桨距控制的原理与方法，并给出了机组的仿真模型，为风力发电软件仿真奠定了基础； （4）搭建了一套基于PSCAD/EMTDC仿真软件的风力发电系统控制模型以及 完整的风力发电样例系统模型，并且已初步实现风力机特性模拟功能。 关键词：风力发电；风频；风速；风力机；变桨距；建模与仿真 1 风资源及风力发电的基本原理 1.1 风资源概述 （1）风能的基本情况[1] 风的形成乃是空气流动的结果。风向和风速是两个描述风的重要参数。风向是指风吹来的方向，如果风是从东方吹来就称为东风。风速是表示风移动的速度即单位时间内空气流动所经过的距离。 风速是指某一高度连续10min所测得各瞬时风速的平均值。一般以草地上空10m高处的10min内风速的平均值为参考。风玫瑰图是一个给定地点一段时间内的风向分布图。通过它可以得知当地的主导风向。 风能的特点主要有：能量密度低、不稳定性、分布不均匀、可再生、须在有风地带、无污染、分布广泛、可分散利用、另外不须能源运输、可和其它能源相互转换等。 （2）风能资源的估算 风能的大小实际就是气流流过的动能，因此可以推导出气流在单位时间内垂直流过单位截面积的风能，即风能密度，表示如下： 3 ω= (1-1) 5.0vρ 式中, ω——风能密度(2 W)，是描述一个地方风能潜力 /m 的最方便最有价值的量；
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
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
风力发电技术题库-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
一、填空题 整体认识 1、750风力发电机组采用（水平）轴、三叶片、（上）风向、定桨距（失速）调节、（异步）发电机并网的总体设计方案 2、单级异步发电机与齿轮箱之间采用了（膜片式）联轴器连接，该联轴器既具有（扭矩传递）功能，又具有（扭矩过载）保护作用 3、750机组设置了齿轮润滑油（加热装置），外接（强迫油冷却）装置、发电机（加热）除湿装置、散热系统等。 4、机组的软并网装置可将电流限定在额定值的（1.5）倍之内；机组的无功补偿装置可保证功率因数在额定功率点达到（0.99）以上。 5、整个机组由计算机控制，数据自动（采集处理）、自动运行并可远程监控。 6、750机组安全系统独立于（控制系统），包括相互独立、（失效保护）的叶尖气动刹车和两组机械刹车。 7、750机组的切入风速（4.0）m/s，额定风速（15）m/s，切出风速10分钟均值（25 ）m/s 。 8、齿轮箱的弹性支撑承担着齿轮箱的全部重量。由于弹性支撑是主轴的一个（浮动）支点，也承担着主轴的部分重量。 9、S48/750机组叶轮转速是（22.3）rpm ，叶片端线速度（56） m/s 。 10、齿轮箱的齿轮传动比率是（67.9），润滑形式（压力强制润滑）。
异步发电机 1、原动机拖动异步电机, 使其转子转速n 高于旋转磁场的（同步转速）,即使转差率s< 0, 就变成异步发电机运行。 2、风力发电机选用（H）级的绝缘材料。 3、异步发电机本身不能提供激磁电流，必须从电网吸取（无功励磁）功率以建立磁场 4、三相异步发电机的基本结构与三相异步电动机（相同）。 5、异步发电机输向电网的电流频率和它自身的转差率（无关）。 6、发电机基本参数 额定功率（750 ） kW 额定电压（690） V 额定电流（690） A 额定转速（1520） rpm 额定滑差（1.33） % 绝缘等级（H） 8、750kW风力发电机为卧式、（强迫）通风、三相铜条（鼠笼异步）发电机。
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。
毕业论文题目：750KW风力机叶片建模与模态仿真分析 学院： 专业：机械设计制造及其自动化 班级：学号： 学生姓名： 导师姓名： 完成日期： 2014年6月20日
诚信声明 本人声明： 1、本人所呈交的毕业设计（论文）是在老师指导下进行的研究工作及取得的研究成果； 2、据查证，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，毕业设计（论文）中不包含其他人已经公开发表过的研究成果，也不包含为获得其他教育机构的学位而使用过的材料； 3、我承诺，本人提交的毕业设计（论文）中的所有内容均真实、可信。 作者签名：日期：年月日
毕业设计（论文）任务书 题目： 750KW风力机叶片建模与模态仿真分析 姓名学院专业班级学号 指导老师职称教研室主任 一、基本任务及要求： 1、查阅20篇左右文献资料，撰写开题报告和文献综述。 2、确定叶片主要翼形构成、外形参数及载荷。 3、应用三维建模软件建立叶片三维实体模型。 4、应用仿真软件对复合材料叶片进行模态仿真分析。 5、改变叶片转速，讨论复合材料叶片动力刚化效应对振动的影响。 6、按照要求撰写毕业论文和打印图纸。 二、进度安排及完成时间： 2014.2.20－3.5：课题调研（含毕业实习及撰写毕业实习报告）、查阅文献资料。2014.3.6－3.28：撰写文献综述和开题报告。 2014.3.29－4.8：确定叶片主要翼形构成、外形参数及载荷。 2014.4.9－4.19：应用三维建模软件建立叶片三维实体模型。 2014.4.20－4.27：应用仿真软件对复合材料叶片进行模态仿真分析。 2014.4.28－5.5：改变叶片转速，讨论复合材料叶片动力刚化效应对振动的影响。2014.5.6－5.26：撰写毕业论文、完成设计。 2014.5.27－6.10：整理毕业设计资料，毕业答辩。
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。