风力发电功率和叶尖速比教学文案

独立运行风电机组的最佳叶尖速比控制文 摘：介绍了采用抓极无刷自励发电机的5KW 风电机组的性能特点，采用最佳叶速比控制和稳压控制相结合的控制方法，使风力机在额定风速以下及蓄电池没有充满时按最佳效率运行。

当蓄电池接近充满时，控制风电系统稳压运行，保证蓄电池安全可靠充电。

该风电机组及其控制已实际应用。

1、风机特性大风时通过离心力控制限速弹簧调节叶片角度限制风轮转速风力机的参数：额定功率、启动风速、额定风速、风轮直径、风轮额定转速、齿轮箱增速比、蓄电池标称电压。

风机发电的电气特点：1.1若发电机为异步发电机，其结构简单，控制方便，但需加电容器励磁。

发电机输出的三相交流电压为线电压380V ，要给120V 标称电压的蓄电池组供电，需加变压器降压后，再经整流器整流成直流输出，供蓄电池充电。

整个发电系统环节多，降低了总的运行效率。

1.2原机组采用异步发电机基本恒速运行，在大多数风速情况下不是运行在最佳效率状态。

1.3原风电机组当蓄电池电压达到设定的最高充电电压值时，切断发电机的输出，这一方面使叶片和风轮在切断瞬间承受很大的冲击，容易损坏机组；另一方面在断开发电机输出时蓄电池不一定充满，充电电源已经断开，这样就使蓄电池经常处于充不满状态，缩短其使用寿命。

二、改进后风力发电机2.1风力机最佳运行原理一台风轮半径为R 的风力机，在风速V 下运行时，它所产生的机械功率Pm 为式中p 为空气密度，3V 2A ρ为单位时间穿过风轮扫掠面积的风的能量；Cp 称为风力机的功率系数，实质上也就是风力机将风能转换为机械能的效率。

对于已经设计定型的风力机，Cp 是风轮叶尖线速度与风速之比λ的函数。

λ通常称为叶尖速比。

Cp 与λ的关系曲线是风力机的基本性能之一，且只有λ为某一特定值λm 时，Cp 达到其最大值Cpmax ，所以λm 称为最佳叶尖速比。

为了使风力机产生最大的机械功率，应使Cp 达到其最大值Cpmax 不变，为此，当风速变化时就必须使风力机的转速随风速正比变化，并保持一个恒定的最佳叶尖速比，即：在此条件下，风力机输出最大机械效率，并与风速的三次方成正比，即也即与转速的三次方成正比。

风能利用系数是评价风力发电机性能的重要指标之一。

在设计风力发电机的过程中，需要综合考虑多个因素，其中包括叶尖速比和桨距角。

这两个参数都对风能利用系数有着重要的影响，下面我们将分析它们与风能利用系数之间的函数关系。

一、叶尖速比的影响叶尖速比是风力发电机叶片末端的线速度与风速之比。

通常情况下，叶尖速比的取值范围在5-9之间。

而叶尖速比对风能利用系数的影响是非常显著的。

当叶尖速比过大时，风力发电机叶片的阻力将会增大，从而导致风能利用系数下降。

而叶尖速比过小时，叶片的转动效率也会下降，同样会导致风能利用系数的降低。

叶尖速比与风能利用系数的函数关系可以用一个类似抛物线的曲线来描述。

随着叶尖速比的增加，风能利用系数先增加后减小，存在一个最大值点。

二、桨距角的影响桨距角是指风力发电机叶片相对于风向的角度。

它对风能利用系数也有着重要的影响。

当桨距角过小时，叶片受风面积减小，受风面积受风能利用系数也会下降。

而当桨距角过大时，叶片的承受风压面积增大，同样会导致风能利用系数的减小。

桨距角与风能利用系数也呈现出类似抛物线的函数关系。

三、风能利用系数的函数关系根据叶尖速比和桨距角对风能利用系数的影响，可以得出风能利用系数与叶尖速比和桨距角之间具有函数关系。

在实际的工程设计中，通常需要对叶尖速比和桨距角进行综合考虑，通过数值模拟和实验验证，得出最佳的风能利用系数对应的叶尖速比和桨距角。

四、结语风能利用系数与叶尖速比和桨距角之间的函数关系是风力发电机设计中一个重要的研究课题。

通过合理地选择叶尖速比和桨距角，并综合考虑风动力特性、结构强度和材料成本等多个因素，可以提高风力发电机的发电效率和经济性。

希望未来能够进一步深入研究风能利用系数与叶尖速比和桨距角之间的函数关系，为风力发电行业的发展做出更大的贡献。

风力发电作为清洁能源发电的重要来源，其发电效率和经济性一直备受关注。

在风力发电机的设计和运行中，风能利用系数作为衡量风力发电机性能的重要指标之一，对于提高风力发电机的发电效率具有重要意义。

!"风力发电讲座风力发电最有希望的应用前景之一是把它们用在无电网的地区，为边远的农村、牧区和海岛居民提供生活和生产所需的电力。

由于风能的随机性和不稳定性以及负载情况的变化，使风电机组在独立运行时所要解决的技术问题，包括电能供求的平衡以及电能的质量等，比起并网运行来有更大的难度。

本讲介绍风电机组常用的几种独立运行或与其它发电装置互补运行方式。

!风力"柴油联合发电系统目前，在大电网难以达到的边远或孤立地区，通常的办法是采用柴油发电机组来提供必要的生活和生产用电。

由于柴油价格高，加之运输方面的困难，造成发电成本相当高，并且由于交通不便和燃料供应的紧张，往往不能保证电力的可靠供应。

而这些边远地区特别是海岛大部分有较丰富的风能资源，随着风电技术的日趋成熟，其电能的生产成本已经低于柴油发电的成本。

因此，采用风力发电机组和柴油发电机组联合运行，为电网达不到的地区提供稳定可靠的、符合电能质量#电压、频率等$标准的电力，最大限度地节约柴油并减少对环境的污染，是世界各国在风能利用与开发研究中颇受瞩目的方向之一。

特别是对发展中国家，由于电网尚不够普及，更具有广阔的应用前景。

现在世界上正在研究和运行的风力%柴油发电系统的类型很多，但一般说来，整个系统不外乎包括以下部分，即：风力发电机组、柴油发电机组、蓄能装置、控制系统、用户负载及耗能负载等，其基本结构框图如图!所示。

下面重点介绍几种主要型式。

!#!基本型风力%柴油发电系统及其改进型式风力发电和柴油发电最简单的结合方法之一是让风力发电机组和现有的柴油发电机组并联运行，以降低柴油机的平均负载，从而节省燃料。

图"示出这种系统的结构，风力驱动的感应发电机和柴油驱动的同步发电机并联运行。

在这个系统中，柴油发电机组必须不停地工作，即使在负荷较小、风力较强时也必须运转，以便为风力发电机提供所需的无功功率。

这种系统的优点是结构简单，可以向负载连续供电：缺点是节油率低，而且为了保证系统的稳定性，通常柴油发电机组的容量要比风电机组大很多，这样节油的效果就更差了。

第一册教学辅导材料第一章主要内容一、风能的特点1、变化性和不稳定性；2、风力的大小从地球表面起，随海拔高度的升高增大；3、空气的密度随海拔高度的升高而逐渐减小。

二、衡量风能的主要指标1.风的等级：人为的将风速由低到高划分的等级。

目前全世界通用“蒲福氏风级表”。

2. 年平均风速：年平均风速是评价一个风场开发价值的重要指标。

3. 有效风速：有效风速也称为可利用风速。

4. 参考风速和极限风速：参考风速定义为50年一遇的、在轮毂高度处能持续十分钟的阵风平均风速。

极限风速定义为1.4倍参考风速。

三、我国风能分布的特点三北及东南沿海地区风能富集。

四、风力发电常识1，风能利用系数Cpmax=0.593。

2，叶尖速比λ：叶尖速比λ值越大，风轮效率越高；叶尖线速度不能超过65m/s。

五、风力发电机组的组成部分由叶片、轮毂、风轮轴、齿轮箱、制动装置、液压系统、机舱底盘及偏航驱动、塔架、控制器等零部件组成。

六、风力发电机组的运行方式1、恒频恒速运行方式2、变速恒频运行方式七、风力发电机组的要求1、经济性2、可靠性3、安全性4、环保性八、风力发电机组及其零部件的检验规则1、出厂检验2、型式检验复习题1、风能的利用的意义？2、风能的特点？3、衡量风能的主要指标有哪些？4、我国风能分布的特点？5、风能利用系数Cp和叶尖速比 是如何定义的？6、风力发电产业是由哪几部分组成？7、风力发电机组的组成部分？8、为什么普遍采用三叶片风轮？9、调速机构的作用？常用调速装置有几种？各有什么特点？10、风力发电机组中常用发电机有哪几种？各有什么特点？11、风力发电机组的铭牌数据有哪些？12、风力发电机组的运行方式有哪几种？各有什么特点？13、对风力发电机组的要求有哪些？14、为保证经济性国家标准对风力发电机组的性能要求有哪些？15、为保证可靠性国家标准对风力发电机组运行的限定条件有哪些？16、为保证安全性国家标准规定的安全保护等级标准主要内容有哪些？17、对风力发电机组的环保性要求涉及哪些方面？18、试验与检验的区别？19、风力发电机组及其零部件的检验规则？第二章主要内容一、叶片的设计要求1、空气动力学要求；2、结构设计要求；3、技术要求；4、环境适应性；5、安全和环保。

【精品】风电教程第四章风中蕴含的能量风电机将风的动能转化为机械能并进而转化为电能。

从动能到机械能的转化是通过叶片来实现的，而从机械能到电能则是通过发电机芯来实现的。

动能每个具有质量的物体（固体、液体或者气体）在运动的时候都拥有一个跟质量 m 和运动速度 v 的平方成正比的能量（也就是动能或者动力能）。

其数学表达式如下：对于风电机来说，流经叶片转动平面的空气质量运动所携带的动能，就是被经过叶片转化成机械能的那部分动能。

能量和功率功率 P 等于单位时间内的能量转化。

为了计算功率，必须要将上面公式中质量 m 除以时间，也就是空气的 dm /dt （每秒钟流经风电机叶片旋转面积的空气质量）计算出来。

空气的质量空气的质量用 m 表示。

计算 m 要通过空气密度和空气的体积 V：空气密度随着空气压力的增大而增大，随着温度的升高而减小：冷空气比热空气密度大（热气球升空就是利用的这个原理）。

在普通大气压力和 20C 温度的条件下每立方米空气的质量是1/ 101 .204 kg ；在 -1 0C 的温度下，每立方米空气重 1 .342 kg，比常温下重了 1 1 % 。

也就是说，同样的风速同样的风电机， -1 0 C 冷风比 20 C 热风能够多产生 1 1 % 的电能。

单位体积的空气，密度大的比密度小的要重，也含有更多的能量。

高压地区（1 020hPa）的空气密度比低压地区（980hPa）的空气密度大，单位体积重量也大。

体积上面公式当中的空气体积 V 等于叶片划过的面积 A 乘以风速 v。

面积 A 正好是一个半径为 r 的圆，其计算方法是圆周率乘以r 的平方。

所以：功率综合上面三个公式，可以得出功率 P 的计算方法：其中 P 是风电机的功率 ro 是空气密度 r 是叶片的旋转半径 v 是风速一台 2MW 的风电机叶片半径在 40 米左右。

在普通空气密度下，温度 1 0C，风速 6 米/秒（= 21 km /h, 和风）的情况下，风电机的功率是 780KW。

《风力发电》讲义东北电力大学电气工程学院2007-09-09目录第1章风力发电概述（2学时） (1)1.1 前言 (1)1.2 风力发电的现状与发展前景 (1)1.2.1 国内风力发电的现状与趋势 (1)1.2.2 国外风力发电的现状与趋势 (4)1.3 风力发电原理简介 (5)1.4 大规模风力发电联网运行面临的问题 (7)1.5 本课程主要内容——IG-FWT / DFIG-WT (8)1.6 本章小结 (8)第2章风电机组特性及数学模型（12学时） (9)2.1 风力资源特性描述（1学时） (9)2.2 风力机数学模型（2学时） (13)2.2.1 定桨距风力机特性 (13)2.2.2 变桨距风力机特性 (16)2.3 风力发电机数学模型（同步旋转坐标系）（7学时） (18)2.3.1 鼠笼式异步发电机（3学时） (18)2.3.2 双馈感应发电机（4学时） (19)2.4 金风750kW/690风电机组运行实例分析（2学时） (24)2.5 本章小结（1） (28)第3章双馈感应风力发电机组运行控制（11学时） (29)3.1 双馈感应风电机组运行分析（3学时） (29)3.1.1 风力机机械功率-风速特性 (29)3.1.2 发电机组输出功率-转速特性 (29)3.2 双馈感应风力发电机组运行控制（6） (30)3.2.1 概述 (30)3.2.2 风力机运行控制 (30)3.2.3 转子侧变流器运行控制（2学时） (31)3.2.4 网侧变流器运行控制（2学时） (33)3.3 G58-850风电机组运行实例分析（2） (34)3.4 本章小结 (34)第4章风电机组联网运行对电力系统运行影响概述（2学时） (35)4.1风电机组联网运行对电能质量的影响 (35)4.2 风电机组联网运行对电网稳定性的影响 (35)4.3 风电机组接入电网的电压和网损算例分析 (36)4.4 本章小结 (36)思考题 (37)算例 (39)第1章风力发电概述（2学时）1.1 前言随着常规能源的减少，环境污染的加剧，可再生能源的开发利用越来越受到各国的高度重视。