独立运行风力发电系统

、试论述现有风力发电系统的拓扑结构及各自特点风力发电系统主要有三种运行方式：一是独立运行方式，通常是一台小型风力发电机向一户或几户提供电力，采用蓄电池进行蓄能；二是风力发电与其他发电方式（如太阳能发电）相结合形成互补发电系统向一个单位或一个村庄或一个海岛供电；三是风力发电并入常规电网运行，向大电网提供电力。

（一）独立运行的风力发电系统风力发电机组独立运行是一种比较简单的运行方式。

由于风能的不稳定性，需要配置充电装置，最普遍使用的充电装置为蓄电池，当风力发电机在运转时，为用电装置提供电力，同时将多余的电能向蓄电池充电。

根据供电系统的不同可分为直流系统和交流系统。

1、直流系统独立运行的直流风力发电系统为由一个风力机驱动的小型直流发电机经蓄电池蓄能装置想电阻性负载供电。

当风力减小，风力机转速降低，致使直流发电机电压低于蓄电池组电压时，发电机不能对蓄电池充电，而蓄电池却要向发电机反向送电。

为了防止这种情况的发生，在发电机电枢电路与蓄电池组之间装有由逆流继电器控制的动断出点，当直流发电机电压低于蓄电池组电压时，逆流继电器工作断开动断触点，使蓄电池不能向发电机反向供电。

如图1-1所示。

图1-1独立运行的直流风力发电系统2、交流系统如果在蓄电池的正负极两端直接接上直流负载，则构成了一个由交流发电机经整流器组成整流后向蓄电池充电及向直流负载供电的系统。

如图1-2所示。

女口果在蓄电池的正负极接上逆变器，则可向交流负载供电。

如图1-3所示。

图1-2交流发电机向直流负载供电独立运行的风力发电系统特点：结构简单，规模小，但只能向独立的小用户 提供电力。

（二） 互补运行的风力发电系统在互补运行的风力发电系统中，除了有风力发电装置之外，还带有一套备用 的发电系统，经常采用的是柴油机，也有利用太阳能电池。

风力发电机和柴油发 电机构成一个混合系统。

在风力发电机不能提供足够的电力时由柴油机提供备用 的电力，以实现连续、稳定的供电。

二、试论述现有风力发电系统的拓扑结构及各自特点。

风力发电系统主要有三种运行方式：一是独立运行方式，通常是一台小型风力发电机向一户或几户提供电力，采用蓄电池进行蓄能；二是风力发电与其他发电方式（如太阳能发电）相结合形成互补发电系统向一个单位或一个村庄或一个海岛供电；三是风力发电并入常规电网运行，向大电网提供电力。

（一）独立运行的风力发电系统风力发电机组独立运行是一种比较简单的运行方式。

由于风能的不稳定性，需要配置充电装置，最普遍使用的充电装置为蓄电池，当风力发电机在运转时，为用电装置提供电力，同时将多余的电能向蓄电池充电。

根据供电系统的不同可分为直流系统和交流系统。

1、直流系统独立运行的直流风力发电系统为由一个风力机驱动的小型直流发电机经蓄电池蓄能装置想电阻性负载供电。

当风力减小，风力机转速降低，致使直流发电机电压低于蓄电池组电压时，发电机不能对蓄电池充电，而蓄电池却要向发电机反向送电。

为了防止这种情况的发生，在发电机电枢电路与蓄电池组之间装有由逆流继电器控制的动断出点，当直流发电机电压低于蓄电池组电压时，逆流继电器工作断开动断触点，使蓄电池不能向发电机反向供电。

如图1-1所示。

图1-1 独立运行的直流风力发电系统2、交流系统如果在蓄电池的正负极两端直接接上直流负载，则构成了一个由交流发电机经整流器组成整流后向蓄电池充电及向直流负载供电的系统。

如图1-2所示。

如果在蓄电池的正负极接上逆变器，则可向交流负载供电。

如图1-3所示。

图1-2 交流发电机向直流负载供电图1-3 交流发电机向交流负载供电独立运行的风力发电系统特点：结构简单，规模小，但只能向独立的小用户提供电力。

（二）互补运行的风力发电系统在互补运行的风力发电系统中，除了有风力发电装置之外，还带有一套备用的发电系统，经常采用的是柴油机，也有利用太阳能电池。

风力发电机和柴油发电机构成一个混合系统。

在风力发电机不能提供足够的电力时由柴油机提供备用的电力，以实现连续、稳定的供电。

风力发电原理及运行方式
风力发电原理是利用风力转动风轮轴，通过高速旋转的风轮轴带动发电机旋转，将机械能转化为电能。

风力发电通常采用风力发电机来产生电力。

风力发电机的运行方式可以分为以下两种:
单机运行方式
单机运行方式是将单个风力发电机独立运行，直接向电网供电。

这种方式适用于小规模的风力发电系统，如用于家庭或小型企业的电力供应。

并网运行方式
并网运行方式是将多个风力发电机并联连接到电网上，共同向电网供电。

这种方式适用于大规模的风力发电系统，如用于发电容量较大的风电场。

在并网运行方式下，风力发电机的输出功率需要与电网的需求相匹配，以确保电网的稳定运行。

总之，风力发电是一种清洁、可再生的能源，其应用范围广泛。

风力发电的原理是将风能转换为机械能，再通过发电机将机械能转化为电能。

风力发电的运行方式可以根据实际需求选择单机运行或并网运行。

风力发电系统有哪些设备组成？风力发电机根据应用场合的不同又分为并网型和离网型风力机，离网型风力发电机亦称独立运行风力机是应用在无电网地区的风力机，一般功率较小。

独立运行风力机一般需要与蓄电池和其他控制装置共同组成独立运行风力机发电系统。

这种独立运行系统可以是几千瓦乃至上几十千瓦解决一个村落的供电系统，也可以是几十到几百瓦的小型风力发电机组以解决一家一户的供电，我们这里主要介绍适合我国边远无电地区的小型风力发电机组。

小型风力发电机组一般由下列几部分组成：风轮、发电机、调速和调向机构、停车机构、塔架及拉索等，控制器、蓄电池、逆变器等。

①风轮：小型风力机的风轮大多用2－3个叶片组成，它是把风能转化为机械能的部件。

目前风轮叶片的材质主要有两种。

一种是玻璃钢材料，一般用玻璃丝布和调配好的环氧树脂在模型内手工糊制，在内腔填加一些填充材料，手工糊制适用于不同形状和变截面的叶片但手工制作费工费时，产品质量不易控制。

国外小风机也采用机械化生产等截面叶片，大大提高了叶片生产的效率和产品质量。

②发电机：小型风力发电机一般采用的是永磁式交流发电机，由风轮驱动发电机产生的交流电经过整流后变成可以储存在蓄电池中的直流电。

③调向机构、调速机构和停车机构：为了从风中获取能量，风轮旋转面应垂直于风向，在小型风机中，这一功能靠风力机的尾翼作为调向机构来实现。

同时随着风速的增加，要对风轮的转速有所限制，这是因为一方面过快的转速会对风轮和风力机的其他部件造成损坏，另一方面也需要把发电机的功率输出限定在一定范围内。

由于小型风力机的结构比较简单，目前一般采用叶轮侧偏式调速方式，这种调速机构在风速风向变化转大时容易造成风轮和尾翼的摆动，从而引起风力机的振动。

因此，在风速较大时，特别是蓄电池已经充满的情况，应人工控制风力机停机。

在有的小型风力机中设计有手动刹车机构，另外在实践可采用侧偏停机方式，即在尾翼上固定一软绳，当需要停机时，拉动尾翼，使风轮侧向于风向，从而达到停车的目的。

风力发电的新趋势高效利用风能的方法风力发电作为一种清洁能源，受到了越来越多的关注和推广。

然而，在长期的发展过程中，风力发电也面临着一些挑战，如不稳定的发电量、不可控的风速等。

为了解决这些问题，科学家和工程师们不断探索新的方法和技术，以实现对风能的高效利用。

本文将介绍一些风力发电的新趋势和高效利用风能的方法。

1. 网络化风力发电系统传统的风力发电系统大多是独立式的，每个风力发电机组都独立运行。

而新趋势则是通过网络化技术将多个风力发电机组连接在一起，形成一个整体化的系统。

这种网络化风力发电系统可以实现发电机组间的互联和协作，提高整体发电效率。

同时，网络化系统还能够更好地平衡发电和供电之间的关系，减少对传统电网的依赖。

2. 风力发电的储能技术由于风能的不稳定性，传统的风力发电系统常常面临断电的问题。

为了解决这一问题，科学家们研发出了多种储能技术，如风能储氢、风能储热、风能储电等。

这些储能技术能够将风能转化为其他形式的能量储存起来，在需求高峰或风速不稳定时释放能量，提供稳定的电力供应。

3. 风力发电的智能化控制系统智能化控制系统可以对风力发电机组的运行状态进行实时监测和控制，提供更加精确和灵活的风能利用方式。

智能化控制系统可以根据风速的变化自动调整发电机组的叶片角度和转速，以最大程度地捕捉风能。

同时，智能化控制系统还可以通过数据分析和预测算法，准确预测风速的变化趋势，进一步提高发电效率。

4. 风力发电的建筑一体化设计建筑一体化设计是将风力发电机组融入到建筑结构中，以实现对风能的高效利用。

这种设计方式不仅可以有效利用城市中的风资源，还能够充分利用建筑本身的结构特点，提高发电效率。

建筑一体化设计还能够美化城市景观，为城市注入新的特色。

5. 风力发电的多元化利用方式除了传统的大型风力发电机组，科学家们还提出了许多新型的风能利用方式。

比如，小型垂直轴风力发电机可以直接安装在建筑物或者家庭中，实现小规模发电。

此外，风力发电还可以与其他能源设施结合，如太阳能板、地热能等，实现多元化的能源利用和综合利用。

发电机的四种运行方式
发电机可以通过不同的运行方式来产生电力。

以下是四种常见的发电机运行方式：
1.独立运行：在独立运行方式下，发电机通过燃油或其他能源独立工作，产生电力供应给独立的电力系统或设备。

这种方式适用于无法接入主电网或需要独立供电的场景，如偏远地区、野外工地或紧急备用电源。

2.并网运行：在并网运行方式下，发电机与主电网连接，将所产生的电力注入主电网中。

这种方式常见于大型发电厂和风力、太阳能等可再生能源发电设施，可以向主电网提供稳定的电力，并实现能源互补和分享。

3.反送电运行：在反送电运行方式下，发电机不仅向主电网注入电力，还可以从主电网中获取电力。

这种方式常见于分布式发电系统，例如太阳能光伏系统和风力发电系统。

当发电机产生的电力超过用电需求时，多余的电力可以反送至主电网，以便其他用户使用。

4.备用电源运行：在备用电源运行方式下，发电机作为备用电源，当主电源发生故障或停电时自动启动，提供紧急电力供应。

这种方式常见于医院、数据中心、电信基站和关键设施等对电力供应要求高的场所，确保持续供电和业务不中断。

这些发电机运行方式根据不同的应用需求和场景来选择，以满足电力供应的要求。

需要注意的是，在使用发电机时应遵守相关的安全规定和操作指南，确保安全可靠地运行发电机。

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双馈风力发电机的运行方式双馈风力发电机运行方式主要有两种：一种是独立运行的供电系统，也称离网运行；另一种是作为常规电网的电源，与电网并联运行。

由于风能的随机性，独立运行供电系统中一般要配备储能装置，同时配备为储能装置充电的控制器。

而对于并联运行的风力发电系统，只要配上适合的并网控制器，能把风力发电机发出的电送到电网即可。

一、独立运行的风力发电机组1.分类独立运行发电机组按其运行方式所选用的发电机、储能方式和系统总线方式可以划分为很多类型。

目前最常见的是直流总线型和交流总线型两种。

（1）直流总线型独立运行风力发电机组。

直流总线型独立运行风力发电机组由风力发电机、充电控制器、塔架、蓄电池组和直流—交流逆变器（如果系统内有交流负载）等主要部件组成。

风力发电机发出的交流电经充电控制器一方面向直流负载供电或通过逆变器向交流负载供电，同时将多余的电能储存在蓄电池内，以备无风时使用。

所有的发电设备和电控设备都在直流端汇合，成为直流总线。

直流总线是一个很大的汇流排，目前大部分离网独立发电站都采用直流总线。

（2）交流总线型独立运行风力发电机组。

交流总线型独立运行风力发电机组中所有的部件都通过交流总线汇合。

交流总线型独立运行风力发电机组与直流总线型独立运行风力发电机组最大的区别是电控器（充电控制器和逆变器），交流总线型独立运行风力发电机组中最主要的是引入了AC/DC双向逆变器。

当发电设备发电时，可以通过逆变器向蓄电池充电（AC/DC转换），而蓄电池向设备充电时，蓄电池中的直流电通过该逆变器向设备提供交流电（DC/AC转换）。

2.性能指标风力发电机组的主要技术性能指标对风力发电机组的选择十分重要。

常见的离网型风力发电机组在选择性能指标参数时必须重点考虑以下方面：（1）切入风速与切出风速。

在低风速下，风力发电机虽然可以旋转，但由于发电机转子的转速很低，并不能有效地输出电能，当风速上升到切入风速时，风力发电机才能正常工作。

风⼒发电原理风能发电的主要形式有三种：⼀是独⽴运⾏；⼆是风⼒发电与其他发电⽅式(如柴油机发电)相结合；三是风⼒并⽹发电。

由于并⽹发电的单机容量⼤、发展潜⼒⼤，故本⽂所指的风电，未经特别说明，均指并⽹发电。

1、⼩型独⽴风⼒发电系统⼩型独⽴风⼒发电系统⼀般不并⽹发电，只能独⽴使⽤，单台装机容量约为100⽡-5千⽡，通常不超过10千⽡。

它的构成为：风⼒发电机＋充电器＋数字逆变器。

风⼒发电机由机头、转体、尾翼、叶⽚组成。

叶⽚⽤来接受风⼒并通过机头转为电能；尾翼使叶⽚始终对着来风的⽅向从⽽获得最⼤的风能；转体能使机头灵活地转动以实现尾翼调整⽅向的功能；机头的转⼦是永磁体，定⼦绕组切割磁⼒线产⽣电能。

因风量不稳定，故⼩型风⼒发电机输出的是13～25V变化的交流电，须经充电器整流，再对蓄电瓶充电，使风⼒发电机产⽣的电能变成化学能。

然后⽤有保护电路的逆变电源，把电瓶⾥的化学能转变成交流220V市电，才能保证稳定使⽤。

2、并⽹风⼒发电系统德国、丹麦、西班⽛等国家的企业开发建⽴了评估风⼒资源的测量及计算机模拟系统，发展变桨距控制及失速控制的风⼒机设计理论，采⽤新型风⼒机叶⽚材料及叶⽚翼型，研制出变极、变滑差、变速恒频及低速永磁等新型发电机，开发了由微机控制的单台及多台风⼒发电机组成的机群的⾃动控制技术，从⽽⼤⼤提⾼了风⼒发电的效率及可靠性。

在此基础上，风⼒发电机单机装机容量可以达到600千⽡以上。

不少国家建⽴了众多的中型及⼤型风⼒发电场，并实现了与⼤电⽹的对接。

现代风⼒发电机多为⽔平轴式。

⼀部典型的现代⽔平轴式风⼒发电机包括叶⽚、轮毂(与叶⽚合称叶轮)、机舱罩、齿轮箱、发电机、塔架、基座、控制系统、制动系统、偏航系统、液压装置等。

其⼯作原理是：当风流过叶⽚时，由于空⽓动⼒的效应带动叶轮转动，叶轮透过主轴连结齿轮箱，经过齿轮箱(或增速机)加速后带动发电机发电。

⽬前也有⼚商推出⽆齿轮箱式机组，可降低震动、噪⾳，提⾼发电效率，但成本相对较⾼。

《电⼒⼯程基础》习题与解答第⼀章发电⼚概述习题与解答⼀、简答题1、简述⽔⼒发电、⽕⼒发电和风⼒发电的能量转换过程。

答：⽔⼒发电是将⽔流的动能转换为机械能，再将机械能转换为电能的过程。

⽕⼒发电是将燃料的化学能转换为热能，再将热能转换为机械能，然后再将机械能转换为电能的过程。

风⼒发电是将空⽓的动能转换为机械能，再将机械能转换为电能的过程。

2、⽕电⼚按照原动机不同可分哪⼏类⽕电⼚的三⼤主机是什么答：⽕电⼚按照原动机不同可分为汽轮机电⼚、燃⽓轮机电⼚、蒸汽—燃⽓轮机联合循环电⼚。

锅炉、汽轮机、发电机是常规⽕⼒发电⼚的三⼤主机。

3、简述蒸汽动⼒发电⼚的⽣产过程。

答：燃料送⼊锅炉燃烧放出⼤量的热能，锅炉中的⽔吸收热量成为⾼压、⾼温的蒸汽，经管道有控制地送⼊汽轮机，蒸汽在汽轮机内降压降温，其热能转换成汽轮机转轴旋转机械功，⾼速旋转的汽轮机转轴拖动发电机发出电能，电能由升压变压器升压后送⼊电⼒系统，⽽做功后的乏汽（汽轮机的排汽）进⼊凝汽器被冷却⽔冷却，凝结成⽔由给⽔泵重新打回锅炉，如此周⽽复始，不断⽣产出电能。

4、常规燃煤⽕电⼚对环境的污染主要体现在哪些⽅⾯答：主要是烟⽓污染物排放、灰渣排放、废⽔排放，其中烟⽓排放中的粉尘、硫氧化物和氮氧化物经过烟囱排⼊⼤⽓，会给环境造成污染。

5、⽬前⽐较成熟的太阳能发电有哪些形式答：太阳能热发电和太阳能光发电。

6、简述闪蒸地热发电的基本原理。

答：来⾃地热井的热⽔⾸先进⼊减压扩容器，扩容器内维持着⽐热⽔压⼒低的压⼒，因⽽部分热⽔得以闪蒸并将产⽣的蒸汽送往汽轮机膨胀做功。

如地热井⼝流体是湿蒸汽，则先进⼊汽⽔分离器，分离出的蒸汽送往汽轮机做功，分离剩余的⽔再进⼊扩容器（如剩余热⽔直接排放就是汽⽔分离法，热能利⽤不充分），扩容后得到的闪蒸蒸汽也送往汽轮机做功。

7、简述双循环地热发电的基本原理。

答：地下热⽔⽤深井泵加压打到地⾯进⼊蒸发器，加热某种低沸点⼯质，使之变为低沸点⼯质过热蒸汽，然后送⼊汽轮发电机组发电，汽轮机排出的乏汽经凝汽器冷凝成液体，⽤⼯质泵再打回蒸发器重新加热，重复循环使⽤。

风力发电的三种运行方式介绍及特点风力发电有三种运行方式：一是独立运行方式，通常是一台小型风力发电机向一户或几户提供电力，它用蓄电池蓄能，以保证无风时的用电；二是风力发电与其他发电方式（如柴油机发电）相结合，向一个单位或一个村庄或一个海岛供电；三是风力发电并入常规电网运行，向大电网提供电力，常常是一处风电场安装几十台甚至几百台风力发电机，这是风力发电的主要发展方向。

在风力发电系统中两个主要部件是风力机和发电机。

风力机向着变浆距调节技术、发电机向着变速恒频发电技术，这是风力发电技术发展的趋势，也是当今风力发电的核心技术。

下面简单介绍这两方面的情况。

1 风力机的变浆距调节风力机通过叶轮捕获风能，将风能转换为作用在轮毂上的机械转矩。

变距调节方式是通过改变叶片迎风面与纵向旋转轴的夹角，从而影响叶片的受力和阻力，限制大风时风机输出功率的增加，保持输出功率恒定。

采用变距调节方式，风机功率输出曲线平滑。

在额定风速以下时，控制器将叶片攻角置于零度附近，不做变化，近似等同于定浆距调节。

在额定风速以上时，变浆距控制结构发生作用，调节叶片攻角，将输出功率控制在额定值附近。

变浆距风力机的起动速度较定浆距风力机低，停机时传递冲击应力相对缓和。

正常工作时，主要是采用功率控制，在实际应用中，功率与风速的立方成正比。

较小的风速变化会造成较大的风能变化。

由于变浆距调节风力机受到的冲击较之其它风力机要小得多，可减少材料使用率，降低整体重量。

且变距调节型风力机在低风速时，可使桨叶保持良好的攻角，比失速调节型风力机有更好的能量输出，因此比较适合于平均风速较低的地区安装。

变距调节的另外一个优点是，当风速达到一定值时，失速型风力机必须停机，而变距型风力机可以逐步变化到一个桨叶无负载的全翼展开模式位置，避免停机，增加风力机发电量。

变距调节的缺点是对阵风反应要求灵敏。

失速调节型风机由于风的振动引起的功率脉动比较小，而变距调节型风力机则比较大，尤其对于采用变距方式的恒速风力发电机，这种情况更明显，这样不要求风机的变距系统对阵风的响应速度要足够快，才可以减轻此现象。