风电机组结构及选型

风电操作技术培训风电机组布置与选型风电操作技术培训：风电机组布置与选型风力发电作为清洁能源的代表，已经在全球范围内得到广泛应用。

风电机组的布置与选型是风电操作技术培训中的重要内容。

本文将从风电机组布置的原则和风电机组选型的关键因素两个方面进行阐述。

一、风电机组布置的原则风电机组布置是指在一个特定的风能资源区内，按照一定的要求将风电机组合理地布置在地面或海上的空间中。

风电机组布置的原则如下：1.最大化利用风能资源：风能资源的分布在地球上是不均匀的，根据不同地区的风能资源状况，需要合理选择布置风电机组的位置。

一般来说，应优先选择风速较高、舒适性较低的地区进行布置。

2.保证风电机组的安全运行：风电机组的布置需要考虑到周围环境的因素，如地形、地貌、居民区、交通道路等。

应避免风电机组之间的互相遮挡，以免影响机组的发电效率。

同时，也要防止机组和人员安全的风险。

3.便于运维与维修：布置合理的风电机组应便于后期的运维与维修。

应尽量减少机组之间的距离，方便工作人员的操作和维修。

二、风电机组选型的关键因素风电机组选型是指根据风能资源的特点和发电需求，选择适合的风电机组产品。

风电机组选型的关键因素包括：1.额定功率：风电机组的额定功率是影响发电量的重要因素。

根据实际的发电需求和风能资源的情况，选择合适的风电机组额定功率。

2.切入风速和切出风速：风电机组的切入风速和切出风速是指机组开始和停止发电的风速范围。

根据风能资源的平均风速以及机组的性能指标，选择适合的切入风速和切出风速，以最大限度地利用风能资源。

3.机组传动方式：风电机组传动方式分为直接驱动和间接驱动两种。

直接驱动是指通过风力直接驱动发电机发电，具有结构简单、无需传动系统维护等优点；间接驱动是指通过风力驱动功率-转速-转矩转换系统，再由发电机发电。

根据实际需求和可行性，选择适合的驱动方式。

4.发电机类型：风电机组中的发电机类型有同步发电机和异步发电机两种。

同步发电机可以通过控制转速和变桨角度来实现对有功功率的控制；异步发电机需要通过电网侧的变频设备来实现对有功功率的控制。

风电场最佳风力发电机组选型的探讨风电机组的选型在风电场可研设计中具有至关重要的作用，直接影响风电场的风能利用率及其经济效益。

风电场最佳机型选择应考虑适合风电场场址的风资源条件，有利于提高风电场的发电效率。

而最终型号的选择须经多方技术经济条件比较后确定最优方案。

本文结合作者实际工作经历，从风力发电机的类型介绍入手，详细论述选择风力发电机应考虑的原则和几个重要因素，已达到充分利用风能资源，提高风能利用率的目的。

标签：风力发电机;风速;容量系数;功率曲线引言：分析风力发电机组选型的原则有四个方面：a.对质量认证体系的要求，风力发电机组选型中最重要的一个方面是质量认证;这是保证风电场机组正常运行及维护最根本的保障体系;风电机组制造必须具备IS09000系列的质量保障体系的认证;b.对机组功率曲线的要求，功率曲线是反映风力发电机组发电输出性能好坏的最主要曲线之一;c.对机组制造厂家业绩考查，业绩是评判一个风电制造企业水平的重要指标之一;d.对特定环境要求;如台风、低温等。

风力机型的选择，受气候和地形影响，各地、个高度风力资源分布极不均匀，风力资源的状况相差很大，风力机的输出功率既与所在点的风速分布特性有关，又与所选用的风力机型有关，世界各国现在己开发和使用的风力机容量从1000kW到5000kW，各参数和技术指标相差很大。

对于特定的场点特别是并网运行的大型风电场来讲，选择与该点风速分布特性最相匹配的风力发电机组以最大限度地利用风能，和产生最好的经济效益是风电场设计中首要解决的。

1.风力发电机的分类按风轮轴安装形式可分为水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机（1）水平轴风力发电机水平轴风力发电机是目前国内外广泛采用的一种结构型式。

主它的主要机械部件都在机舱中，如主轴、齿轮箱、发电机、液压系统及调向装置等。

对于水平轴风力发电机来说，需要风轮始终保持面向风吹来的方向。

有些水平轴风力发电机组的风轮在塔架的前面迎风旋转，称为上风向风力发电机组;而风轮在塔架后面的，则称为下风向风力发电机组。

风机设备基础知识一、风电场的组成及基本原理 (1)二、风电集电线路 (8)三、风电场选址 (12)四、风速仪 (14)五、风能资源参数的计算 (16)一、风电场的组成及基本原理风电场是指将风能捕获、转换成电能并通过输电线路送入电网的场所，由四部分构成：1、风力发电机组风力发电机是风电场的发电装置，其工作原理是风轮把风作用在桨叶上的力转化为自身的转速和扭矩，通过主轴一一增速箱一一联轴器一一高速轴把扭矩和转速传递到发电机，实现风能一机械能一电能的转换。

风力发电机由传动系统、偏航系统、刹车系统、支承系统、冷却润滑系统、电控系统等六个系统组成。

1.1传动系统传动系统由桨叶、轮毂、主轴、轴承、轴承座、胀套、齿轮箱、联轴器、发电机组成。

传动系统主要作用有三个：1、把风能转化成旋转机械能；2、传递扭矩，并增速达到发电机的同步转速；3、将旋转机械能转化成电能。

1.2偏航系统偏航系统的作用是与控制系统相互配合，使机组风轮始终处于迎风状态，充分利用风能，提高机组的发电效率。

提供必要的锁紧力矩, 以保障风机的安全运行。

回转支承内圈刹车系统能使风力发电机组在发生故障或紧急情况下，能快速、平稳的制动停机。

在运行情况下使机组保持稳定，不被侧风或绕流影响。

刹车机构由三部分组成：叶片刹车（小叶片或变桨）、风轮刹车（低速、高速制动装置）、偏航刹车（盘式制动器）1.4支承系统支承系统包括塔架和基础两部分。

塔架作用是支承风力发电机组的机械部件，承受各部件作用在塔架上的荷载。

基础作用是安装、支承风力发电机组，平衡运行过程中产生的各种载荷。

1.5冷却润滑系统冷却润滑系统主要是对齿轮箱各轴承、各齿面提供足够的润滑及对齿轮箱进行冷却散热。

1.6电控系统电控系统是现代风力发电机的神经中枢。

它承担着风机监控、自动调节、实现最大风能捕获以及保证良好的电网兼容性等重要任务，它主要由监控系统、主控系统、变桨控制系统以及变频系统（变频器）几部分组成。

2、道路包括风力发电机旁的检修通道、变电站站内站外道路、风场内道路及风场进出通道。

5 风电机组选型、布置及风电场发电量估算5.1 风电机组选型5.1.1 单机容量范围及方案的拟定5.1.1.1 风电机组发电机类型的确定风电场机型选择应考虑适合风电场场址的风资源条件，有利于提高风电场的发电效益。

随着国内外风力发电设备制造技术日趋成熟，针对不同区域风资源条件，各风机设备制造厂家已经开发出不同结构型式、不同控制调节方式的风力发电机组可供选择。

按照IEC61400-1标准（风电机组设计要求），风电场机组按50年一遇极大风速可分为I、II、III三个标准等级，每个等级按15m/s风速区间的湍流强度可分为A、B、C三个标准等级，为特殊风况和外部条件设计的为S级。

因此，根据怀宁风电场场址的地形、交通运输情况、风资源条件和风况特征，结合国内外商品化风电机组的制造水平、技术成熟程度以及风电机组本地化率的要求，进行风电场机组型式选择。

风力发电机组选型应考虑的几种因素(1) 风电机组应满足一定的安全等级要求表5.1.1.1-1 IEC61400-1各等级WTGS基本参数上表中各数据应用于轮毂高度，其中V ref为10min平均参考风速，A 表示较高湍流特性，B表示中等湍流特性，C表示较低湍流特性，Iref为湍流强度15m/s时的特性。

在轮毂高度处，15m/s风速区间的湍流强度值不大于0.12，极大风速为28.2m/s。

根据国际电工协会IEC61400-1(2005)标准判定本风电场工程70~90m轮毂高度适宜选择IECⅢC及以上等级的风力发电机组。

(2) 风轮输出功率控制方式风轮输出功率控制方式分为失速调节和变桨距调节两种。

两种控制方式各有利弊，各自适应不同的运行环境和运行要求。

从目前市场情况看，采用变桨距调节方式的风电机组居多。

(3) 风电机组的运行方式风电机组的运行方式分为变速运行与恒速运行。

恒速运行的风力机的好处是控制简单，可靠性好。

缺点是由于转速基本恒定，而风速经常变化，因此风力发电机组经常工作在风能利用系数(Cp)较低的点上，风能得不到充分利用。

风力发电机组内部结构
风力发电机组内部结构主要由风轮、发电机、机舱、塔架和控制系统等部分组成。

风轮：包括叶片、轮毂和加固件等，是风力发电机组中最重要的部分之一，其作用是将风的动能转换为机械能。

当风吹动叶片时，叶片会带动轮毂旋转，进而带动发电机发电。

发电机：发电机是风力发电机组中的核心部分，其作用是将风轮旋转的机械能转换为电能。

发电机通常由定子和转子两部分组成，定子固定不动，而转子则随着风轮的旋转而旋转。

机舱：机舱是安装风力发电机组的主要部位之一，通常由钢板制成封闭的箱形结构，内部安装有发电机、齿轮箱、刹车系统、偏航系统等关键部件。

机舱的作用是保护内部设备免受外部环境的影响，并确保设备的安全运行。

塔架：塔架是支撑风力发电机组的重要部分，通常由钢管或角钢制成，其高度和直径根据机组的功率和风速等条件而定。

塔架的作用是支撑风轮和机舱，并将它们固定在适当的高度上，以便捕获更多的风能。

控制系统：控制系统是风力发电机组的“大脑”，负责监测和控制机组的运行状态。

控制系统通常由传感器、控制器和执行机构等部分组成，可以实时监测风速、风向、发电机转速等参数，并根据这些参数调整机组的运行状态，确保机组的稳定运行和最
大发电量的输出。

除了上述主要部分外，风力发电机组还包括变速箱、主轴承、电气系统、液压系统、冷却系统、刹车系统等辅助部分，这些部分共同协作，确保风力发电机组的正常运行和高效发电。

第一节风电机组结构1．外部条件根据最大抗风能力和工作环境的恶劣程度，按强度变化的程度对风电机组进行分级。

根据IEC61400设计标准，共分为4级。

一类风场I：参考风速为50m/s，年平均风速为10m/s，50年一遇极限风速为70m/s，一年一遇极限风速为52.5m/s；二类风场II：参考风速为42.5m/s，年平均风速为8.5m/s，50年一遇极限风速为59.5m/s，一年一遇极限风速为44.6m/s；三类风场III：参考风速为37.5m/s，年平均风速为7.5m/s，50年一遇极限风速为52.5m/s，一年一遇极限风速为39.4m/s；四类风场IV：低于三类风场风速，属低风速区，鲜有商业风电场开发。

对电网的要求：电压波动为额定值±10%，频率波动为额定值±5%。

2．机械结构2.1总体描述整机是建立在钢结构底座上，该结构应具有很大的强韧度，底部由坚固底法兰组成，风电机组所有的主要部件都连接于其上。

发电机固定位置与机舱轴线偏离,以使得风电机组在满载运行时，整机质心与塔架和基础中心相一致。

偏航机构直接安装在机舱底部，机舱通过偏航轴承与偏航机构连接，并安装在塔架上，整个机舱底部对叶轮转子到塔架造成的动力负载和疲劳负荷有很强的吸收作用。

机舱座上覆盖有机舱罩，材料是玻璃钢，具有轻质高强的特点，有效地密封，以防止外界侵蚀，如雨、潮湿、盐雾、风砂等。

产品生产采用多种工艺，包括：滚涂、轻质RTM、真空灌注等，机舱罩主体部分设置PVC泡沫夹层，以增加强度。

内层设置消音海绵，以降低主机噪声。

机舱上安装有散热器，用于齿轮箱和发电机的冷却；同时，在机舱内还安装有加热器，使得风电机组在冬季寒冷的环境下，机舱内保持在10℃以上的温度。

2.2载荷情况- 启动：从任一静止位置或空转状态到发电过渡期间，对风电机组产生的载荷。

- 发电：风电机组处于运行状态，有电负荷。

- 正常关机：从发电工况到静止或空转状态的正常过渡期间，对风电机组产生的载荷。

风电工程设计规范要求及塔架选型对于风电工程的设计，规范要求和塔架选型是非常重要的考虑因素。

本文将从规范要求和塔架选型两个方面来探讨风电工程的设计。

一、规范要求1. 地理环境要求风电场的布局应考虑地理环境，包括地形、气候等因素。

例如，风电场应避免设置在冰雪覆盖的山坡上，以减少积雪对设备的影响。

2. 结构设计要求风电机组的结构设计要满足相关的技术标准和规定。

例如，风电机组的主要结构件应具有足够的强度和刚度，以承受风载和自重等荷载。

3. 安全要求风电工程的设计应符合安全要求，确保风力发电过程中的人身和设备安全。

例如，风电机组应设置安全防护装置，以防止人员误入危险区域。

4. 运维要求风电工程的设计应考虑设备的维护和运维要求。

例如，风电机组的主要组件应易于检修和更换。

二、塔架选型风电塔架的选型是风电工程设计中的一个重要环节。

在选择合适的塔架时，需要考虑以下因素：1. 风速和风向塔架的选型应根据当地的气象数据中的风速和风向来确定。

不同风速和风向对塔架的要求也不同。

2. 高度限制在选择塔架时，要考虑到当地的高度限制。

有些地区有特定的限制，可能需要选择较矮的塔架。

3. 结构强度塔架的结构强度决定了其能否承受风载和自重等荷载。

在选择塔架时，要确保其具有足够的强度和稳定性。

4. 维护和运维塔架的选型还需要考虑维护和运维的需求。

例如，是否容易安装和更换设备，是否易于进行常规巡检等。

在选择塔架时，需要综合考虑以上各个因素，以确保选用的塔架满足工程的要求，并且在使用过程中能够稳定可靠地工作。

总结风电工程的设计规范要求和塔架选型对于风电场的建设和运营至关重要。

合理的规范要求能够确保风电工程在设计和施工过程中符合安全和质量要求。

而恰当的塔架选型可以最大程度地提高风电机组的发电效率，并且降低运维成本。

因此，设计人员在进行风电工程设计时，需要结合相关的规范要求，合理选择塔架，并进行充分的计划和评估，以确保风电工程的顺利实施和运营。

风电场风电机组选型方案1.1 风电机组选型原则1.1.1 风电机组应满足风电场安全等级要求，根据风资源分析成果，确定风电机组采用IECⅠ、Ⅱ、Ⅲ类或S类风电机组。

1.1.2 风电机组的性能应满足场址区特殊环境、气候等条件要求。

1.1.3 风电机组选型应充分考虑电网的特点和要求，风电机组宜具备低电压穿越能力、无功补偿能力等。

1.1.4 风电机组选型应考虑已运行风电场的业绩、制造厂家技术和服务水平等因素。

1.1.5 单机容量选择需考虑风电场地形地貌、总装机规模等条件，目前单机容量宜选750kW级及以上机型。

除特殊地形要求外，提倡选择MW级风电机组。

1.2 风电机组选型比较1.2.1 按照上述风电机组机型选择考虑的主要原则，通过不同风电机组机型技术经济方案比选，选择度电成本较低、运行维护成本较低的风电机组作为风电场的可选机型。

表6-1 不同风电机组机型综合比较表括风电机组主机设备投资及相关配套费用，其中比较方案的设备报价采用向制造厂家初步询价价格，相关配套费用根据相关定额、场址建设条件进行估算。

各方案发电效益为各方案机型的理论发电量，各方案投资费用及发电效益比较见表6-1。

1.2.3不同风电机组机型选型比较时，还应考虑拟选风电机组机型的成熟度、制造商的业绩、运行维护成本以及收益率指标等因素。

1.3 风电机组轮毂高度选择1.3.1根据风电机组机型选择确定的风电机组塔架定型高度，拟定不同的风电机组轮毂预装高度方案进行技术经济比较，选择风电机组的轮毂安装高度。

1.3.2 风电机组轮毂安装高度方案比较可采用差额投资内部收益率法。

各方案投资费用仅比较各方案间不同的部分，包括塔架费用、风电机组基础费用、设备吊装费用等；各方案发电效益根据各高度的风速资料结合选定的机组功率曲线进行计算。

方案比较的基准内部收益率取8％。

1.4 风电场发电量估算1.4.1理论年发电量估算利用风能资源评估专业软件，结合风电场预装轮毂高度测风塔代表年逐时风速、风向系列资料及选定的风电机组机型和风电机组功率曲线，进行风场模拟分析，计算各风电机组标准状态下的理论年发电量。