第四、五章 风力发电机原理与控制 《风力发电原理》课件

目录
1
风力发电机概述
2
风电机组传动系统
3
偏航系统
4
变桨系统
风力机主要部件
风轮
叶片 轮毂
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塔架
主要部件
机舱
齿轮箱 发电机 偏航系统 制动系统
基础
风力发电机分类
按风轮 结构划分
水平轴风力机 垂直轴风力机
叶片围绕一个水平轴旋转，旋转平面与风向垂直。 风轮围绕一个垂直轴进行旋转。
风力发电机分类
按功率调节方式划分:定桨距与变桨距
定桨距 风力机
叶片固定在轮毂上，桨距角不变，风力机的功率 调节完全依靠叶片的失速性能。当风速超过额定 风速时，在叶片后端将形成边界层分离，使升力 系数下降，阻力系数增加，从而限制了机组功率 的进一步增加。
优点: 缺点:
结构简单
不能保证功率恒定，并且由于阻力增大,导致叶片和 塔架等部件承受的载荷相应增大
变桨系统 功能
保障风机机组安全停机 气动刹车
超过安全风速时或故障停机、 紧急情况下，旋转桨叶到安全 位置，保护风力发电机组，实 现安全停车功能。
变桨系统相关部件
变桨轴承
变桨轴承安装在轮毂上， 通过外圈螺栓把紧。 其内齿圈与变桨驱动 装置啮合运动，并与 叶片联接。
外圈
内圈
变桨驱动装置
变桨齿轮箱
• 变桨驱动装置通过螺柱 与轮毂连接。
结构形式
由于要求的增速比往往很大，风电齿轮箱通 常需要多级齿轮传动。大型风电机组的增速 齿轮箱的典型设计，多采用行星齿轮与定轴 齿轮组成混合轮系的传动方案。
风电机组齿轮箱结构形式
图为一种一级行星+两级定轴齿轮传动的齿轮箱结构，低速轴为行 星齿轮传动后两级为平行轴圆柱齿轮传动，可合理分配传动比，提 高传动效率。

应用领域的拓展
分布式发电
利用小型风力发电机组在家庭、工业和商业领域进行 分布式发电，降低对传统能源的依赖。
海上风电
随着技术的进步和规模化发展，海上风电将成为未来 风能发展的重要方向。
融合其他可再生能源
风能与其他可再生能源（如太阳能、地热能等）的综 合利用，实现多能互补和协同发展。
政策支持与市场前景
02
风力发电机的工作原理
风能转换原理
风能转换原理
风力发电机利用风能转换为机械能，再通过机械 能转换为电能。
风能捕获
风力发电机叶片捕获风能，将风能转换为旋转机 械能。
机械能转换
旋转机械能通过发电机转换为电能。
风能转换过程
风力发电机组
风力发电机组包括风力发电机、传动系统、发电机、控制系统等 部件。
齿轮箱
齿轮箱是风力发电机中的重要传 动部件，其主要功能是将主轴的 低速旋转转化为高速旋转，以驱
动发电机运转。
齿轮箱通常采用行星齿轮结构， 具有高传动效率和可靠性。
齿轮箱内部设有润滑系统，确保 其长期稳定运行。
发电机
01
发电机是风力发电机中的核心部件，其主要功能是 将机械能转化为电能。
02
发电机采用电磁感应原理，通过磁场和导线的相对 运动产生电流。
技术创新
技术创新是提高风能转换效率的 重要途径，如采用新型材料、改 进发电机技术等。
03
风力发电机的主要部件
叶片
叶片是风力发电机的重要组成部件， 其主要功能是捕捉风能并将其转换为 机械能。
叶片通过轮毂与主机轴连接，当风吹 过叶片时，叶片的旋转带动主机轴转 动。
叶片的长度和形状决定了风能转换的 效率，通常采用复合材料制成，具有 轻质、高强度和耐腐蚀的特性。

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风电成本问题：目前风电成本较高需要降低风电成本提高风电 的经济性。
风力发电技术的发展前景和展望
技术创新：随着科技的不断进步风力发电技术将更加高效、可靠降低成本提高发电量。
政策支持：各国政府对可再生能源的支持力度不断加大将推动风力发电技术的发展。
市场竞争：随着风力发电市场的不断扩大竞争将更加激烈技术领先的企业将获得更大的市场 份额。
风力发电原理和控制技 术
,
汇报人：
目录
01 添 加 目 录 项 标 题
02 风 力 发 电 原 理
03 风 力 发 电 机 组 控 制
技术
05 风 力 发 电 技 术 的 发
展趋势和挑战
04 风 力 发 电 机 组 控 制 技术的应用
Prt One
单击添加章节标题
Prt Two
风力发电原理
风力发电的基本原理
风能捕获：风能通过风力发电 机叶片转化为机械能
机械能转换：机械能通过发电 机转化为电能
电压与电流控制：通过控制系 统调节电压和电流使其稳定并 输送到电网
并网发电：与电网并联运行实 现风能的高效利用
风力发电机组的组成
风轮：捕获风能 并将其转换为机 械能
传动系统：将风 轮的机械能传递 到发电机
发电机：将机械 能转换为电能
Prt Three
风力发电机组控制 技术
风力发电机组控制系统的组成
风速传感器：测量风速为控制系统提供风速信息 控制系统：根据风速和发电机状态调节发电机组的功率输出 偏航系统：根据风向自动调整发电机组的迎风角度提高风能利用率 制动系统：在异常情况下对发电机组进行制动确保安全停机
风力发电机组控制策略
风力发电机组控制技术在节能减排中的应用

图3-15 电磁式直流发电机结构
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（2）永磁式交流同步发电机
永磁式交流同步发电机的转子 上没有励磁绕组，因此无励磁绕 组的铜损耗，发电机的效率高； 转子上无集电环，发电机运行更 可靠；采用钕铁硼永磁材料制造 的发电机体积小，重量轻，制造 工艺简ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ，因此广泛应用于小型 及微型风力发电机中。
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2）超同步运行状态。此时n>n1，转差率s<0，转子中的电流相序发 生了改变，频率为f2的转子电流产生的旋转磁场的转速与转子转速反方
向，功率流向如图所示。
3）同步运行状态。此时n=n1，f2=0，转子中的电流为直流，与同步
发电机相同。
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1
6
S
5
N
N
S 4
2 3
图3-17 凸极式永磁发电机结构示意图
1—定子齿 2—定子轭 3—永磁体转子 4—转子轴 5—气隙 6—定子绕组
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（3）硅整流自励式交流同步发电机
如下图，硅整流自励式交流同步发电机电路原理图。
硅整流自励式交流同步发电机一般带有励磁调节器，通过自动调节励 磁电流的大小，来抵消因风速变化而导致的发电机转速变化对发电机 端电压的影响，延长蓄电池的使用寿命，提高供电质量。
本章主要内容
3.1 风的特性及风能利用 3.2 风力发电机组及工作原理 3.3 风力发电机组的控制策略 3.4 风力发电机组的并网运行和功率补偿 3.5 风力发电的经济技术性评价
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