分布式风力发电系统原理与设计(王晓东等著)思维导图

风力发电的基本原理是利用风能驱动 风轮叶片旋转，通过增速机将旋转速 度提升，进而驱动发电机发电。
发电机可以将机械能转化为电能，通 过电力电子装置对电能进行控制和调 节，最终将电能输送到电网。
风力发电的优势与局限性
优势
可再生、清洁、环保、可持续、 缓解能源危机等。
局限性
地理依赖性强、不稳定、噪声和 视觉污染、高成本等。
风力发电机将风能转化为机械能，再通过 发电机将机械能转化为电能，电能经过逆 变器转换为负载所需的交流电。
并网运行的风力发电系统
01
02
03
04
定义
并网运行的风力发电系统是指 与电网连接，将电能输送给电
网的系统。
特点
电能可以并入电网，实现资源 共享和互济，适合大规模开发
利用。
组成
包括风力发电机、变压器、断 路器等输配电设备。
风轮
叶片
叶片是风轮的主要部分，用于捕获风 能。
轮毂
轮毂将叶片连接到主轴上，并确保叶 片的旋转。
齿轮箱
01
02
03
输入轴
输入轴连接到风轮，接收 风能转换后的旋转机械能 。
输出轴
输出轴将提升后的旋转机 械能传递给发电机。
齿轮
齿轮用于改变旋转速度， 以满足发电机所需的速度 。
发电机
定子
定子是发电机的固定部分，包含一个或多个绕组，用于产生 磁场。
政策和市场环境的支持 政府对可再生能源的支持政策以 及市场竞争环境对风电的发展具 有重要影响，需要关注政策变化 和市场动态。
智能电网的建设 智能电网的建设将有助于提高风 电并网的效率，优化能源资源配 置，促进风电的进一步发展。
降低成本和提高效率 未来风电的发展仍需关注降低成 本和提高效率，以进一步拓展市 场和应用范围。

▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
87
▪
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
ห้องสมุดไป่ตู้
▪
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
风力发电原理解析
11、获得的成功越大，就越令人高兴 。野心 是使人 勤奋的 原因， 节制使 人枯萎 。 12、不问收获，只问耕耘。如同种树 ，先有 根茎， 再有枝 叶，尔 后花实 ，好好 劳动， 不要想 太多， 那样只 会使人 胆孝懒 惰，因 为不实 践，甚 至不接 触社会 ，难道 你是野 人。(名 言网) 13、不怕，不悔(虽然只有四个字，但 常看常 新。 14、我在心里默默地为每一个人祝福 。我爱 自己， 我用清 洁与节 制来珍 惜我的 身体， 我用智 慧和知 识充实 我的头 脑。 15、这世上的一切都借希望而完成。 农夫不 会播下 一粒玉 米，如 果他不 曾希望 它长成 种籽； 单身汉 不会娶 妻，如 果他不 曾希望 有小孩 ；商人 或手艺 人不会 工作， 如果他 不曾希 望因此 而有收 益。-- 马钉路 德。

发电机变频器在NCC320
2021/9/15
48
10、基础
为钢筋混凝土结构，承载整个风力发电机组的重量。基础周围设置有预 防雷击的接地系统。
2021/9/15
49
11、机舱
风力发电机组的机舱承担容纳所有的机械部件，承受所有外力（包括静 负载及动负载）的作用。
2021/9/15
50
风力发电机组简图
转速范围 rpm
11.5-21.2
11-22
9.7-19
9.8-18.3
额定转速 2021/9/15
rpm
20.1
20.1
17.4
17.4 5
并网型风力发电机组由以下部分组成
1、 风轮(叶片和轮毂) 2、 传动系统 3、 偏航系统 4、 变浆系统 5、 液压系统 6、 制动系统 7、 发电机 8、 控制与安全系统 9、 塔筒 10、基础 11、机舱
26
制动系统
使风轮减速和停止运转的系统。 SL1500系列风力发电机所用的制动器是一个液压动作的盘式制动器，用 于锁住转子。例如，在风力发电装置紧急切断时，制动器制动，使系统 停机。它具有自动闸瓦调整功能，也就是说当闸瓦磨损时不需要手动调 整制动器.
2021/9/15
27
制动器在风力发电机组中的安装位置
例如：运行、停机、故障
查看即时的故障信息
例如：故障代码、简单描述
各个设备的即时参数
例如：温度、电压、角度
各个设备所处的状态
例如：启动、停止
信息的记录
例如：发电量、发电时间、 耗电量
2021/9/15
41
Control－控制面板
2021/9/15
42
Control－菜单内容

风电造价
目前风电场造价成本约为8000～9000元/KW， 机组（设备）占75%左右，基础设施占20%，其 它占5%。风能利用小时数在2700～3200小时， 其风电成本约0.45～0.6元/千瓦时，另外风电场 运行成本费用很低，一旦建成风电场就是一源源 不断的出钱机器（注：一般风电场机组寿命25 年）。 国家政策重点扶持发展新能源和洁净能源。据有 关消息，大于1000KW风电机组进口免征进口关 税；风力发电减半征收增值税，优先无条件上网， 上网电价优惠等政策都有利和加快风电的发展。
电脑—光能、 声能 电冰箱—— 冷热变化
电池
源
纽扣电池
离网型风力发电系统
1系统的基本组成
离网型风力发电系统的主要组成由以下7部分组 成。 （1）风力发电机组（简称风力机组）。包含两 部分：一是风力机，它的功能是将风能转换为机 械能；二是发电机，它的功能好是将机械能转换 为电能。 （2）耗能负载（3）蓄电池组 （4）控制器（5）逆变器 （6）直流负载（7）交流负载
一风力发电现状
一、风力发电发展简史 起源：世界上第1台用于发电的风力机于1891年在 丹麦建成。 发展：风电技术经过20年的开发日臻成熟，商业化 机组的单机容量从55kW增加到1650kW，风电成本 从20美分/（kWh），持续下降到5美分/（kWh）， 运行可靠性和发电成本接近常规火电，迅速发展成 为初具规模的新兴产业。 目前风力机之最为美国CE公司的“超级风力机”， 单机功率为7.3MW，风车直径为112m.
风力资源
据理论计算，太阳辐射到地球的热能中约有2％被转变 成风能，全球大气中总的风能量约为1014MW，其中 蕴藏的可被开发利用的风能约有3.5×109MW，这比 世界上可利用的水能大10倍。 （一）世界风力资源分布 根据世界能源理事会的有关资料，地球表面有27％ 的地区年平均风速高于5m／s(距地而10m高)。如将 这些地方用作风力发电场，则每km2的风力发电能力 最大值可达8Mw，总装机容量可达24x1013w。 据分析，实际上陆地面积中风力大于5m／s的地区， 其中仅4％有可能安装风力发电机组。

外观特点： 机舱臃肿
31
（四）控制系统主要功能
1）按预先设定的风速值(一般为3—4m／s)自动启动风力 发电机组，并通过软启动装置将异步发电机并人电网。
2）借助各种传感器自动检测风力发电机组的运行参数及 状态，包括风速、风向、风力机风轮转速、发电机转 速、发电机温升、发电机输出功率、功率因数、电压、 电流等以从齿轮箱轴承的油温、液压系统的油压等。
传动比和发电机极对数决定； 3、转子电流产生的旋转磁场的转速高于同步速运行； 4、发电机定子直接与电网连接，启动时产生很大启
动电流，其配置启动装置。 5、从系统吸收大量无功，需配置无功补偿装置。
结构简单，控制方便。25
2、双馈式异步风力发电机组
技术特点： 1、叶轮转速较低，一般为每分钟十几转，
需要齿轮箱增速； 2、转子绕组通过电滑环或采用绕线结构
Hale Waihona Puke 因此，为实现最大风能捕获，风力机有三种典型 的运行状态：① 低风速段实行变速运行，可保持 一个恒定的风能利用系数Cp值，根据风速变化控 制风力机转速，使叶尖速比λ不变，直到转速达到 极限；② 转速达到极限后，风速进一步加大时， 按恒定转速控制风力机运行，直到输出最大功率， 此时的风能Cp不一定是最大值；③ 超过额定风速 时，输出功率达到极限，按恒功率输出调节风力 机。
风力发电机组
风能利用率；
2、采用全功率电力电子设备，价格稍贵；
2、输出电流可控，无需启动装置； 3、有励磁功率损耗；
30
3、可以吸收或发出无功
4、结构复杂，控制系统复杂；
双馈、永磁和直流励磁 风力发电机外观图
双馈风力发电机直驱永磁风力发电机 直流励磁风 外观特点：机舱细外长观特点：机舱短粗 力发电机

发电机系统没有错误, 才返回电网。故障导致的未被证明其正确的命令解除，不会由
开关动作、干扰电压或运行人员们所需的功率和电网电压极限值之间波动而所引起。
3.9 保护原理
变频器供应商应负责发电机定子和转子短路和浪涌保护、以及电路变频器和电缆的设
计。供应商应该通知东汽其所使用的保护原理，为的是以便用户在定货之前明确细节
所必需的保护用可解除的充裕储备量。超过这第 3 种快速连续电压下降限值，发电 机/变频器系统与电网断开。在这种情况下，封锁 15 分钟后电网可再连接。 3.14 增强需求的模式（选项 D） 增强需求的模式用于变频器电网连接端子瞬间压降为 0。此模式的空的要求与扩展 模式相等。变频器制造商应提供此模式的概念和提议。 3.15 电压支持运行 如果压降在准稳定电压值的 90%（缺省值）以下，在变频器电网连接端子提供无功电 流来支持电网电压。触发阀值可根据需要可从 0 到 100%调整。最终，在故障确定后 20ms 之内，变频器可提供因数为 2%（缺省值）系统额定电流的无功电流给每一百分 值电压降。因数可从 0 调到 10%。最大的无功电流由额定电流限定，可通过参数 0 到 100%调整。缺省值设定为 100%。在切回到运行标准模式之前的至少 10 秒钟，变 频器的可运行此功能。东汽可以 0.1 秒的增量从 0.1 调到 10 秒钟。缺省值设定为 3 秒。 只在给定的触发极限超过一次以上时，才可以再触发。 电压支持功能是指变频器减少有功电流和/或有功输出。如果瞬间补偿过程根据第 2 象限的无功输出补偿实现，在电压回复之后不用 400ms 就可以完成。这些补偿过程之 后，电压支持运行立即重新使用。 3.16 电网断开之后电压释放 电网断开后，定子转子电路立即切换到空载状态。8 分钟之内，变频器中间直流电环 节放电到低电压保护值以下。 3.17 防雷击保护 按/NO-7（内部防雷击保护）/确定的给发电机和变频器设计恰当的浪涌保护器件。与 其它防雷击保护区的界面必须装配适当的浪涌保护器件。 3.18 增加要求的防雷击保护（选项 E）

37
五、冷却润滑系统
• 作用 1、对齿轮箱各轴承、各齿面提供足够的润滑。 2、对齿轮箱进行冷却散热。
38
39
• 冷却润滑系统组成 润滑油泵：将齿箱润滑油吸入，输出压力油。
40
滤油器：将油液过滤，给齿箱提供清洁的润滑 油，通常精度为10μm。 冷却器：通过与空气的热交换，将热油冷却。 连接管路：连接各个部件。 附件：提供滤油器堵塞报警，显示回油压力。
32
33
刹车系统的控制机构－液压系统
34
四、支承系统
• 塔架的作用 支承风力发电机组的机械部件，承受各部件作用在塔 架上的力和风载
• 基础的作用 安装、支承风力发电机组，平衡运行过程中产生的各 种载荷。
35
• 塔架 材料：Q345 轮毂高度：依据项目和当地风切变指数综合考虑 而定
36
• 基础 钢筋混凝土
叶
失速、定桨 玻璃钢 23.5m 、24m 49m、50m
3 2.5° 5°
8

轮
毂
• 轮毂材料: QT400－18或 QT350－22L
• 涂层：
HEMPEL
• 与桨叶连接： 高强度螺栓
9
主轴、轴承、轴承座 • 轴承：SFK 或FAG • 主轴：材料42CrMoA • 轴承座：材料QT400－18AL
43
• ３、通过过滤器的油液进入阀组，当油液温度较低时， 油液直接流回齿轮箱各个轴承和齿面的润滑点，这时 系统只起润滑作用。当油液温度达到设定值时，通过 阀的调配，油液全部强行通过冷却器，给油液进行冷 却后再流回齿轮箱各个润滑点。
44
19
偏航齿箱
参数： • 型式： 法兰联接的同轴行星（摆线）齿轮箱 • 额定输入功率: 1.5kW • 额定输入转速: 940rpm • 额定输出转速: 1.245rpm • 额定传动比: 755 • 额定输入扭矩: 15Nm • 使用环境温度 ： -30℃～+40℃ • 噪声（声功率级）：≤90 dB（A） • 润滑油： Mobil或Shell、BP的合成齿轮油

Coupling 联轴器
Electric Generator 发电机
Output Power
输出功率
Speed 速度
Controller 控制器
17
装配一台风机 一台风机是由许多部分组成的？
塔架 机舱 变压器 叶轮 基础
18
叶轮 叶轮被固定在大 的主轴上，大的 叶轮有三个吸收 风能的叶片，风 速足够大时就会 驱动叶轮旋转！
Cut-out or Furling
Velocity 截止或收叶速度
16
Wind 风
Aero Turbine 航空涡轮机
Yaw Control
&
Pitch Control 偏航控制与变桨
控制
Wind Speed & Direction 风速与方向
Gearing 齿轮装置
Speed & Torque 速度与扭矩
使用水冷却时，冷水被导入一些隐藏 在发电机外壳里的管中。水冷却了发 电机加热了水本身。而散热器（如上 图）又利用周围环境的空气再将水冷 却。由此，水在冷却发电机的同时不 断的循环，温度却不会升高。
44
叶轮 所有大型风机都有三个叶片 组成叶轮与主轴连接，而每 种风机的叶片长度都有所不 同。比如有一种风机叶片长 度为25-27米，而最大的风机 的叶片达到39米，这相当于 一懂13层的高楼！
35
高速轴
发电机与齿轮箱是通过高速轴连 接的. 高速轴转动并不像主轴那样具有 很大的扭矩
这就是高速轴看起来很细的原因。 另一方面，高速轴转速很快， 达到了每分钟1500转
36
机械刹车 一台风机有两套原理不同的刹车： 一套是叶尖刹车，另一套是机械 刹车。
机械刹车被安装在发电机与齿轮箱之间 的高速轴上，它仅仅被用在当叶尖刹车 失败需要紧急刹车时。当风机在停机检 修状态时，启动刹车装置以避免因风机 突然启动而产生的隐患。

风力发电的原理与技术
原理
风力发电的基本原理是利用风力驱动 风力发电机组旋转，通过增速机将旋 转的机械能转化为电能，最终输出电 能。
技术
风力发电机组主要包括风轮、发电机 、增速机、塔筒等部分，其中风轮是 捕获风能的主要部件，发电机将机械 能转化为电能。
风力发电的优势与局限性
优势
可再生、清洁、资源丰富、运行费用低、节能减排等。
应急抢修
在设备发生故障时，迅速 组织人员进行抢修，尽快 恢复系统正常运行。
04
风力发电系统的环境影 响与经济效益
风力发电对环境的影响
减少温室气体排放
风力发电是一种可再生能源，使用风能替代化石燃料，可以显著 减少温室气体排放，缓解全球气候变化。
节约水资源
相比传统的水力发电，风力发电不需要消耗水资源，对于水资源匮 乏的地区，风能是一个更好的选择。
局限性
风能的不稳定性、地域性限制、建设成本高、影响鸟类和生态环境等。
02
风力发电系统的组成
风力发电机组
风力发电机
将风能转化为机械能的主要设 备，包括风轮、发电机和塔筒
等部分。
风轮
捕获风能并将其传递给发电机 ，通常由两个或更多的叶片组 成。
发电机
将风轮传递的机械能转化为电 能，主要部件包括定子和转子 。
。
大型风电场可以为电网提供稳 定的电力输出，是可再生能源
发电的重要组成部分。
分布式风电系统的应用实例
01
小规模、分散式发电
02
分布式风电系统通常由几台到几十台风力发电机组组成，分布在工业 园区、住宅区、商业区等区域。
03
这些风电系统旨在满足特定区域内的电力需求，减少对传统能源的依 赖，并提高能源利用效率。

风力发电机工作原理及原理图风力发电机工作原理及原理图风力发电机工作原理及原理图现代变速双馈风力发电机的工作原理就是通过叶轮将风能转变为机械转距(风轮转动惯量),通过主轴传动链,经过齿轮箱增速到异步发电机的转速后,通过励磁变流器励磁而将发电机的定子电能并入电网.如果超过发电机同步转速,转子也处于发电状态,通过变流器向电网馈电.最简单的风力发电机可由叶轮和发电机两部分构成,立在一定高度的塔干上,这是小型离网风机.最初的风力发电机发出的电能随风变化时有时无,电压和频率不稳定,没有实际应用价值.为了解决这些问题,现代风机增加了齿轮箱、偏航系统、液压系统、刹车系统和控制系统等.齿轮箱可以将很低的风轮转速(1500千瓦的风机通常为12-22转/分)变为很高的发电机转速(发电机同步转速通常为1500转/分).同时也使得发电机易于控制,实现稳定的频率和电压输出.偏航系统可以使风轮扫掠面积总是垂直于主风向.要知道,1500千瓦的风机机舱总重50多吨,叶轮30吨,使这样一个系统随时对准主风向也有相当的技术难度.风机是有许多转动部件的,机舱在水平面旋转,随时偏航对准风向;风轮沿水平轴旋转,以便产生动力扭距.对变桨矩风机,组成风轮的叶片要围绕根部的中心轴旋转,以便适应不同的风况而变桨距.在停机时,叶片要顺桨,以便形成阻尼刹车.早期采用液压系统用于调节叶片桨矩(同时作为阻尼、停机、刹车等状态下使用),现在电变距系统逐步取代液压变距.就1500千瓦风机而言,一般在4米/秒左右的风速自动启动,在13米/秒左右发出额定功率.然后,随着风速的增加,一直控制在额定功率附近发电,直到风速达到25米/秒时自动停机.现代风机的设计极限风速为60-70米/秒,也就是说在这么大的风速下风机也不会立即破坏.理论上的12级飓风,其风速范围也仅为32.7-36.9米/秒.风机的控制系统要根据风速、风向对系统加以控制,在稳定的电压和频率下运行,自动地并网和脱网;同时*齿轮箱、发电机的运行温度,液压系统的油压,对出现的任何异常进行报警,必要时自动停机,属于无人值守独立发电系统单元.风力发电机是将风能转换为机械功的动力机械，又称风车。