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第一章风力发电机组结构1.8 控制系统控制系统利用微处理器、逻辑程序控制器或单片机通过对运行过程中输入信号的采集传输、分析，来控制风电机组的转速和功率；如发生故障或其他异常情况能自动地检测平分析确定原因，自动调整排除故障或进入保护状态。
控控制系统的主要任务就是自动控制风机组运行，依照其特性自动检测故障并根据情况采取相应的措施。
控制系统包括控制和检测两部分。
控制部分又设置了手动和自动两种模式，运行维护人员可在现场根据需要进行手动控制，而自动控制应在无人值班的条件下预先设置控制策略，保证机组正常安全运行。
检测部分将各传感器采集到的数据送到控制器，经过处理作为控制参数或作为原始记录储存起来，在机组控制器的显示屏上可以查询。
现场数据可通过网络或电信系统送到风电场中央控制室的电脑系统，还能传输到业主所在城市的总部办公室。
安全系统要保证机组在发生非常情况时立即停机，预防或减轻故障损失。
例如定桨距风电机组的叶尖制动片在运行时利用液压系统的高压油保持与叶片外形组合成一个整体，同时保持机械制动器的制动钳处于松开状态，一旦发生液压系统失灵或电网停电，叶尖制动片和制动钳将在弹簧作用下立即使叶尖制动片旋转约90°，制动钳变为夹紧状态，风轮被制动停止旋转。
根据风电机组的结构和载荷状态、风况、变桨变速特点及其他外部条件，将风电机组的运行情况主要分为以下几类：待机状态、发电状态、大风停机方式、故障停机方式、人工停机方式和紧急停机方式。
（1）待机状态风轮自由转动，机组不发电（风速为0~3m/s），刹车释放。
（2）发电状态发电状态Ⅰ：启动后，到额定风速前，刹车释放。
发电状态Ⅱ：额定风速到切出风速（风速12~25m/s），刹车释放。
（3）故障停机方式：故障停机方式分为：可自启动故障和不可自启动故障。
停机方式为正常刹车程序：即先叶片顺桨，党当发动机转速降至设定值后，启动机械刹车。
（4）人工停机方式：这一方式下的刹车为正常刹车，即先叶片顺桨，当发电机转速降至设定值后启动机械刹车。
2mw风机参数摘要：1.2mw风机的基本参数2.2mw风机的性能特点3.2mw风机的应用领域4.2mw风机的选购与维护正文：随着可再生能源的不断发展，风力发电作为一种清洁、可持续的能源得到了广泛关注。
2mw风机作为风力发电设备的一种，以其出色的性能和广泛的应用领域受到了市场的欢迎。
本文将从2mw风机的基本参数、性能特点、应用领域以及选购与维护等方面进行详细介绍。
一、2mw风机的基本参数2mw风机，顾名思义，是指输出功率为2兆瓦的风力发电机组。
这类风机通常采用三叶片设计，转子直径在100-120米之间，高度在80-100米之间。
根据不同的地理环境和气候条件，2mw风机可以分为陆地型和海上型两种。
二、2mw风机的性能特点1.高效率：2mw风机采用先进的气动设计，使其在低风速条件下具有较高的发电效率。
2.稳定性能：2mw风机采用了先进的控制系统，能够实现对风速、风向等环境因素的实时监测，确保风机在各种工况下的稳定运行。
3.较低的噪音：2mw风机在设计时充分考虑了噪音控制，使其在运行过程中对周边环境的影响降到最低。
4.易于维护：2mw风机采用模块化设计，使得部件更换和维修更加便捷。
三、2mw风机的应用领域1.陆地风电项目：2mw风机适用于陆地上各类风电项目，特别是在风资源较好的地区，能够实现较高的发电效益。
2.海上风电项目：2mw风机也可应用于海上风电项目，其稳定的性能和较低的噪音使其成为海上风电项目的理想选择。
3.偏远地区供电：2mw风机可作为偏远地区供电的一种解决方案，为当地居民提供清洁、稳定的电力。
四、2mw风机的选购与维护1.选购注意事项：选购2mw风机时，应充分考虑风机的性能、可靠性、售后服务等因素，选择具有良好口碑和实力的风机制造商。
2.维护保养：为确保2mw风机的稳定运行和延长使用寿命，应定期进行维护保养，包括对风机部件的检查、更换、清洁等工作。
总之，2mw风机作为一种高效、环保的风力发电设备，在我国可再生能源发展中发挥着重要作用。
山湾子力矩值
金风70／1500机组，三段塔架，轮毂中心高度65米，各部件重量如表所示：
国电UP82/1500ⅢA65m塔架风机基本参数
竹子下力矩值
重量与尺寸
御道口金风77/1500机组主要参数
御道口力矩值
华锐SL1500/82塔架风机基本参数
连接螺栓规格、预紧力矩一览表
华锐1500kW/82机组(轮毂高度70m)重量与规格
国电UP77/15002A+65m塔架风机基本参数
西大梁力矩值
重量与尺寸
机舱吊具挂法：前上;前下;后上;后下。
（上里下垂直）
下段上法兰主吊耳M48×230mm——10条，下段下法兰溜尾吊耳M52×240mm——6条。
中段上法兰主吊耳M36×185mm——10条（实际用8条），中段下法兰溜尾吊耳M48×230mm——6条。
上段上法兰主吊耳M27×165mm——10条，上段下法兰溜尾吊耳M36×185mm——6条。
联合动力1500kW/82 机组(轮毂高度65m，西海拉四台项目)
国电联合动力有限公司风力发电机组（ШA65m塔架）
说明：UP82采用40.25m的叶片，UP77采用的为37.5m的叶片。
联合动力UP82-1500ⅢA75m风电机组主要设备重量与规格（新艾里项目）
75m塔筒吊装力矩扳手值
辽宁朝阳梨树沟（）风电项目风机安装工程远见1500KW（轮毂高度80m）风力发电机主要设备重量与规格
远见30台E87/15、3台E82/15风力发电机组（塔架高度，轮毂高度80m）梨树沟风电项目螺栓紧固力矩值对照表。
风力发电机组额定功率风力发电机组额定功率是指发电机组在标称工况下能够输出的最大功率。
额定功率与发电机组的设计和性能密切相关，是风力发电机组的重要参数之一。
一、风力发电机组的基本原理风力发电机组是利用风能驱动发电机发电的设备。
它由风轮、塔架、传动装置、发电机和控制系统等组成。
当风轮受到风的作用时，风轮叶片会转动，通过传动装置将旋转运动传递给发电机，发电机将机械能转化为电能输出。
二、风力发电机组的额定功率与设计1. 风轮设计：风力发电机组的额定功率与风轮的设计密切相关。
风轮的设计包括叶片的数目、长度、形状以及材料等。
这些参数决定了风轮的捕风面积、叶片的受力程度和转动效率，进而影响风力发电机组的额定功率。
2. 发电机设计：发电机是将机械能转化为电能的核心部件。
发电机的额定功率取决于其设计和材料的选择。
额定功率一般由发电机的输出电压和额定电流决定。
3. 控制系统设计：控制系统可以通过调整风力发电机组的转速和叶片角度来优化发电效率。
控制系统的设计直接影响着风力发电机组的额定功率。
三、风力发电机组额定功率的计算方法风力发电机组的额定功率一般由制造商通过实验和模拟计算确定。
常用的计算方法有以下几种：1. 标称功率法：根据风力发电机组的设计参数和特性曲线，通过定量分析和数值计算得出额定功率。
这种方法相对简单，适用于设计成熟的风力发电机组。
2. 风洞试验法：通过在风洞中对风力发电机组进行模拟试验，测量风轮在不同风速下的转速和输出电量，以此推算出额定功率。
3. 数值模拟法：利用计算流体力学（CFD）方法对风力发电机组进行三维流场分析，得到风轮的捕风面积、叶片的受力情况和输出电量等参数，进而计算出额定功率。
四、风力发电机组额定功率的影响因素风力发电机组的额定功率受多个因素的影响，包括：1. 风速：风速是影响风力发电机组额定功率的重要因素。
不同的风速对发电机组的转速和叶片角度有不同的要求，进而影响额定功率的大小。
2. 温度：温度的变化会影响空气密度，进而影响风轮的受力和转动效率。
浅析风力发电机组一．引言随着全球化石能源的枯竭和供应紧张以及气候变化形势的日益严峻，世界各国都认识到了发展可再生能源的重要性，风能作为清洁可再生能源之一，受到了各国的高度重视，世界风电产业也因此得到了迅速发展。
中国风能资源十分丰富：陆上和近海可供开发和利用的风能储量分别为2.53亿千瓦和7.5亿千瓦,具有发展风能的潜力和得天优厚的优势。
在未来的能源市场上，充分开发和挖掘这一潜力和优势，将有助于持续保持本国的能源活力和维持经济的可持续发展。
在开发利用风能的过程中，风电场的建设是其必须的环节，而风电机组的应用又是建设风电场的重中之重。
二．风力发电机组的分类（1）风力发电机组类型按容量分容量在0.1~1kW为小型机组,1~100kW为中型机组,100~1000kW 为大型机组 ,大于10000kW 为特大型机组。
（2）风力发电机组类型按风轮轴方向分水平轴风力机组：风轮围绕水平轴旋转。
风轮在塔架前面迎风的称为上风向风力机，在塔架后面迎风的称为下风向风力机。
上风向风力机需利用调向装置来保持风轮迎风。
垂直轴风力机组：风轮围绕垂直轴旋转，可接收来自任何方向的风，故无需对风。
垂直轴风力机又分为利用空气动力的阻力作功和利用翼型的升力作功两个主要类别。
（3）风力发电机组类型按功率调节方式分定桨距机组：叶片固定安装在轮毂上，角度不能改变，风力机的功率调节完全依靠叶片的气动特性（失速）或偏航控制。
变桨距（正变距）机组：须配备一套叶片变桨距机构，通过改变翼型桨距角，使翼型升力发生变化从而调节输出功率。
主动失速（负变距）机组：当风力机达到额定功率后，相应地增加攻角，使叶片的失速效应加深，从而限制风能的捕获。
（4）风力发电机组类型按传动形式分高传动比齿轮箱型机组：风轮的转速较低，必须通过齿轮箱、齿轮副的增速来满足发电机转速的要求。
齿轮箱的主要功能是增速和动力传递。
直接驱动型机组：应用了多极同步风力发电机，省去风力发电系统中常见的齿轮箱，风力机直接拖动发电机转子在低速状态下运转。
1 / 27 风力发电机风轮系统 2.1.1 风力机空气动力学的基本概念 1、风力机空气动力学的几何定义 （1） 翼型的几何参数 翼型
翼型本是来自航空动力学的名词，是机翼剖面的形状，风力机的叶片都是采用机翼或类似机翼的翼型，与翼型上表面和下表面距离相等的曲线称为中弧线。下面是翼型的几何参数图
1）前缘、后缘 翼型中弧线的最前点称为翼型的前缘，最后点称为翼型的后缘。 2）弦线、弦长 2 / 27
连接前缘与后缘的直线称为弦线；其长度称为弦长，用c表示。弦长是很重要的数据，翼型上的所有尺寸数据都是弦长的相对值。
3）最大弯度、最大弯度位置 中弧线在y坐标最大值称为最大弯度，用f表示，简称弯度；最大弯度点的x坐标称为最大弯度位置，用xf表示。
4）最大厚度、最大厚度位置 上下翼面在y坐标上的最大距离称为翼型的最大厚度，简称厚度，用t表示；最大厚度点的x坐标称为最大厚度位置，用xt表示。
5）前缘半径 翼型前缘为一圆弧，该圆弧半径称为前缘半径，用r1表示。 6）后缘角 翼型后缘上下两弧线切线的夹角称为后缘角，用τ表示。 7）中弧线 翼型内切圆圆心的连线。对称翼型的中弧线与翼弦重合。 8）上翼面 凸出的翼型表面。 9）下翼面 平缓的翼型表面。 （2） 风轮的几何参数
1）风力发电机的扫风面积 3 / 27
风轮旋转扫过的面积在垂直于风向的投影面积是风力机截留风能的面积，称为风力机的扫掠面积，下图是一个三叶片水平轴风力机的扫掠面积示意图。
下图是一个四叶片的H型升力垂直轴风力发电机的扫掠面积示意图。 4 / 27 根据前面两表可由所需发电功率估算出风力机所需的扫风面积，例如200W的升力型垂直轴风力发电机工作风速为6m/s，全效率按25%计算所需扫风面积约为6.2m2,如果工作风速为10m/s则所需扫风面积约为1.4m2即可；例如10kW的升力型垂直轴风力发电机工作风速为10m/s，全效率按30%计算所需扫风面积约为56m2,如果工作风速为13m/s则所需扫风面积约为25m2即可。按高风速设计的风力机体积小成本相对低些，但必须用在高风速环境，例如把一台设计风速为10m/s的风力机放在风速为6m/s的环境工作，其功率会下降80%；按风速6m/s设计的风力机风轮会很大，虽在6m/s时运行很好，但遇大风易超速损坏电机，为抗强风时需增加结构强度使成本大大增加。
2）风轮轴线：风轮旋转运动的轴线 3）旋转平面：与风轮轴垂直，叶片在旋转时的平面 4）风轮直径：风轮在旋转平面上的投影圆的直径 5）风轮中心高：风轮旋转中心到基础平面的垂直距离 5 / 27
6）风轮锥角：叶片相对于和旋转轴垂直的平面的倾斜角 7）风轮仰角：风轮的旋转轴线和水平面的夹角
8）叶片的轴线：叶片纵向轴线，绕其可以改变叶片相对于旋转平面的偏转角（安装角）
9）风轮翼型：叶片与半径r并以风轮轴为轴线的圆柱相交的截面 10）安装角或浆距角：叶片径向位置叶片翼型弦线与风轮旋转面间的夹角 6 / 27
2、流线概念 气体质点：体积无限小的具有质量和速度的流体微团。 流线： ——在某一瞬时沿着流场中各气体质点的速度方向连成的一条平滑曲线。 ——描述了该时刻各气体质点的运动方向：切线方向。 ——一般情况下，各流线彼此不会相交。 ——流场中众多流线的集合称为流线簇。如图所示。 绕过障碍物的流线: ——当流体绕过障碍物时，流线形状会改变，其形状取决于所绕过的障碍物的形状。 7 / 27
物体在空气中运动或者空气流过物体时，物体将受到空气的作用力，称为空气动力。通常空气动力由两部分组成：一部分是由于气流绕物体流动时，在物体表面处的流动速度发生变化，引起气流压力的变化，即物体表面各处气流的速度与压力不同，从而对物体产生合成的压力；另一部分是由于气流绕物体流动时，在物体附面层内由于气流粘性作用产生的摩擦力。将整个物体表面这些力合成起来便得到一个合力，这个合力即为空气动力。风轮叶片是风力机最重要的部件之一。它的平面形状与剖面几何形状和风力机空气动力特性密切相关，特别是剖面几何形状即翼型气动特性的好坏，将直接影响风力机的风能利用系数。气流绕风轮叶片的流动比较复杂，是一个空间的三元流动。当叶片长度与其翼型弦长之比展弦比较大时，可以忽略气流的展向流动，而把气流绕叶片的流动简化为绕许多段叶片元 即叶素的流动，叶素之间互相没有干涉。当每个叶素的展向长度趋向无穷小时，叶素就成了翼型，空气绕叶素的流动就成了绕翼型的流动，也就成了二元流动或平面流动。
3、升力与阻力 8 / 27
风就是流动的空气，一块薄平板放在流动的空气中会受到气流对它的作用力，我们把这个力分解为阻力与升力。图中F是平板受到的作用力，D为阻力，L为升力。阻力与气流方向平行，升力与气流方向垂直。
我们先分析一下平板与气流方向垂直时的情况，此时平板受到的阻力最大，升力为零。当平板静止时，阻力虽大但并未对平板做功；当平板在阻力作用下运动，气流才对平板做功；如果平板运动速度方向与气流相同，气流相对平板速度为零，则阻力为零，气流也没有对平板做功。一般说来受阻力运动的平板当速度是气流速度的20%至50%时能获得较大的功率。 9 / 27
当平板与气流方向平行时，平板受到的作用力为零（阻力与升力都为零）。 当平板与气流方向有夹角时，在平板的向风面会受到气流的压力，在平板的下风面会形成低压区，平板两面的压差就产生了侧向作用力F，该力可分解为阻力D与升力L。
当夹角较小时，平板受到的阻力D较小；此时平板受到的作用力主要是升力L。 截面为流线型的飞机翼片阻力很小，即使与气流方向平行也会有升力，因为翼片上表面弯曲，下表面平直，翼片上方气流速度比下方快，跟据流体力学的伯努利原理（丹尼尔·伯努
利在1726年首先提出时的内容就是：在水流或气流里，如果速度小，压强就大，如果速度大，压强就小。），上方气体压强比下方小，翼片就受到向上的升力作用。 10 / 27
当翼片与气流方向有夹角（该角称攻角或迎角）时，随攻角增加升力会增大，阻力也会增大，平衡这一利弊，一般说来攻角为8至15度较好。超过15度后翼片上方气流会发生分离，产生涡流，升力会迅速下降，阻力会急剧上升，这一现象称为失速。
风力发电用风力机有阻力型与升力型两种，水平轴风力机基本都是升力型，垂直轴风力机有多种阻力型结构，也有是升力型结构。
3、压力中心 正常工作的翼片受到下方的气流压力与上方气流的吸力，这些力可用一个合力来表示，该力与弦线（翼片前缘与后缘的连线）的交点即为翼片的压力中心。
对称翼型在不失速状态下运行时，压力中心在离叶片前缘1/4叶片弦长位置；运行在不失速状态下的非对称翼型，在较大攻角时压力中心在离叶片前缘1/4叶片弦长位置，在小攻角时压力中心会沿叶片弦长向后移。 11 / 27
4、雷诺数 雷诺数是衡量作用于流体上的惯性力与粘性力相对大小的一个无量纲参数，雷诺数用Re表示， Re= v l ρ/μ
式中ρ——流体密度；v——流场中的特征速度；l——特征长度；μ——流体的粘度，流体的粘度主要随温度变化，空气的粘度随气温升高加大；而液体则相反，温度升高粘度减小。
定义ν为流体的运动粘度，ν=μ/ρ 于是 Re=μl /ν 在研究翼型的气动特性时，v取翼型的运动速度，l取翼型的弦长，得到的就是该翼型的雷诺数。
雷诺数对翼型气动特性影响较大，一般翼型的失速迎角随雷诺数的增大而增大、最大升力系数也随失速攻角的增大而增大。 12 / 27
5、失速 当翼片运行较小迎角时，翼片处在正常升力状态，翼片上方与下方的气流都是平顺的附着翼型表面流过，见下图中的A图，此时有较大的升力且阻力很小。如果将翼片迎角变大，当超过某个临界角度时，翼片上表面气流会发生分离，不再附着翼型表面流过，翼型上方会产生涡流，导致阻力急剧上升而升力下降，这种情况称为失速。见下图中的B图。 13 / 27 发生转变的临界角度称之为临界迎角或失速迎角，对于不同的翼型失速迎角也不同，普通翼型多在10度至15度，一般薄翼型失速迎角稍小，厚翼型失速迎角要大一些；对于同一个翼型影响失速迎角的是翼片运行时的雷诺数与翼片的光洁度。
6、相对风速 风力机叶片运动时所感受到的风速是外来风速与叶片运动速度的合成速度，称为相对风速。下图是一个风力机的叶片截面，当叶片运动时，叶片感受到的相对风速为w→，它是叶片的线速度（矢量）u→与风进叶轮前的速度（矢量）v→的合成矢量
w→=u→+v→
相对风速与叶片弦线之间的夹角就是叶片的攻角α 14 / 27 2.1.2 风力机基本理论
1、贝兹极限 风能就是空气运动的动能，风在通过风轮时推动风轮旋转，把它的动能转变为风轮旋转的能量，但经过风轮做功后的风速不会为零，仅仅是减小，故风只能把一部分能量转交给风轮。那么风能把多大的能量转交给风轮呢，从理论上讲最大值为59.3%，这也是风力发电机组的风能利用系数的最大值，称为贝兹极限。目前高性能的风力发电机组风能利用系数约为40%。
4.1.3 风力机性能参数 1、风能利用系数Cp 风功率是速度为v的空气经过平面S后速度减为0所产生的功率，这是理想的情况，事实上空气经过平面S后并没有消失还得流走，速度不可能为0，所以说风只可能把一部分能量传给平面S。
