风力发电与控制技术ppt课件.ppt

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1、第3章风能、风力发电与控制技术机械工业出版社1机械工业出版社2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机械工业出版社3绪论在新能源发电技术中，风力发电是其中最接近实用和推广的一种。风力发电是一个综合性较强的系统，涉及空气动力学、机械、电机和控制技术等领域。　　风力发电是在大量利用风力提水的基础上发展起来的，它首先起源于丹麦，目前丹麦已成为世界上生产风力发电设备的大国。20世纪70年代世界连续出现石油危机，

2、随之而来的环境问题迫使人们考虑可再生能源利用问题，风力发电很快重新提上了议事日程。风力发电是近期内最具开发利用前景的可再生能源，也将是21世纪中发展最快的一种可再生能源。机械工业出版社4感性认识：各式风机机械工业出版社5机械工业出版社6机械工业出版社7机械工业出版社83.1风的特性及风能利用3.1.1风的产生风是地球上的一种自然现象，由太阳辐射热和地球自转、公转和地表差异等引起，大气是这种能源转换的媒介。图3-1地球上风的运动机械工业出版社93.1.2风的特性与风能1、随机性2、风随高度的变化而变化不同高度风速的表达式：式中

3、ν——距地面高度为h处的风速（m／s）；ν0——高度为h0处的风速（m／s），一般取h0为10m；k——修正指数，它取决于大气稳定度和地面粗糙度等，其值约为0.125～0.5。机械工业出版社103.1.3风的表示及应用1、风向风向一般用16个方位表示，也可以用角度表示。图示方向方位图图3-2风向方位图机械工业出版社112、风速由于风时有时无、时大时小，每一瞬时的速度都不相同，所以风速是指一段时间内的平均值，即平均风速。3、风力风力等级是根据风对地面或海面物体影响而引起的各种现象，按风力的强度等级来估计风力的大小。国际上采用的

4、为蒲福风级，从静风到飓风共分为13个等级。风力等级与风速的关系：式中VN——N级风的平均风速(m/s)；N——风的级数。机械工业出版社124、风能（1）风能密度，空气在一秒钟内以速度ν流过单位面积产生的动能。表达式为：（2）风能，空气在一秒钟时间内以速度ν流过面积为S截面的动能。表达式为：（3）风能利用，风能的利用主要是将大气运动时所具有的动能转化为其他形式的能量。机械工业出版社13风能转换及应用情况如图所示。图3-5风能转换与应用情况机械工业出版社143.2风力发电机组及工作原理3.2.1风力发电机组的结构及分类1、风力发

5、电机组的分类风力发电机组的分类一般有3种，如下表所示。机械工业出版社15按风轮轴的安装型式按风力发电机的功率按运行方式水平轴风力发电机组和垂直轴风力发电机组微型（额定功率50～1000W）、小型（额定功率1.0～10kW）、中型（额定功率10～100kW）和大型（额定功率大于100kW）独立运行和并网运行机械工业出版社162、风力发电机组的结构风力发电机组中，水平轴式风力发电机组是目前技术最成熟、产量最大的形式；垂直轴风力发电机组因其效率低、需起动设备等技术原因应用较少，因此下面主要介绍水平轴风力发电机组的结构。机械工业出版

6、社17（1）独立运行的风力发电机组水平轴独立运行的风力发电机组主要由风轮(包括尾舵)、发电机、支架、电缆、充电控制器、逆变器、蓄电池组等组成，其主要结构见右图。图3-6水平轴独立运行的风力发电机组主要结构机械工业出版社18并网运行的水平轴式风力发电机组由风轮、增速齿轮箱、发电机、偏航装置、控制系统、塔架等部件组成，其结构如右图所示（2）并网运行的风力发电机组图3-7并网运行的水平轴风力发电机组的原理框图机械工业出版社19并网运行的大型风力发电机组的基本结构，它由叶片、轮毂、主轴、增速齿轮箱、调向机构、发电机、塔架、控制系统及

7、附属部件（机舱、机座、回转体、制动器）等组成，结构如右图。（3）大型风力发电机组图3-8大型风力发电机组的基本结构机械工业出版社203.2.2风力机风力机又称为风轮，主要有水平轴风力机和垂直轴风力机。1、水平轴风力机：a.荷兰式b.农庄式c.自行车式d.桨叶式图3-9水平轴风力机机械工业出版社212、垂直轴风力机：a.萨窝纽斯式b.达里厄式c.旋翼式图-10垂直轴风力机机械工业出版社22水平轴垂直轴机械工业出版社233.2.3风力机的气动原理风力发电机组中的风轮之所以能将风能转化为机械能，原因是因为风力机具有特殊的翼型。图示

8、为现代风力机叶片的翼型及翼型受力分析图。图3-11风力机的叶片翼型及受力机械工业出版社24现分析风轮不动时受到风吹的情况：当风以速度矢量ν吹向叶片时，在翼型的上表面，风速减小，形成低压区，翼型的下表面，风速增大，形成高压区，上下表面间形成压差，产生垂直于翼弦的力F，力F可以分解为与相对风速