【正文】 離心飛球調(diào)速裝置；空氣動力調(diào)速裝置；扭頭、仰頭調(diào)速裝置。 （8）調(diào)速裝置風(fēng)速是變化的，風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速也會隨風(fēng)速的變化而變化。 （7）塔架塔架是支撐風(fēng)力發(fā)電機的支架?，F(xiàn)在我國已經(jīng)發(fā)明了交流電壓440/240V的高效永磁交流發(fā)電機，可以做成多對極低轉(zhuǎn)速的，特別適合風(fēng)力發(fā)電機。風(fēng)力發(fā)電機上常用的發(fā)電機有以下幾種：① 直流發(fā)電機，常用在微、小型風(fēng)力發(fā)電機上。大型風(fēng)電機（100150千瓦）通常產(chǎn)生690伏特的三相交流電。（6）發(fā)電機發(fā)電機是風(fēng)力發(fā)電機組中最關(guān)鍵的部件，是將風(fēng)能最終轉(zhuǎn)變成電能的設(shè)備。（4）聯(lián)軸器增速器與發(fā)電機之間用聯(lián)軸器連接，為了減少占地空間，往往聯(lián)軸器與制動器設(shè)計在一起。由于風(fēng)輪機工作在低轉(zhuǎn)速下，而發(fā)電機工作在高轉(zhuǎn)速下，為實現(xiàn)匹配采用增速齒輪箱。主軸也稱低速軸，將轉(zhuǎn)子軸心與齒輪箱連接在一起，由于承受的扭矩較大，其轉(zhuǎn)速一般小于50r/min，一般由40Cr或其他高強度合金鋼制成。輪轂是連接葉片和主軸的零部件。葉片是風(fēng)力發(fā)電機組最關(guān)鍵的部件，現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電機上每個轉(zhuǎn)子葉片的測量長度大約為20米葉片數(shù)通常為2枚或3枚，大部分轉(zhuǎn)子葉片用玻璃纖維強化塑料（GRP）制造。 (2)風(fēng)輪葉片安裝在輪轂上稱作風(fēng)輪，它包括葉片、輪轂、主軸等。 水平軸風(fēng)力發(fā)電機的結(jié)構(gòu)大中型風(fēng)力發(fā)電機組是由葉片、輪轂、主軸、增速齒輪箱、調(diào)向機構(gòu)、發(fā)電機、塔架、控制系統(tǒng)及附屬部件（機艙機座回轉(zhuǎn)體制動器等）組成的。而生產(chǎn)垂直軸風(fēng)力發(fā)電機的國家很少，主要原因是垂直軸風(fēng)力發(fā)電機效率低，需啟動設(shè)備，同時還有些技術(shù)問題尚待解決。水平軸風(fēng)力發(fā)電機是目前世界各國風(fēng)力發(fā)電機最為成功的一種形式，主要優(yōu)點是風(fēng)輪可以架設(shè)到離地面較高的地方，從而減少了由于地面擾動對風(fēng)輪動態(tài)特性的影響。 風(fēng)力發(fā)電機的結(jié)構(gòu)與組成 風(fēng)力發(fā)電機的分類[5]風(fēng)力發(fā)電機組是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，按其容量分可分為：小型（10kw以下）、中型（10—100kw）和大型（100kw以上）風(fēng)力發(fā)電機組。風(fēng)輪機的類型很多通常將其分為水平軸風(fēng)輪機垂直軸風(fēng)輪機和特殊風(fēng)輪機三大類。因此需要求出在一段時間內(nèi)的平均風(fēng)能密度，這個值可以將風(fēng)能密度公式對時間積分后平均來求得。 風(fēng)能資源的估算風(fēng)能的大小實際就是氣流流過的動能，因此可以推導(dǎo)出氣流在單位時間內(nèi)垂直流過單位截面積的風(fēng)能，即風(fēng)功率為 (11)式中 為風(fēng)能(w)；為空氣密度(kg/m)；為風(fēng)速(m/s)。通過它可以得知當(dāng)?shù)氐闹鲗?dǎo)風(fēng)向。一般以草地上空10m高處的10min內(nèi)風(fēng)速的平均值為參考。風(fēng)速是表示風(fēng)移動的速度即單位時間內(nèi)空氣流動所經(jīng)過的距離。（2）風(fēng)的參數(shù)風(fēng)向和風(fēng)速是兩個描述風(fēng)的重要參數(shù)。的夾角，因此對地球上不同地點太陽照射角度是不同的，而且對同一地點一年中這個角度也是變化的。大氣的流動也像水流一樣，是從壓力高處往壓力低處流，太陽能正是形成大氣壓差的原因。 風(fēng)資源及風(fēng)輪機概述 風(fēng)資源概述（1）風(fēng)的起源風(fēng)的形成乃是空氣流動的結(jié)果。（9）單機容量小由于風(fēng)能密度低決定了單臺風(fēng)力發(fā)電機組容量不可能很大，與現(xiàn)在的火力發(fā)電機組和核電機組無法相比。（7）實際占地面積小發(fā)電機組與監(jiān)控、變電等建筑僅占火電廠1%的土地，其余場地仍可供農(nóng)、牧、漁使用。我國由于中大型風(fēng)力發(fā)電機組全部從國外引進，造價和電價相對比火力發(fā)電高，但隨著大中型風(fēng)力發(fā)電機組實現(xiàn)國產(chǎn)化、產(chǎn)業(yè)化，在不久的將來風(fēng)力發(fā)電的造價和電價都將低于火力發(fā)電。（4）可靠性高把現(xiàn)代高科技應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電機組使其發(fā)電可靠性大大提高，中、大型風(fēng)力發(fā)電機組可靠性從80年代的50%提高到了98%，高于火力發(fā)電且機組壽命可達20年。（2）建設(shè)周期短一個十兆瓦級的風(fēng)電場建設(shè)期不到一年?？諝饬鲃拥膭幽茏饔迷谌~輪上，將動能轉(zhuǎn)換成機械能，從而推動片葉旋轉(zhuǎn)，如果將葉輪的轉(zhuǎn)軸與發(fā)電機的轉(zhuǎn)軸相連就會帶動發(fā)電機發(fā)出電來。依據(jù)目前的風(fēng)車技術(shù)，大約3m/s的微風(fēng)速度便可以開始發(fā)電。 田 敏 2006年6月第一章 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的基本原理 風(fēng)力發(fā)電的基本原理 風(fēng)力發(fā)電的基本原理風(fēng)能具有一定的動能，通過風(fēng)輪機將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機械能，拖動發(fā)電機發(fā)電。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)和PSCAD/EMTDC仿真等的相關(guān)知識對我們來講都是平時很少接觸和涉及的，而且，這些學(xué)科中的很多東西都是較為前沿的。本篇論文主要是通過PSCAD/EMTDC仿真軟件，建立風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制模型以及完整的風(fēng)力發(fā)電樣例系統(tǒng)模型，對自建的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制模型進行仿真分析，利用運行模塊進行EMTDC模擬計算，驗證風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制模型的可用性，并且通過單曲線繪圖對模擬結(jié)果進行分析，并利用多曲線繪圖模塊產(chǎn)生可直接用于研究報告的模擬結(jié)果圖形。通過控制系統(tǒng)保持了風(fēng)力發(fā)電機組的安全可靠運行，并實現(xiàn)了穩(wěn)定機組輸出功率和優(yōu)化功率曲線的控制功能。但由于對運行工況的認識不足，對變槳距控制系統(tǒng)的設(shè)計不能滿足風(fēng)力發(fā)電機組正常運行的要求，更達不到優(yōu)化功率曲線和穩(wěn)定功率輸出的要求。變槳距風(fēng)力發(fā)電機組的主要控制是在起動時對風(fēng)輪轉(zhuǎn)速的控制和并網(wǎng)后對輸入功率的控制。隨著風(fēng)力發(fā)電容量的不斷增大，控制方式從基本單一的定槳距失速控制向全槳葉變距控制和變速控制發(fā)展。可以說，對風(fēng)力發(fā)電的研究和進行這方面的畢業(yè)設(shè)計對我們從事風(fēng)力發(fā)電事業(yè)的同學(xué)是有著十分重大的理論和現(xiàn)實意義的，也是十分有必要的。XX本科畢業(yè)設(shè)計說明書引 言隨著世界工業(yè)化進程的不斷加快，使得能源消耗逐漸增加，全球工業(yè)有害物質(zhì)的排放量與日俱增，從而造成氣候異常、災(zāi)害增多、惡性疾病的多發(fā)，因此，能源和環(huán)境問題成為當(dāng)今世界所面臨的兩大重要課題。由能源問題引發(fā)的危機以及日益突出的環(huán)境問題，使人們認識到開發(fā)清潔的可再生能源是保護生態(tài)環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展的客觀需要。風(fēng)力發(fā)電起源于20世紀70年代，技術(shù)成熟于80年代，自90年代以來風(fēng)力發(fā)電進入了大發(fā)展階段。前人在風(fēng)輪機的空氣動力學(xué)原理和能量轉(zhuǎn)換原理的基礎(chǔ)上,系統(tǒng)分析了定槳距風(fēng)力發(fā)電機組、變槳距風(fēng)力發(fā)電機組、變速風(fēng)力發(fā)電機組的基本控制要求和控制策略，并對并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機組的變槳距控制技術(shù)進行了一定的研究。通過變距控制可以根據(jù)風(fēng)速來調(diào)整槳葉節(jié)距角，以滿足發(fā)電機起動與系統(tǒng)輸出功率穩(wěn)定的雙重要求。本篇論文主要介紹了風(fēng)力發(fā)電機組的基本控制要求和控制策略,在變槳距風(fēng)力發(fā)電機組控制系統(tǒng)仿真方面作了初步的探究和研究。利用控制系統(tǒng)使風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在規(guī)定的時間內(nèi)不出故障或少出故障，并在出故障之后能夠以最快的速度修復(fù)系統(tǒng)使之恢復(fù)正常工作。 本文在編寫過程中，受到栗文義老師的大力支持和精心指導(dǎo)，在此表示衷心的感謝。由于本人的理論水平及實踐經(jīng)驗所限、編寫時間倉促，書中錯誤疏漏之處難免，敬請老師不咎指正。風(fēng)力發(fā)電的原理是利用風(fēng)帶動風(fēng)車葉片旋轉(zhuǎn)，再通過增速器將旋轉(zhuǎn)的速度提高來促使發(fā)電機發(fā)電的。風(fēng)力發(fā)電的原理說起來非常簡單，最簡單的風(fēng)力發(fā)電機可由葉片和發(fā)電機兩部分構(gòu)成如圖11所示。 風(fēng)力發(fā)電的特點（1）可再生的潔凈能源風(fēng)力發(fā)電是一種可再生的潔凈能源，不消耗化石資源也不污染環(huán)境，這是火力發(fā)電所無法比擬的優(yōu)點。（3）裝機規(guī)模靈活可根據(jù)資金情況決定一次裝機規(guī)模，有一臺資金就可以安裝一臺投產(chǎn)一臺。（5）造價低 從國外建成的風(fēng)電場看，單位千瓦造價和單位千瓦時電價都低于火力發(fā)電，和常規(guī)能源發(fā)電相比具有競爭力。（6）運行維護簡單現(xiàn)代中大型風(fēng)力發(fā)電機的自動化水平很高，完全可以在無人職守的情況下正常工作，只需定期進行必要的維護，不存在火力發(fā)電的大修問題。（8）發(fā)電方式多樣化風(fēng)力發(fā)電既可并網(wǎng)運行，也可以和其他能源如柴油發(fā)電、太陽能發(fā)電、水利發(fā)電機組形成互補系統(tǒng)，還可以獨立運行，因此對于解決邊遠地區(qū)的用電問題提供了現(xiàn)實可行性。另外風(fēng)況是不穩(wěn)定的，有時無風(fēng)有時又有破壞性的大風(fēng)，這都是風(fēng)力發(fā)電必須解決的實際問題。風(fēng)就是水平運動的空氣，空氣運動主要是由于地球上各緯度所接受的太陽輻射強度不同而形成的。由于地球自轉(zhuǎn)軸與圍繞太陽的公轉(zhuǎn)軸之間存在66．5176。地球上某處所接受的太陽輻射能與該地點太陽照射角的正弦成正比。風(fēng)向是指風(fēng)吹來的方向，如果風(fēng)是從東方吹來就稱為東風(fēng)。風(fēng)速是指某一高度連續(xù)10min所測得各瞬時風(fēng)速的平均值。風(fēng)玫瑰圖是一個給定地點一段時間內(nèi)的風(fēng)向分布圖。（3）風(fēng)能的基本情況[1]風(fēng)能的特點風(fēng)能的特點主要有：能量密度低、不穩(wěn)定性、分布不均勻、可再生、須在有風(fēng)地帶、無污染、分布廣泛、可分散利用、另外不須能源運輸、可和其它能源相互轉(zhuǎn)換等。由于風(fēng)速是一個隨機性很大的量，必須通過一段時間的觀測來了解它的平均狀況，一個地方風(fēng)能潛力的多少要視該地常年平均風(fēng)能密度的大小。在風(fēng)速V的概率分布p(V)知道后，平均風(fēng)能密度還可根據(jù)下式求得 （12） 風(fēng)輪機的理論[4]風(fēng)輪機又稱為風(fēng)車，是一種將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成機械能、電能或熱能的能量轉(zhuǎn)換裝置。但應(yīng)用最廣的還是前兩種類型的風(fēng)輪機。按主軸與地面相對位置又可分為：水平軸風(fēng)力發(fā)電機組和垂直軸風(fēng)力發(fā)電機組。它的主要機械部件都在機艙中，如主軸、齒輪箱、發(fā)電機、液壓系統(tǒng)及調(diào)向裝置等。在本文中以后不做特殊說明時所指的風(fēng)力發(fā)電機組即為大中型的水平軸風(fēng)力發(fā)電機組。(1)機艙機艙包含著風(fēng)力發(fā)電機的關(guān)鍵設(shè)備，包括齒輪箱、發(fā)電機等。風(fēng)輪是風(fēng)力發(fā)電機接受風(fēng)能的部件。葉片可分為變漿距和定漿距兩種葉片，其作用都是為了調(diào)速，當(dāng)風(fēng)力達到風(fēng)力發(fā)電機組設(shè)計的額定風(fēng)速時，在風(fēng)輪上就要采取措施，以保證風(fēng)力發(fā)電機的輸出功率不會超過允許值。輪轂一般由鑄鋼或鋼板焊接而成，其中不允許有夾渣、砂眼、裂紋等缺陷，并按槳葉可承受的最大離心力載荷來設(shè)計。（3）增速器增速器就是齒輪箱，是風(fēng)力發(fā)電機組關(guān)鍵部件之一。使用齒輪箱可以將風(fēng)電機轉(zhuǎn)子上的較低轉(zhuǎn)速、較高轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換為用于發(fā)電機上的較高轉(zhuǎn)速、較低轉(zhuǎn)矩。（5）制動器制動器是使風(fēng)力發(fā)電機停止轉(zhuǎn)動的裝置，也稱剎車。發(fā)電機的性能好壞直接影響整機效率和可靠性。然后電流通過風(fēng)電機旁的變壓器（或在塔內(nèi)），電壓被提高至13萬伏，這取決于當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)。② 永磁發(fā)電機，常用在小型風(fēng)力發(fā)電機上。③ 同步或異步交流發(fā)電機，它的電樞磁場與主磁場不同步旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速比同步轉(zhuǎn)速略低，當(dāng)并網(wǎng)時轉(zhuǎn)速應(yīng)提高。塔架有型鋼架結(jié)構(gòu)的，有圓錐型鋼管和鋼筋混凝土的等三種形式，風(fēng)電機塔載有機艙及轉(zhuǎn)子。為了使風(fēng)輪運轉(zhuǎn)所需要額定轉(zhuǎn)速下的裝置稱為調(diào)速裝置，調(diào)速裝置只在額定風(fēng)速以上時調(diào)速。（9）調(diào)向（偏航）裝置調(diào)向裝置就是使風(fēng)輪正常運轉(zhuǎn)時一直使風(fēng)輪對準(zhǔn)風(fēng)向的裝置。偏航裝置由電子控制器操作，電子控制器可以通過風(fēng)向標(biāo)來感覺風(fēng)向。 （10）風(fēng)力發(fā)電機微機控制系統(tǒng)[11]風(fēng)力發(fā)電機的微機控制屬于離散型控制，是將風(fēng)向標(biāo)、風(fēng)速計、風(fēng)輪轉(zhuǎn)速、發(fā)電機電壓、頻率、電流、發(fā)電機溫升、增速器溫升、機艙振動、塔架振動、電纜過纏繞、電網(wǎng)電壓、電流、頻率等傳感器的信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換，輸送給單片機再按設(shè)計程序給出各種指令實現(xiàn)自動啟動、自動調(diào)向、自動調(diào)速、自動并網(wǎng)、自動解列、運行中機組故障的自動停機、自動電纜解繞、過振動停機、過大風(fēng)停機等的自動控制。風(fēng)電場的機組群可以實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)管理、互相通信，出現(xiàn)故障的風(fēng)機會在微機總站的微機終端和顯示器上讀出、調(diào)出程序和修改程序等，使現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電機真正實現(xiàn)了現(xiàn)場無人職守的自動控制。但是當(dāng)風(fēng)電機偶然沿一個方向偏轉(zhuǎn)太長時間時，電纜將越來越扭曲，導(dǎo)致電纜扭斷或出現(xiàn)其他故障。風(fēng)力發(fā)電機還會配備有拉動開關(guān)在電纜扭曲太厲害時被激發(fā)，斷開裝置或剎車停機，然后解纜。貝茨(Betz)建立的。而空氣流是連續(xù)的，不可壓縮的，葉片掃掠面上的氣流是均勻的，氣流速度的方向不論在葉片前或流經(jīng)葉片后都是垂直葉片掃掠面的(或稱為是平行風(fēng)輪軸線的)，滿足以上條件的風(fēng)輪稱為“理想風(fēng)輪”。風(fēng)吹到葉片上所做的功是將風(fēng)的動能轉(zhuǎn)化為葉片轉(zhuǎn)動的機械能，則有 。如果以表示空氣密度，該體積的空氣質(zhì)量，此時氣體所具有的動能為 (15)的單位是kg/m3；V的單位是m3；的單位是m/s；T的單位是W。風(fēng)作用在葉片上的力由歐拉定理求得 (16)式中 ——空氣當(dāng)時的密度風(fēng)輪所接受的功率為 (17)所以經(jīng)過風(fēng)輪葉片的風(fēng)的動能轉(zhuǎn)化 (18)式中 ——空氣質(zhì)量 (19) (110)因此，風(fēng)作用在風(fēng)輪葉片上的力F和風(fēng)輪輸出的功率P分別為 (111) (112)風(fēng)速是給定的，的大小取決于，是的函數(shù)，對微分求最大值得 (113)令其等于0，求解方程得 (114) (115)16/27=0．593，稱作貝茨功率系數(shù) (116)而正是風(fēng)速為的風(fēng)能，故 (117)=0．593，說明風(fēng)吹在葉片上，葉片上所能獲得的最大功率為風(fēng)吹過葉片掃掠面積的風(fēng)能的59．3％。通常風(fēng)輪機風(fēng)輪葉片接受風(fēng)能的效率達不到59．3％，一般根據(jù)葉片的數(shù)量、葉片的翼形、。（1）風(fēng)能利用系數(shù)風(fēng)輪機從自然風(fēng)能中吸到能量的大小