風力發電原理

風力發電是一種最具規模開發潛力的清潔可再生能源利用方式，作為風能與動力工程專業系列教材之一，編寫本書的目的是使學生掌握風力發電的基本原理，瞭解主流風力發電機組設備。 全書供分7章，內容主要包括風力發電技術的基本概況、風能資源與轉換原理、風力發電機組設備與結構、風力發電機組檢測與控制等內容。對離網風力發電系統及儲能技術也做了簡要介紹。 由於風力發電技術涉及多學科內容，為適應不同專業知識背景的讀者，本書力求理論聯繫實際，內容通俗易懂，也可供從事風力發電領域相關工作的工程技術人員參考。 ^[1] 

前言

第1章緒論1

1 1風能利用及風力發電歷史2

1 2中國風能資源與開發前景4

1 2 1風能特點4

1 2 2我國風能資源分佈特點及

開發前景5

1 2 3風電發展概況7

1 3風力發電技術現狀與發展8

1 3 1風力發電機組的類型8

1 3 2大型水平軸併網風電機組的

基本結構10

1 3 3風力發電技術的發展狀況11

1 4風電機組相關設計標準14

1 4 1國際電工委員會標準14

1 4 2國外主要風電標準15

1 4 3中國主要風電標準16

思考題17

第2章風能及其轉換原理18

2 1風的種類及其特性18

2 1 1風的形成及其基本特性18

2 1 2全球性的風21

2 1 3地方性的風22

2 1 4平均風23

2 1 5脈動風27

2 1 6極端風29

2 1 7地形地貌對風的影響31

2 2風的測量與估計32

2 2 1風向的測量33

2 2 2風速的測量33

2 2 3風能估計34

2 3風能資源評估及風電場選址概述37

2 3 1風能資源評估38

2 3 2風電場選址38

2 4風能轉換基本原理40

2 4 1葉片上的氣動力40

2 4 2風能轉換基礎理論42

2 5風力機的特性46

2 5 1風輪空氣動力特性46

2 5 2風力機的運行特性47

2 5 3實度對風力機特性的影響48

思考題50

第3章風力發電機組的結構51

3 1水平軸風電機組概述51

3 1 1風電機組的基本結構、性能

和類型51

3 1 2風電機組主要參數56

3 1 3風電機組設計級別60

3 2風輪61

3 2 1葉片61

3 2 2輪轂66

3 2 3變槳機構67

3 3風電機組傳動系統69

3 3 1風輪主軸69

3 3 2增速齒輪箱71

3 3 3軸的連接與制動79

3 4機艙、主機架與偏航系統80

3 4 1機艙80

3 4 2主機架80

3 4 3偏航系統81

3 5塔架與基礎84

3 5 1塔架84

3 5 2陸上風電機組的基礎88

3 5 3海上風電機組的基礎90

3 6風電機組其他部件91

思考題91

第4章風力發電機92

4 1發電機的工作原理92

4 1 1發電機的基本類型92

4 1 2直流發電機的基本工作原理94

4 1 3同步交流發電機的基本工作

原理95

4 1 4異步交流發電機的基本工作

原理97

4 2風力發電系統中的發電機98

4 2 1併網風電機組使用的發電機99

4 2 2離網風電機組使用的發電機100

4 3併網風力發電機101

4 3 1同步發電機101

4 3 2異步發電機103

4 3 3雙饋異步發電機104

4 3 4直驅型發電機107

思考題110

第5章風力發電機組的控制及安全

保護111

5 1風力發電機組的控制技術111

5 1 1風力發電機組的基本控制

要求111

5 1 2風力發電機組的控制系統

結構114

5 1 3風力發電機組的運行控制

過程115

5 2風力機控制117

5 2 1風力機控制的空氣動力學

原理117

5 2 2定槳距風力機控制118

5 2 3變槳距風力機控制119

5 2 4功率控制121

5 3發電機控制123

5 3 1風力發電機控制要求123

5 3 2異步風力發電機控制124

5 3 3雙饋式發電機控制129

5 3 4直驅式發電機控制132

5 4風力發電機組信號檢測135

5 4 1風速及風向信號檢測135

5 4 2轉速信號檢測135

5 5控制系統的執行機構136

5 5 1制動保護系統137

5 5 2變槳距執行系統137

5 5 3偏航系統139

5 6風電機組的安全保護140

5 6 1風電機組安全保護系統設計140

5 6 2風電機組安全鏈系統141

5 6 3風力發電機組防雷保護142

思考題143

第6章垂直軸風力發電機組145

6 1垂直軸風力發電機組及其發展

概況145

6 1 1垂直軸風力發電機組的發展

概況145

6 1 2垂直軸風力機的類型146

6 1 3垂直軸風力機的主要特點148

6 2垂直軸風力機基本原理149

6 2 1阻力型垂直軸風力機149

6 2 2升力型垂直軸風力機151

6 3水平軸與垂直軸風力機的對比152

思考題153

第7章離網風力發電系統154

7 1離網風力發電機組的應用154

7 1 1向大用户直接供電154

7 1 2向農户、村落、農牧場供電155

7 2微、小型風力發電機組結構156

7 2 1葉片與風輪157

7 2 2調速裝置157

7 2 3調向裝置158

7 2 4發電機159

7 2 5塔架160

7 2 6蓄電池160

7 2 7控制器和逆變器160

7 3互補發電系統160

7 3 1風 光互補發電系統160

7 3 2風力發電機與蓄電池系統162

7 3 3風力 柴油互補發電系統164

7 4儲能裝置166

7 4 1蓄電池166

7 4 2抽水蓄能170

7 4 3飛輪儲能170

7 4 4超導儲能171

7 4 5其他儲能方式171

思考題171

附錄風力發電名詞術語漢英對照172

參考文獻178