風力發電機組原理與應用

本書主要介紹了大型風力發電機組原理及其應用的基本知識。全書共分為9章，包括緒論，風力機，發電系統，主傳動與制動，變槳距、偏航與輔助系統，控制系統，風力發電機組的運行，支撐體系和風力發電機組的維護。

本書適於作為大、專院校教材，以及對從事風力發電機組設計、製造和使用的人員進行培訓的教學用書，也可以作為風電愛好者的自學讀物。

第3版序

第2版序

前言

主要物理量符號表

第一章緒論1

第一節風1

一、風的形成1

二、風力等級6

三、風的測量8

四、風的數學描述11

五、風能可利用區的劃分17

第二節風力發電機組概述18

一、總體結構18

二、基本參數18

三、分類18

第三節併網供電風力發電機組21

一、工作原理21

二、常見機型23

第二章風力機28

第一節葉片與輪轂28

一、葉片的外部特徵28

二、翼型28

三、葉片的常用材料30

四、葉片斷面結構31

五、輪轂32

六、葉片與輪轂的連接33

第二節風輪34

一、風輪的幾何定義和參數34

二、貝茨極限37

第三節風輪的空氣動力特性40

一、作用在葉素上的力40

二、旋轉尾流43

三、葉素動量定理44

第四節風力機的運行及控制46

一、風力機的調節特性47

二、風力機的實際風能利用係數48

三、葉片數的影響48

四、風力機的控制目標50

Ⅷ風力發電機組原理與應用目錄Ⅶ第三章發電系統52

第一節變壓器52

一、變壓器的工作原理52

二、變壓器的分類及結構52

第二節變流器54

一、電力電子器件54

二、ACDC變換電路59

三、DCDC變換電路61

四、DCAC變換電路62

五、正弦波脈寬調製技術63

第三節發電機概述65

一、風力發電機分類65

二、發電機基本參數66

第四節基於感應發電機的發電系統68

一、感應發電機68

二、併網方式72

三、併網運行時無功功率補償73

第五節基於同步發電機的發電系統74

一、電勵磁同步發電機75

二、多極永磁發電機78

三、同步發電系統變流器82

四、發電系統保護電路89

五、同步發電系統的軟併網93

第六節基於雙饋發電機的發電系統93

一、雙饋發電機93

二、雙饋發電系統變流器101

三、撬槓(Crowbar)保護電路104

四、併網和脱網105

第四章主傳動與制動108

第一節主傳動108

一、主軸及主軸承108

二、齒輪箱110

三、聯軸器117

第二節制動121

一、機械制動122

二、空氣動力制動127

第五章變槳距、偏航與輔助系統129

第一節變槳距系統129

一、液壓變槳距系統129

二、電動變槳距系統131

三、電液變槳距系統135

四、變槳距系統的控制135

五、葉片載荷的採集138

第二節偏航系統138

一、偏航系統的功能138

二、偏航系統的組成和工作原理138

三、執行機構139

四、偏航系統的控制142

第三節液壓系統145

一、液壓元件146

二、定槳距機組液壓系統158

三、變槳距機組液壓系統160

第四節潤滑與温控162

一、潤滑162

二、温度控制168

第六章控制系統171

第一節控制系統的結構與功能171

一、控制系統的總體結構171

二、主控系統硬件172

三、控制系統的功能174

第二節安全保護174

一、機組運行安全保護系統175

二、微控制器抗干擾保護系統176

三、安全鏈177

第三節信號測量178

一、需要檢測的信號178

二、主要信號測量技術178

第四節人機界面187

一、運行操作187

二、狀態顯示188

三、故障監測191

第七章風力發電機組的運行192

第一節常規運行過程192

一、風力發電機組的穩態工作點192

二、風力發電機組工作狀態及其轉換193

三、機組的起動方式195

第二節定槳距雙速發電機機組196

一、葉片安裝角的調整196

二、雙速發電機197

三、運行過程198

四、雙速發電機機組控制系統201

第三節變槳距優化轉差機組204

一、機組的結構特點204

二、運行狀態205

三、帶調整發電機轉差率的變槳距系統206

四、發電機轉子電流控制技術208

第四節變槳距變速恆頻機組213

一、起動與關機213

二、最佳風能利用係數215

三、風電機組的運行區域216

四、變速恆頻運行狀態217

五、變速控制策略217

六、變槳距、變速雙重控制220

七、過渡區域功率控制方式221

第八章支撐體系225

第一節機艙殼體225

一、機艙底盤225

二、機艙罩225

三、整流罩226

第二節塔架226

一、塔架的分類227

二、塔架結構228

三、塔架的固有頻率231

四、塔架風輪系統振動模態232

五、搬運及安全設備235

第三節基礎236

一、陸上風力發電機組的基礎236

二、海上風力發電機組的基礎238

第四節接地與避雷239

一、電氣接地保護239

二、避雷系統241

第九章風力發電機組的維護246

第一節風力發電機組的維護概述246

一、維護週期246

二、維修所需的常用工具246

第二節風力機的維護247

一、葉片的維護247

二、葉片軸承的維護250

三、輪轂的維護250

第三節發電系統的維護250

一、發電機的維護及故障分析250

二、變流系統的維護及故障處理253

三、變壓器的維護254

第四節主傳動與制動系統的維護255

一、齒輪箱的使用及維護255

二、齒輪箱常見故障及排除258

三、聯軸器的維護261

四、制動機構的維護及故障排除261

第五節變槳距、偏航及輔助系統的維護263

一、變槳距系統的維護263

二、偏航系統的維護及常見故障266

三、液壓系統的維護及常見故障267

第六節控制系統的故障與防護269

一、控制系統的常見故障269

二、減少故障的方法271

第七節支撐體系的維護272

一、聯接件的維護272

二、結構件的維護273

三、電纜和電纜夾塊的維護273

四、塔基水平度檢測273

五、塔筒標識的維護274

六、接地裝置的維護274

附錄 中華人民共和國國家標準電工術語風力發電機組275

參考文獻284 ^[1]