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1、风力发电原理课复习思考题1性能参数风能利用系数，尖速比，升力系数，阻力系数，机械效率，发电机效率。2贝茨理论的假设条件，推导过程，结论。3并网型风电机组的主要技术指标设计。4定浆距与变浆距风电机组的机械与电气系统的区别。5风电机组的发电机的类型主要有几种？区别是什么？6风电机组的并网要求是什么？如何实现？7叶轮与发电机如何匹配？8目前风电机组存在的主要技术问题是什么？9你对国际风电技术发展有何建议？10你对中国风电技术发展有何建议？11你认为哪方面风电技术最重要？风力发电原理课复习思考题1、性能参数风能利用系数，尖速比，升力系数，阻力系数，机械效率，发电机效率。风能利用系数：风轮从风中吸收部分
2、气流功率，这个功率除以一个和风轮同样大小的圆盘上通过的未扰动的空气的功率，叫做风轮的功率因子，即风轮的风能利用系数，用CP表示。P=1CApV3式中：P风轮输出功率，W；2PC-风能利用系数；59.3%PA-风轮扫掠过的面积，m2；p一空气密度,kg/m3；V-风速,m/s。尖速比：表示风力机性能的数值称为T.S.R(TipSpeedRatio)它定义为风力机叶片叶尖速度和风速的比值，称为叶尖速度比(或高速性能系数)，简称尖速比,表示为：呼=兰竺V60V式中：&一旋转角速度，rad/s；R叶轮的半径，m；n一叶轮转速，r/min;V一风速，m/s。升力系数阻力系数翼型所受的力是作用在上下表面的
3、分布力之合力。表面力有两种，一种是法向力，即压力；另一种是切向力，即摩擦阻力。这里定义和远前方来流相垂直的合力为升力，而与远方来流方向相一致的合力为阻力，升力和阻力通常表示为量纲为一的升力系数和阻力系数，二者的定义如下：其中的L和D分别代表升力和阻力，单位为N；来流的动压头为，单位是C是弦长，单位是m.机械效率，发电机效率。决定于风力机的额定功率，还与风力机运行地区的海拔高度、风轮功率系数、传动系统及发1p=pv3n2c耳耳8rP12电机效率等因素有关。风力机设计时，首先通过计算选定一个风轮直径其中：P:风力机输出功率；p:空气密度，一般取1.225kg/m3；：风力机额定风速；D：风轮直径；
4、CP：风轮功率系数，一般取0.430.45；耳1：传动系统效率，一般取0.92；耳2:发电机效率，一般取0.95。2、贝茨理论的假设条件，推导过程，结论。3、并网型风电机组的主要技术指标设计。风力机几何参数叶片几何参数风轮几何参数风力机空气动力设计参数风力机翼型风力机叶片气动外形设计结构设计控制系统设计等风力机工程设计方法1）设计参数/风力机型式（上风向或下风向，定桨距或变桨距）叶片数；额定风速；额定功率；切入风速；切出风速；风轮转速；风轮直径；风轮倾角；叶片锥角；风轮旋转方向；轮毂直径；轮毂高度；轮毂与叶片连接处至轮毂中心的距离；风轮功率系数；发电机效率；传动系统效率等。2）风力机工程设计方
5、法在风力机工程设计中要用到以下公式：风力机功率：风轮半径：叶尖速比：风力机转速：空气密度可由不同海拔高度的空气密度表查得。4、定浆距与变浆距风电机组的机械与电气系统的区别。定桨距失速控制，风力机的功率调节完全依靠叶片的气动特性。这种机组的输出功率随风速的变化而变化从风能利用系数Cp的关系看难以保证在额定风速之前使Cp最大，特别是在低风速段。这种机组通常设计有两个不同功率，不同极对数的异步发动机。大功率高转速的发动机工作于高风速区，小功率低转速的发动机工作于低风速区，由此来调节尖速比久追求最佳Cp。当风速超过额定风速时通过叶片的失速或偏航控制降低Cp从而维持功率恒定。装有叶尖扰流器作为空气动力刹
6、车。叶轮与轮毂固定根据当地风资源情况确定浆距角（一4+4）。定桨距失速控制风力机整机机构简单部件少造价低并具有较高的安全系统利于市场竞争。但失速型叶片本身结构复杂成型工艺难度也较大。随着功率增加叶片加长所承受的气动推力增大叶片的失速动态特性不易控制使制造更大机组受到限制。变桨距控制。为了尽可能提高风力机风能转换效率和保证风力机输出功率平稳风力机将进行桨距调整。在定桨距基础上加装桨距调节环节成为变桨距风力发电机组。变桨距风力发电机组的功率调节不完全依靠叶片的气动特性它要依靠与叶片相匹配的叶片攻角改变来进行调节。在额定风速以下时攻角处于零度附近此时叶片角度受控制环节精度的影响变化范围很小可看作等同
7、于定桨距风力发电机组。在额定风速以上时变桨距机构发挥作用调整叶片攻角保证发电机的输出功率在允许范围以内。变桨距风力发电机组的起动风速较定桨距风力发电机组低停机时传动机械的冲击应力相对缓和。变桨距风力机能使叶片的安装角随风速而变化从而使风力机在各种工况下（起动、正常运转、停机）按最佳参数运行。它可以使发动机在额定风速以下的工作区段有较高的发电量而在额定风速以上高风速区段不超载不需要过载能力大的发电机等。当然它的缺点是需要有一套比较复杂的变桨调节机构。现在这两种功率调节方案在技术上都比过去的有很大改进5、风电机组的发电机的类型主要有几种？区别是什么？1、恒速恒频系统的同步发电机或异步发电机通过稳定
8、风力机的转速来保持发电机频率恒定。不论发电机的转矩（对叶轮讲即为阻转矩）如何变化，发电机的转速恒定不变，这要求风力机有很好的调速机构，或采用其他方式维持风力发电机转子转速不变，以便维持发电机的频率与电网的频率相同，否则，发电机将与电网解裂。恒速恒频系统缺点是风能利用系数低，减少了机组的年发电量。2、变速恒频发电系统双馈异步发电机新型风力发电系统，其特点是发电机的转速和负荷可以在很大范围内变化而不影响其输出电压和频率的恒定。无刷双馈发电机由两台绕线式异步电机组成，两转子的同轴连接省去了滑环和电刷。无刷双馈发电机可在转子转速变化的条件下，通过控制励磁机的励磁电流频率来确保发电机输出电频率保持在50
9、Hz不变。因此，无刷双馈发电机可实现变速恒频发电。无刷双馈发电机结构简单，坚固可靠，比较适合风力发电等运行环境比较恶劣的发电系统使用。3、低速交流发电机直驱式风力发电机组，采用可低转速运行的发电机直接与风力机匹配，省去齿轮箱和高速传动装置，在提高几个百分点效率的同时，可减轻系统重量，降低噪声高速机械磨损，其低成本和维修少的优点，4、高压同步发电机将同步发电机的输出端电压提高到1020kV以上，发电机的定子绕组输出电压高，可以不用升压变压器而直接与电网连接，即兼有发电机和变压器的功能，是一种综合发电设备。高压发电机与风力机转子叶轮直接连接，不用齿轮箱。高压发电机采用深槽形定子铁芯，转子采用永磁材
10、料，极数多。6、风电机组的并网要求是什么？如何实现？把风力发电机联接到电网上必须满足四个条件：1）发电机的频率与电网的频率相等；2）发电机的电压（幅值）与电网电压（幅值）相等；3）发电机的电压相序与电网电压相序相同；4）并联合闸时发电机的电压相角与电网的电压相角一致。为了实现风力发电机组并网对叶轮和发电机技术有较高的要求，如上叙述发电机和叶轮的技术。传统的控制模式需要首先建立一个有效的系统模型，而由于空气动力学的不确定性和电力电子模型的复杂性，系统模型的不易确定。所有基于某些有效系统模型的控制也仅适合于某个特定的系统和一定的工作周期，由现代控制技术发展，模糊逻辑和神经网络的智能控制被引入风力发
11、电机组控制领域，用模糊逻辑控制进行电压和功率调节，用神经网络控制桨距调节及预测风力气动特性。前风力发电机组的普遍采用的并网方法是软并网技术。采用双向晶闸管的软切入法，使异步发电机并网。同步发电机并网近年得到了发展，通过在同步发电机与电网之间采用变频装置，转速和电网频率之间的耦合问题得以解决，该发电机在变速风力发电机组中应用7、叶轮与发电机如何匹配？8、目前风电机组存在的主要技术问题是什么？电网冲击，功率调节风能利用率，维修不方便9、你对国际风电技术发展有何建议？增加寿命，提高设备可利用率，抗台风、低温、沙尘暴等极端天气情况，降低设备成本，从而降低风力发电成本，与普通能源具备竞争性。增加单机容量
12、，减轻重量，提高转换效率。增加可靠性主要发展趋势是：-更大的规模-高度优化的叶片空气动力学和结构-更多的变速类型-海上风场市场份额增加-直驱和混合传动系统向更加智能化系统方向发展，特别是系统载荷和振动的主动控制10、你对中国风电技术发展有何建议？政策扶持，发展压缩空气储能技术。在保证低风速时和无风时系统正常发电的前提下，将目前国际上尚不能利用的风能采用压缩压缩空气储能技术储存，明显改善风能利用中存在的密度低、不稳定和间歇性等缺点，同时不使用蓄电池储能。 发展海上风电。根据国家气象科学局估算，海上风能实际可开发量是陆地风能的3倍，在近海建设大型风电场，也是充分利用风能的重要途径。在草原牧民生活和生产建设中用风力发电替代常规能源和生物质能，减少常规能源和生物质能的消耗。把常规能源留给后代，例如，煤可以转化为汽油、石油等。把生物质能优质肥料返回到草原中，保护草原生态。11、你认为哪方面风电技术最重要？结构设计、空气动力学设计、控制技术、宏观、微观选址
