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1、风电知识1. 风力发电的基本工作原理是利用风轮从风中吸收能量，通过传动机 构变为机械能，最终再转变为电能。2. 贝兹理论：理想情况下风能所能转换成动能的极限比值为16/27 约 为59%。贝兹理论是风力发电中关于风能利用效率的一条基本的理 论，它由德国物理学家Albert Betz于1919年提出。3. 叶轮吸收风能转化为机械能发电机将机械能转化为电能。4. 风速、风向：风是一种矢量，它通常用风向与风速这两个要素来表 示。风向是由风吹来的方向确定。风速表示单位时间内流过的距离， 分为瞬时风速与平均风速。5. 切入风速：风力发电机开始发电时的最低风速。6. 额定风速：风力发电机达到额定功率输出时
2、规定的风速。7. 生存风速：生存风速是指风力发电机组在这个风速值以下不倾覆的 最大值。8. 有效风时数：在风电机组轮毂高度（或接近）处测得的，介于切入 风速与切出风速之间的风速持续小时数的累计值。9. 水平轴（风轮）风力发电机组，是指风轮轴线基本与地面平行安置 在垂直地面的塔架上。水平轴风力发电机机舱里主要设备有主传动 轴、齿轮箱、发电机、刹车装置、机架、控制设备等。10. 水平轴风力机的风轮转轴与风向平行，其风能利用系数高，技术 非常成熟，水平轴风力发电机是目前应用最广泛的风力发电机。11. 风力发电机采用变速运行可使风力机最大限度的吸收风能，提高 风力机运行效率，大容量的变速恒频风力发电系
3、统是风力发电技术 的主流方向，采用双馈异步发电机的变速恒频风力发电机组仍是目 前的主流机型。12. 双馈式风力发电机组的优点是：采用了多级齿轮箱驱动有刷双馈 式异步发电机。它的发电机的转速高，转矩小，重量轻，体积小， 变流器容量小。13. 双馈式风力发电机组的缺点是：为了让风轮的转速和发电机的转 速相匹配，必须在风轮和发电机之间用齿轮箱来联接，这就增加了 机组的总成本；而齿轮箱噪音大、故障率高、需要定期维护，并且 增加了机械损耗；机组中采用的双向变频器结构和控制复杂；电刷 和滑环间也存在机械磨损。14. 双馈风力发电机一般采用4极或6极，2MW以下的发电机多采用 4极，2MW以上的发电机多采用
4、6极，本节介绍的是4极发电机，定 子铁心与转子铁心都由硅钢片叠成，图 1 是定子铁心与转子铁心的 冲片。15. 直驱式风力发电机，是一种由风力直接驱动发电机，亦称无齿轮风力发动机，这种发电机采用多极电机与叶轮直接连接进行驱动的方式，免去齿轮箱这一传统部件。由于齿轮箱是目前在兆瓦级风力 发电机中属易过载和过早损坏率较高的部件，因此，没有齿轮箱的 直驱式风力发动机，具备低风速时高效率、低噪音、高寿命、减小 机组体积、降低运行维护成本等诸多优点。直驱式风力发电系统大 多都使用永磁同步发电机发电，无需励磁控制，电机运行速度范围 宽、电机功率密度高、体积小。随着永磁材料价格的持续下降、永 磁材料性能的提
5、高以及新的永磁材料的出现，在大、中、小功率、高可靠性、宽变速范围的发电系统中应用的越来越广泛。16. 风电机组的分类a) 按容量可以分为小型、中型和大型风电机组。b) 按风轮转速可分为定速型和变速型。c) 按桨叶角度可分为失速型和变桨距型。变桨距又分为电动变 桨 和液压变桨。d) 按桨叶数量可分为单叶片、双叶片和三叶片等。e) 按传动机构可分为齿轮箱升速型和直驱型。f) 按发电机种类可分为异步型和同步型。g) 按并网方式可分为并网型和离网型。h) 按主轴与地面的相对位置，分为水平轴和垂直轴风电机组。 水 平轴风电机组随风轮与塔架相对位置的不同可分为上风向与下 风向。i) 按环境可分为高原型、平
6、原型；常温型、低温型；常规型、 耐 腐蚀型等。17. 双馈异步发电机所谓“双馈”是指发电机定子绕组和转子绕组都与电网有电气连接，都能向电网馈电，故称为双馈发电机。发电 机定子直接与电网相连，转子与电网耦合是通过变频器来实现的。转子通过变流器进行交-直-交的转换，整流为频率满足要求的交流 电，用于转子绕组励磁。其基本的工作原理与一般异步电机相同18. 风机总体构造分四大部分：a) 风轮(含叶片、轮毂、变桨控制系统等)b) 机舱(含机架、传动链、偏航系统、主控系统等)c） 塔筒（含导电轨、变频器等）d） 基础19. 风机总体构造具体构成：2MW 超低风速型风力发电机组主要部件包括：叶片、轮毂、变桨
7、系 统、传动系统（主轴、主轴轴承及轴承座、齿轮箱、转子制动器、 联轴器）、发电机、控制系统、偏航系统、机架、塔架、测风系统 等。20. 风轮：风轮用于将空气的动能转化为风轮转动的机械能。2MW超低风速型风力发电机组的风轮直径为127.796 米，重量约70.4 吨， 主要由叶片、导流罩、轮毂、变桨驱动装置、变桨控制系统、变桨 润滑系统等部件组成。21. 风轮功能风作用在叶片上产生的升力使风轮转动，将空气的动能 转化为旋转机械能。22. 叶片的主要作用是使风轮旋转产生空气动力（获取风能）、气动 刹车、控制载荷，材料大多为玻璃纤维增强环氧树脂或者玻璃纤维 增强聚酯。23. 叶片材料为玻璃纤维增强环
8、氧树脂复合材料。采用先进的翼型优 化设计，提高了风能利用系数。 该材质的特点是密度小、强度高。 具有良好的耐腐蚀性，并且具有良好的电绝缘性。24. 轮毂的主要作用是固定风机桨叶，并将固定好的桨叶与主轴相 连，传递并承受所有来自叶片的载荷，材料大多为球墨铸铁制造。25. 轮毂：采用高韧性球墨铸铁铸造，以及变截面厚度设计的三通型球形壳体结构。功能：固定叶片，连接齿轮箱主轴。26. 变桨系统作用：是实现对风力发电机组桨叶的驱动控制，使叶片 沿其纵向轴转动，改变气流对叶片的攻角，从而使风轮所捕获的能 量可调节。可变桨距调节，提高了机组的运行效率，减弱了机械制 动对传动系统的冲击。系统控制容易，输出功率
9、平稳，执行机构的 功率相对较小。每个叶片都有自己的变桨驱动系统，包括变桨驱动 柜、变桨备用电柜和其他附件都安装于轮毂中。27. 齿轮箱主要功能是将风轮在风力作用下所产生的动力传递给发 电机，并使机组获得相应的转速。 同时配有润滑泵、加热器、冷却 系统、过滤器，以及相关传感器等。28. 主轴制动器的作用是在紧急状况和维护的情况下使机组全面停 机。29. 偏航制动器的作用是提供阻尼，偏航过程中始终保持一定的阻尼 力矩，减少风机在偏航过程中的冲击载荷。30. 风轮锁用于固定风轮，使操作人员可以安全地进入导流罩和轮毂 进行维护。风轮锁液压装置仅在维护时使用。风轮锁液压油缸为双 作用式，通过手动激活液压
10、或电信号使油缸活塞伸缩而实现风轮锁 定或解锁。31. 偏航系统是水平轴风力发电机必不可少的组成部分，它的作用在 于使风机始终对风，从而获得最佳风能。32. 偏航制动器的作用是提供阻尼，偏航过程中始终保持一定的阻尼 力矩，减少风机在偏航过程中的冲击载荷。33. 偏航系统由偏航驱动、偏航电机、减速机、偏航齿圈、侧面轴承、 滑垫保持装置、滑动衬垫、圆弹簧及调整螺栓、偏航控制器和风速风向仪组成。34. 传动系统：传动系统实现将风轮捕获的能量传递给发电机。所示 包括：主轴、齿轮箱、转子制动器、联轴器、发电机等。35. 机架和机舱罩：叶轮和发电机的静态及动态载荷通过机架传递到 塔架。另外，机舱罩内有传动系
11、统、控制柜、偏航系统、发电机、 主控柜等，外部还有测风系统。根据性质不同，机舱可分为三个部 分：1）传递载荷的主机架部分；2）供维护人员使用的工作平台；3） 由玻璃纤维原料制造的机舱罩。36. 偏航系统：2MW超低风速型风力发电机组偏航系统为主动式偏航 系统，能自动对风，使风轮的扫风面与风向垂直，以最大限度的捕 获风能。偏航系统由偏航轴承、偏航刹车器、偏航电机和偏航齿轮 箱等部件组成。在机舱后部有3 个互相独立的传感器1 个风向 传感器（即风向标）及2 个风杯式风速传感器（即风速仪）。风向传感 器的信号反映出风机与主风向之间有偏离，当风向持续发生变化时， 控制器根据风向传感器传递的信号控制4
12、个偏航驱动装置转动机舱 对准主风向，偏离主风向的误差在2 度内。37. 变桨系统：变桨系统是2MW超低风速型风力发电机组实现恒频的 执行机构。通过对叶片桨距角的调节，实现功率和转速的恒定。变 桨系统由轴控柜、超级电容柜、变桨电机、变桨齿轮箱和变桨轴承 等组成。38. 变桨系统作用及构成：变桨系统调节叶片桨距角，实现功率和转速的恒定，调节角度092度。FD128电气驱动单叶片独立变桨形 式。该系统具有以下特点：a）每只叶片都配有独立的变桨装置，变桨装置由变桨电机、变桨齿轮箱、变桨柜（含控制和后备电源）、变桨轴承等组成，能够进行独立调节。b）在风速低于额定风速时，风轮在恒定的叶片桨距角和变转速下运
13、行，使其在最佳的空气动力学范围内连续工作并达到最大的风机效率。c）在风速高于额定风速 时，变桨距控制系统工作以保持风轮在恒定的功率输出下工作。d） 在电网出现故障时，变桨装置的后备电源将为变桨系统供电，完成 紧急顺桨。e）变桨装置是机组安全系统最主要的执行机构。在风机 出现故障并触发快速停机程序时，变桨系统控制叶片将以最大变桨 速度顺桨，保证机组安全停机。39. 塔筒的作用：获得较高且稳定的风速，即让风轮处于风能最佳的 位置。 给风轮及主机（机舱）提供满足功能要求的、可靠的固定支 撑。 提供安装、维修等工作的平台。40. 塔架：塔架采用锥形圆筒钢结构形式。塔架与基础、塔架的段与 段之间以及塔架
14、与机舱的连接均采用高强度螺栓连接。塔架的底部 配有一扇门，能使外部空气进入塔架内，同时具有防沙、防雨、防 蚊虫、防盗等功能。每段塔架内部均设有平台，各平台均有照明装 置和应急照明装置。41. 箱式变压器的作用：为风力发电机组提供动力电源； 将风力发 电机组所发的电能经过升压输送到风电场变电站，接入电网。42. 运行及安全控制系统：主控制系统贯穿到各个部分中，是风力发 电系统的神经中枢。主控制系统的性能直接影响到风力发电机的工 作状态、发电量以及设备的安全性。其安全保护系统分三层结构： 主控系统，独立于主控的安全链，器件本身的保护措施。在机组发生超常振动、过速、电网异常、出现极限风速等故障时保护
15、机组。43. 安全防护装置：2MW超低风速型风力发电机组配置了安全防护装置，它包括灭火器、急救包及逃生装置，旨在服务工作人员在遇到 突发事件时应急所用，确保工作人员及机组的安全。44. 发电机一变频器系统：2MW超低风速型风力发电机组使用变速发电机变频器系统。双馈风机变速恒频的功能是基于双馈绕线式异 步发电机带使用脉宽调制IGBT技术的变频器实现的。在低于同步转 速时，发电机定子向电网输送100的电能。此外，变频器通过发电 机的滑环向转子提供转差功率。在高于同步转速时，发电机定子和 转子同时向电网输送电能。当发电机转速位于额定转速时，发电机 通过定子将大约83的功率输送给电网，剩余的功率（大约
16、17） 由发电机转子通过变频器输送到电网。45. 中性点直接接地方式：单相接地时，通过接地中性点形成单相短 路，很大的零序电流，根据零序分量的特点可构成保护，保护动作 后跳闸。不对称短路引起的工频电压升高较小，操作过电压较低， 对系统绝缘水平的要求相对较低。46. 中性点不接地方式：当系统对称运行时，电源中性点与负载中性点电压为零。单相接地故障时，故障点相对于地的电压为零，非故 障相的相电压升高到 倍，等于线电压，此时线电压仍保持对称 不变，对用户供电无影响。当各相对地电容不相等时，即使在正常 运行状态，系统的中性点的对地电位将发生偏移。中性点不接地系 统要求的绝缘水平较高，各种操作过电压较高。中性点不接地系统 当电网发生单相接地时，可能造成电磁式电
