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1 风力发电发展综述1

1.1 早期的风能利用1

1.1.1 东方风能利用史1

1.1.2 西方的风车3

1.1.3 美国西部的风车水泵6

1.2 技术演变6

1.3 风电技术趋势14

1.3.1 单机容量持续增大14

1.3.2 从定桨距（失速型）到变桨距18

1.3.3 从定转速到变转速18

1.3.4 传动系统的革新19

1.3.5 叶片技术的发展20

1.3.6 低风速、高海拔等特殊气候环境下风电机组的改进20

1.4 海上风电场的兴起21

1.5 我国的风电设备制造业22

1.6 我国的风电开发26

2 风资源28

2.1 风的形成28

2.1.1 气压梯度力和地转力28

2.1.2 三圈环流29

2.1.3 季风和局地环流30

2.1.4 大气运动的时间尺度33

2.2 大气层34

2.2.1 大气的垂直分层结构34

2.2.2 大气边界层35

2.2.3 粗糙度和风切变35

2.2.4 空气密度和气压39

2.2.5 湍流40

2.2.6 障碍物和地形对风速影响41

2.3 测风44

2.3.1 测风概述44

2.3.2 风速测量44

2.3.3 风向测量46

2.3.4 记录仪46

2.3.5 测风塔47

2.3.6 我国测风历史演变47

2.4 测风数据分析48

2.4.1 数据处理48

2.4.2 测风数据直接分析法50

2.4.3 测风数据统计分析法53

2.5 风资源评估54

2.5.1 风功率密度54

2.5.2 风向频率及风能密度方向分布56

2.5.3 风速的日变化和年变化56

2.5.4 湍流强度56

2.5.5 其他气象因素56

2.6 我国的风能资源分布56

2.6.1 我国风能资源分布概述56

2.6.2 我国主要的风能丰富区57

2.6.3 影响我国风能资源分布的气象条件57

2.6.4 影响风能利用的灾害性天气58

3 风力发电的空气动力学原理60

3.1 风能60

3.2 贝茨理论61

3.2.1 贝茨极限61

3.2.2 有旋转尾流的风轮62

3.2.3 风速和压力变化63

3.3 翼型和空气动力特性63

3.3.1 翼型的几何参数64

3.3.2 升力和阻力64

3.3.3 翼型截面对升阻力的影响65

3.4 阻力型风力机与升力型风力机对比67

3.5 风轮的空气动力学原理68

3.5.1 几何定义68

3.5.2 翼型的受力示意图69

3.5.3 叶素特性分析69

3.5.4 推力、转矩和功率的一般关系式70

3.5.5 风电机组的输出功率70

3.5.6 影响风轮特性的几个参数71

3.6 风电机组的功率控制73

3.6.1 失速控制73

3.6.2 变桨距控制75

4 风电机组分类及典型结构介绍77

4.1 风电机组的技术演变77

4.2 风电机组的分类78

4.2.1 定桨距失速型风电机组79

4.2.2 变桨距型风电机组80

4.2.3 变桨变速型风电机组81

4.3 典型风电机组简介83

4.3.1 GW750风电机组83

4.3.2 UP1500风电机组85

4.3.3 GW1500风电机组89

4.3.4 半直驱机型SCD 2.5/10093

5 风轮96

5.1 基本概念96

5.1.1 叶片参数96

5.1.2 风轮参数97

5.2 叶片设计99

5.2.1 设计要求99

5.2.2 载荷计算100

5.2.3 结构设计100

5.3 叶片制造101

5.3.1 材料101

5.3.2 制造工艺104

5.4 叶片主体结构105

5.4.1 主体结构方案105

5.4.2 叶根结构107

5.4.3 叶尖制动107

5.4.4 防雷系统108

5.5 轮毂110

5.6 变桨系统111

5.6.1 风电机组的变桨距控制111

5.6.2 液压变桨距系统113

5.6.3 电动变桨系统114

5.6.4 某机型的变桨系统参数116

5.6.5 电动和液压驱动变桨系统优缺点比较117

6 风电机组传动链118

6.1 传动链布置118

6.1.1 有齿轮箱的传动链布置118

6.1.2 直驱型风电机组传动系统布置120

6.1.3 “半直驱”型风电机组传动系统布置121

6.2 主轴121

6.3 联轴器122

6.3.1 胀套式联轴器123

6.3.2 万向式联轴器125

6.3.3 膜片式联轴器125

6.3.4 连杆式联轴器126

6.4 齿轮箱127

6.4.1 齿轮传动类型127

6.4.2 轮系128

6.4.3 风电机组中的齿轮箱129

7 风电机组发电机137

7.1 异步发电机137

7.1.1 鼠笼式异步发电机139

7.1.2 绕线式异步发电机139

7.1.3 异步发电机并网运行140

7.1.4 无功补偿141

7.2 双馈异步发电机142

7.2.1 双馈异步发电机基本结构142

7.2.2 双馈异步发电机工作原理143

7.2.3 双馈异步发电机冷却144

7.3 同步发电机144

7.3.1 电励磁同步发电机145

7.3.2 永磁同步发电机146

8 风电机组控制系统148

8.1 控制系统概述148

8.1.1 控制技术发展148

8.1.2 控制系统的组成149

8.1.3 控制系统的功能152

8.2 定桨恒速风电机组控制系统163

8.2.1 定桨恒速风电机组的工作特性163

8.2.2 定桨恒速风电机组的发电过程控制166

8.3 变速恒频风电机组的控制169

8.3.1 变速恒频风电机组的控制目标169

8.3.2 变速恒频风电机组的控制策略170

8.3.3 变速恒频风电机组常用的控制方法173

8.4 变流器系统176

8.4.1 双馈异步发电机及其变流器系统178

8.4.2 永磁同步发电机及其变流器系统181

8.5 风电机组的并网技术184

8.5.1 定桨恒速风电机组的软并网技术185

8.5.2 双馈异步风电机组的并网技术187

8.5.3 永磁同步风电机组的并网技术189

8.5.4 风电机组对电网稳定性的影响190

8.6 传感器195

8.6.1 温度监控传感器196

8.6.2 超速开关197

8.6.3 机械振动传感器198

8.6.4 振动保护传感器198

8.6.5 风速传感器和风向传感器199

8.6.6 转速传感器200

8.6.7 编码器200

8.6.8 位移传感器200

8.6.9 机舱偏航位置传感器201

9 风电机组其他系统202

9.1 偏航系统202

9.1.1 概述202

9.1.2 偏航系统的主要部件203

9.1.3 偏航控制系统206

9.1.4 解缆和扭缆保护207

9.1.5 偏航转速208

9.1.6 偏航润滑208

9.2 风电机组润滑208

9.2.1 润滑基础208

9.2.2 润滑分类209

9.2.3 润滑剂209

9.2.4 风电机组的润滑210

9.2.5 风电增速箱润滑的特殊要求213

9.2.6 油品使用中需要注意的问题215

9.2.7 润滑工作的管理216

9.3 液压系统217

9.3.1 液压元件217

9.3.2 定桨距风电机组的液压系统221

9.3.3 变桨距风电机组的液压系统223

9.3.4 液压系统的试验229

9.4 制动系统230

9.4.1 气动制动机构230

9.4.2 机械制动机构231

参考文献235