风力发电电气课程设计（精选10篇）
风力发电电气课程设计 篇1
1．风力发电发展的现状
1.1世界风力发电的现状
近20年风电技术取得了巨大的进步。1995—2006年风力发电能力以平均每年30%以上的速度增长，已经成为各种能源中增长速度最快的一种。今年来欧洲、北美的风力发电装机容量所提供的电力2成为仅次于天然气发电电力的第二大能源。欧洲的风力风力发电已经开始从“补充能源”向“战略替代能源”的方向发展。
到2008年，世界风能利用嘴发达的国家是德国、美国和西班牙，中国名列世界第四位。丹麦是世界上使用风能比例最高的国家，丹麦能源消费的1/5来自于风力。
欧洲在开发海上风能方面也依然走在世界前列，其中丹麦、美国、爱尔兰、瑞典和荷兰等国家发展较快。尤其是在一些人口密度较高的国家，随着陆地风电场殆尽，发展海上风电场已成为新的风机应用领域而受到重视。丹麦、德国、西班牙、瑞典等国家都在计划较大的海上风电场项目。目前海上风电机组的平均单机容量在3MW左右，最大已达6MW。世界海上风电总装机容量超过80万千瓦。
有余风力发电技术已经相对成熟，因此许多国家对风发电的投入较大，其发展较快，从而使风电价格不断下降。若考虑环保及地理因素，加上政府税收优惠政策和相关支持，在有些地区风力发电已可与火力发电等展开竞争。在全球范围内，风力发电已形年产值超过50亿美元的产业。
1.2我过风力发电的发展现状
我国风力发电从20世纪80年代开始起步，到1985年以后逐步走向产业化发展阶段。
自2005年起，我国风电规模连续三年实现翻倍增长。风电新增容量每年都增加超过100%，仅次于美国、西班牙，成为世界风电快速增长的市场之一。根据国家能源局2009年公布的统计数据，截止2008年底，我国风电装机容量已达1271万千瓦，居世界第4位，但是风电在我国整个电力能源结构中所占的比重仍然比较低。
我国将在内蒙古、甘肃、河北、吉林、新疆、江苏沿海等省区建设十多个百万千瓦级和几个千瓦级风电基地。根据目前国内增长趋势，预计到2020年，中国风电总装机容量将达到1.3亿~1.5亿千瓦。风力发电机
2.1恒速恒频的笼式感应发电机
恒速恒频式风力发电系统，特点是在有效风速范围内，发电机组的运行转速变化范围很小，近似恒定；发电机输出的交流电能频率恒定。通常该类风力发电系统中的发电机组为鼠笼式感应发电机组。
恒速恒频式发电机组都是定桨距失速调节型。通过定桨距失速控制的风力机使发电机转速保持在恒定的数值，继而使风电机并网后定子磁场旋转频率等于电网频率，因而转子、风轮的速度变化范围较小，不能保持在最佳叶尖速比，捕获风能的效率低。
2.2变速恒频的双馈感应式发电机
变速恒频式风力发电系统，特点是在有效风速范围内，允许发电机组的运行转速变化，而发电机定子发出的交流电能的频率恒定。通常该类风力发电系统中的发电机组为双馈感应式异步发电机组。
双馈感应式发电机结合了同步发电机和异步发电机的特点。这种发电机的定子和转子都可以和电网交换功率，双馈因此而得名。
双馈感应式发电机，一般都采用升级齿轮箱将风轮的转速增加若干倍，传递给发电机转子转速明显提高，因而可以采用高速发电机，体积小，质量轻。双馈交流器的容量仅与发电机的转差容量相关，效率高、价格低廉。这种方案的缺点是升速轮箱价格贵，噪声大、易疲劳损坏。
2.3变速变频的直驱式永磁同步发电机
变速变频式风力发电系统，特点是在有效风速范围内，发电机组的转速和发电机组定子侧产生的交流电能的频率都是变化的。因此，此类风力 需要在定子侧串联电力变流装置才能实现联网运行。通常该类风力发电系统中的发电机组为永磁同步发电机组。
直驱式风力发电机组，风轮与发电机的转子直接耦合，而不经过齿轮箱，“直驱式”因此而得名。由于风轮的转速一般较低，因此只能采用低速的永磁式发电机。因而无齿轮箱，可靠性高；但采用低速永磁发电机，体积大，造价高；而且发电机的全部功率都需要交流器送入电网，变流器的容量大，成本高。
如果将电力变流装置也算作是发电机组的一部分，只观察最终送入电网的电能特征，那么直驱式永磁同步发电机组也属于变速恒频的风力发电系统。
3介绍相关风力发电控制技术
3.1风力发电控制系统的目的由于风力发电机组是复杂多变量非线性系统，具有不确定性和多干扰等特点。风力发电控制系统的基本目标分为4个层次：保证可靠运行，获取最大能量，提供良好电力质量，延长机组寿命。控制系统实现以下具体功能:
(1)运行风俗范围内，确保系统稳定运行。
(2)低风速时，跟踪最优叶尖速比，实现最大风能捕获。
(3)高风速时，限制风能捕获，保持风力发电机组的额定输出功率。
(4)减少阵风引起的转矩峰值变化，减少风轮机械应力和输出功率波动。
(5)控制代价小。不同输入信号的幅值应有限制，比如桨距角的调节范围和变桨距速率有一
定限制。
(6)抑制可能引起机械共振的频率。
(7)调节机组功率，控制电网电压、频率稳定。
3.2风力发电控制系统
除了风轮和发电机这两个核心部分，风力发电机组换包括一些辅助部件，用来安全、高效的利用风能，输出高质量的电能。
（1）传动机构
虽说用于风力发电的现代水平轴风力机大多采用高速风轮，但相对于发电的要求而言，风轮的转速其实并没有那么高。考虑到叶片材料的强度和最佳叶尖速必的要求，风轮转速大约是18~33r/min。而常规发电机的转速多为800r/min或1500r/min。
对于容量较大的风电机组，由于风轮的转速很低，远达不到发电机发电的要求，因而可以通过齿轮箱的增速作用来实现。风力发电机组中的齿轮箱也称增速箱。在双馈式风力发电机组中，齿轮箱就是一个不可缺少的重要部件。大型风力发电机的传动装置，增速比一般为40~50。这样，可以减轻发电机质量，从而节省成本。
也有一些采用永磁同步发电机的风力发电系统，在设计时由风轮直接驱动发电机的转子，而省去齿轮箱，以减轻质量和噪声。
对于小型的风电机组，由于风轮的转速和发电机的额定转速比较接近，通常可以将发电机的轴直接连到风轮的轮毂。
（2）对风系统（偏航系统）
自然界的风方向多变。只有让风垂直地吹向风轮转动面，风力机才能最大限度地获得风能。为此，常见的水平轴的风力机需要配备调向系统，使风轮的旋转面经常对准风向。
对于小容量风力发电机组，往往在风轮后面装一个类似风向标的尾舵，来实现对风功能。对于容量较大的风力发电机组，通常配有专门的对风装置——偏航系统，一般由风向传感器
和伺服电动机组合而成。大型机组都采用主动偏航系统，即采用电力或液压拖动来完成对风动作，偏航方式通常采用齿轮驱动。
一般大型风力机在机舱后面的顶部有两个互相独立的传感器。当风向发生改变时，风向标登记这个方位，并传递信号到控制器，然后控制器控制偏航系统转动机舱。
（3）限速装置
风轮转速和功率随着风速的提高而增加，风速过高会导致风轮转速过高和发电机超负荷，危及风力发电机组的运行安全。限速安全机构的作用是使风轮单位转速在一定的风速范围内基本保持不变。
（4）液压制动装置
机组的液压系统用于偏航系统刹车、机械刹车盘驱动，当风速过高时使风轮停转，保证强风下风电机组安全。
机组正常时，需维持额定压力区间运行。液压泵控制液压系统压力，当压力下降至设定值后，启动油泵运行，当压力升高至某设定值后，停泵。
4风力发电技术发展趋势的展望
4.1风力发电的发展方向
风力发电技术是目前可再生能源利用中技术最成熟的、最具商业化发展前景的利用方式，也是本世纪最具规模开发前景的新能源之一合理利用风能，既可减少环境污染，有可减轻目前越来越大的能源短缺给人类带来的压力。
未来风力发电技术将向着以下几个方向发展。
（1）单机容量大。主流的新增风力机的单机容量将从750KW~1.5MW向2MW甚至更大的容量发展。目前世界上单机容量最大的风机，为5MW风力发电机，海上风力发电的6MW风电机组也已研制成功。
（2）风电场规模增大。将从10MW级向100MW、1000MW级发展。
（3）从陆地向海上发展。
（4）生产成本进一步降低。
4.2未来风力发电的展望
据专家们测估，全球可利用的风能资源为200亿千瓦，约是可利用水力资源的10倍。如果利用1%的风能能量，可产生世界现有发电总量8%~9%的电量。“风力12”、欧洲风能联合会、能源和发展论坛以绿色和平组织于2002年联合发表了一篇报告，以上述估计值作为基础，制定了风能的目标：到2020年，风力发电将占到全球发电总量的12%。为了达到这个目标，需要建立总容量大约为1260GW的风能装置，每年可发电3000TW·h左右。这相当于现在欧盟的用电量。世界风能协会预计，从世界范围来看，预计2020年，风电装机容量会达到1231GW。年发电量相当于届时世界电力需求的12%，与上述报告的结论一致。风电会向满足世界20%电力需求的方向发展，相当于今天的水电，有研究显示到2040年大致可以实现这一目标。届时将创造179万个就业机会，风电成本下降40%，减少排放100多亿吨二氧化碳。因此，在建设资源节约型社会的国度里，风力发电已不再是无足轻重的补充能源，而是最具有商业化发展前景的新兴能源产业。
风力发电电气课程设计 篇2
1973年的石油危机之前,风力发电技术仍处于科学研究阶段,主要在高校和科研单位开发研究,政府从技术储备的角度提供少量科研费。1973年以后,风力发电作为能源多样化措施之一,列入能源规划,一些国家对风力发电以工业化试点应用给予政策扶持,以减税、抵税和价格补贴等经济手段给予激励,推进了风力发电工业化的发展。进入九十年代,风力发电技术日趋成熟,风场规模式建设;另一方面全球环境保护严重恶化,发达国家开始征收能源和碳税,环保对常规发电提出新的、严格的要求。情况变化缩短了风力发电与常规发电价格竞争的差距,风力发电正进入商业化发展的前夜。
近年,世界风力发电如雨后春笋,逐年以二位数速度迅猛增长,截至1998年,全球装机9689MW。装机容量前10名的国家是:德国2874MW、美国1890MW、丹麦1400MW、印度968MW、西班牙834MW、荷兰364MW、英国331MW、中国223MW、意大利180MW和瑞典174MW。
我国风力发电起步于八十年代末,集中在沿海和新疆、内蒙风能带。1986~1994年试点,1994年新疆达坂城二号风场首次突破装机10MW(当年全国装机25MW),四年后,全国装机223MW,增长9倍,占全球风力发电装机的2.3%。
1 中国风力发电的资源配置
2004年5月15日,一份由中国资源综合利用协会可再生能源专门委员会、绿色和平组织和欧洲风能协会联合发布的研究报告《风力12》的中文版在北京发布。报告认为,到2020年,全球风力发电装机容量将达到12亿千瓦,年发电量3万亿千瓦时,能够满足世界电力需求总量的12%。按照规划,届时中国的风力发电装机容量将达到2000万千瓦,占全球风电总量的1.7%。
中国气象科学研究院生态与农业气象研究所的朱瑞兆教授告诉《了望东方周刊》,中国的风能资源主要集中在两个带状地区,一条是“三北(东北、华北、西北)地区丰富带”,其风能功率密度在200瓦/平方米~300瓦/平方米以上,有的可达500瓦/平方米以上,如阿拉山口、达坂城、辉腾锡勒、锡林浩特的灰腾梁等,这些地区每年可利用风能的小时数在5000小时以上,有的可达7000小时以上。“从新疆到东北,面积大、交通方便、地势平,风速随高度增加很快,三北地区风能在上百万千瓦的场地有四五个,这是欧洲没法比的。”朱瑞兆教授说:“而这个地带的缺点是建网少,发出的电上不了网。”
另一条是“沿海及其岛屿地丰富带”,其风能功率密度线平行于海岸线。沿海岛屿风能功率密度在500瓦/平方米以上,如台山、平潭、东山、南鹿、大陈、嵊泗、南澳、马祖、马公、东沙等岛屿,这些地区每年可利用风能的小时数约在7000-8000小时,年有效风能功率密度在200瓦/平方米以上。“沿海岛屿的风能是全国最好的,这个地带的优点是建网好,电价高,缺点是地形复杂,且容易受台风影响。”朱瑞兆教授以10米高处的风能,计算出中国陆地风能资源理论储量为32.26亿千瓦,经过风力机间的湍流和叶片面积修正,得出中国陆地实际可开发的风能约为2.53亿千瓦,而据估计,中国近海风能资源约为陆地的3倍,所以,中国可开发风能资源总量约为10亿千瓦。其中青海、甘肃、新疆和内蒙可开发的风能储量分别为1143万千瓦、2421万千瓦、3433万千瓦和6178万千瓦,是中国大陆风能储备最丰富的地区。
2 风力发电的是施工特点及施工要点
风力发电电气施工的特点是:风电施工环境比较恶劣,相邻风机间距较大。作业范围广,隐蔽工程较多。在整个项目工程的使用功能、竣工后的运行安全可靠程度、投资效益,电气工程有着举足轻重的作用,因此电气工程施工的好坏直接影响工程项目的质量、进度、安全乃至经济效益,尤其是施工中的关键问题,电气工程管理人员应加强管理的各项基础工作及过程控制。
要全面熟悉设计图纸,努力并善于发现图纸中的问题,把施工图中出现的错误、遗漏问题尽量在图纸阶段消除。把不能施工或难以施工的问题提出或提出处理意见,要求设计部门修改图纸,要同土建、风机设备安装等专业沟通,全面了解设计图纸,以便发现预埋与实际设备是否相符或冲突,设计所提供材料是否与实际一致,设计是否满足施工规范要求。要有预见意识,把问题发现在施工实施前面,便于保证施工质量。
施工方案是保证施工质量的措施,是做好施工前控制的最有效、最基本的方法。要全面了解风电电气专业的总的设计说明,认真编制施工组织设计,施工组织设计要有针对性、可操作性、先进性。要有可靠的组织与技术措施,编制措施时要满足施工的实际需要、完整的质量保证体系,质量保证措施要落实到人、确实可行施工方法及程序。在施工方案中针对重要的分项工程、关键步骤及关键部位要有具体详细的施工措施。施工前针对工程工作程序及施工中存在的危险点进行技术及安全交底,提出对施工的质量要求及预防的质量通病。
在风电工程中电缆是连接就地变电站的主线,起着汇流和传输电能的作用。每一趟出线单元一般都连接着几台或者十几台风力发电机。由于每台风机间距较远,设计一般采用电缆直埋方式。
因此不能忽视高压电缆的施工质量,施工工艺的处理不当不仅返工而且影响工程的施工进度及经济效益。如在冬季敷设电缆时塑料电缆在低温下将变硬,因此在低温下敷设电缆时电缆的塑料绝缘容易受到损伤,所以尽可能避免在低温下施工。如果在冬季施工电缆存放地点在敷设前24h内的平均温度以及敷设现场的温度低于0℃时,应采取措施将电缆预热才能敷设。电缆能否安全运行是风电安全运行不可忽视的组成部分,高压电缆头施工工艺要求意识淡薄,使新做电缆头在交接试验和运行一段时间后存在绝缘故障,因此高压电缆头的制作也是不可忽视的问题。电缆的电压等级越高对电缆头施工质量越高。风电电缆之间的连接一般为2~3个电缆头如果电缆制作、安装出现交叉,在气候的变化影响下,在交叉处引起放电或爬电现象,最终击穿绝缘,造成接头爆炸。因此高压缆头制作要选用制作时间长的技术熟练的技术工,同时严格按照工艺施工。
风电工程中发电机引出线设计一般为多根单芯电缆。经预埋于风机基础的电缆管引接至就地变电站。三相或单相的单芯电缆会在电缆周围产生交变的磁场,变化的磁场作用在外保护钢管上,因钢管是一个闭合的载体,会生成感应电流即涡流。涡流会造成大量的电能损耗,引起钢管发热,严重时造成电缆的烧毁。因此敷设电缆时,同一交流回路电缆应穿于同一金属保护管内,电缆敷设时应采用品字形方式,固定电缆时采用非磁性材料,因此在电气施工中涡流危害的预防尤为重要。
加强电气安全生产的措施,在员工中进行安全宣传,提高员工的自我防护意识,贯彻落实《安全生产法》、《建筑业安全卫生公约》、《电业安全工作规程》等安全法规,遵守安全生产法律、法规和安全技术标准、规范,对员工进行安全教育培训,提高员工的安全意识。在对员工进行教育培训的基础上,对易发生事故的单位进行安全检查,发现问题及时纠正。安全管理单位有关责任人和各安全监督管理机构执法人员要加强对安全生产的监督检查工作,强化安全意识,提高安全管理人员素质。在企业中,认真学习有关安全生产的方针、政策、法规,及时将新的安全技术落实到员工的工作中,增强员工安全意识和安全防护能力。加强安全意识,需要建立健全的安全条例。根据建设系统安全生产事故发生的特点,有目的的对某些事故多发施工项目进行严格的监督,落实电气施工现场的安全防范措施,把施工安全责任制进行层层分解到基层,一层抓一层,层层落实。建立完备的建设工程竣工验收备案制度、监督反馈制度,施工图审查制度,并且接受社会对建筑生产中所存在的安全隐患的举报,通过一系列完备的安全生产措施,确保生产安全进行。对已办理安全监督的建设项目,根据《电业安全工作规程》,要采取定期(每季度、半年检、年检)以及不定期的安全生产检查,监督施工企业的施工安全管理保证体系,严格杜绝一切安全漏洞,监督各项安全生产规章制度的履行情况,落实安全生产的岗位职责,切实做好各法规的落实工作。
3 加强电气施工安全的重要意义
风力发电施工中的电气操作是高危险、事故多发行业,因此,必须做好施工时的安全保障措施。有统计资料显示,电力施工中的各种事故,绝大多数不是由于施工者的技能水平低造成的,而是由于其没有安全意识所造成的,这表明提高员工的安全意识是保障电力生产安全的关键。因此可见,对电气操作人员进行必要的安全教育的必要性和重要性,现在,无论是管理部门的监督管理还是建筑企业的内部管理,都存在着很多问题,这些问题严重阻碍了建筑电气安全工作的发展必须加以改善。各企业必须始终坚持“安全第一,预防为主”的方针,在员工中树立安全意识,着力制定并完善企业的事故防范机制及长效管理机制。以人为本,监管部门要做好自己的本职工作,加强对施工人员的监督,加大行政执法力度,杜绝一切安全隐患的存在,确保生产的安全性,全面加强对建筑施工安全生产的监督和管理工作。每年因为电击伤人甚至致人死亡和损毁电气设备所带来的经济损失数额巨大,因此电气安全问题成为关系到人身安全和设备安全的头等大事,加强电气安全管理。并能够在实际工作中正确使用,确保用电过程中人身及设备安全。
摘要：21世纪,能源缺乏的现象越来越突出,由于缺乏石油、煤炭和天然气,欧洲人不得不一次次卷入争夺中东石油资源的战争。近年来对风能的成功开发,使欧洲人看到了使用绿色能源的希望,而中国也开始了风力发电的步伐,这也是中国的一个绿色希望。
关键词：风力发电,电气施工,理论分析
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风力发电电气施工应注意的问题 篇3
风力发电电气施工的特点是：风电施工环境比较恶劣，相邻风机间距较大。作业范围广，隐蔽工程较多。在整个项目工程的使用功能、竣工后的运行安全可靠程度、投资效益，电气工程有着举足轻重的作用，因此电气工程施工的好坏直接影响工程项目的质量、进度、安全乃至经济效益，尤其是施工中的关键问题，电气工程管理人员应加强管理的各项基础工作及过程控制。
1设计图纸的审核
要全面熟悉设计图纸，努力并善于发现图纸中的问题，把施工图中出现的错误、遗漏问题尽量在图纸阶段消除。把不能施工或难以施工的问题提出或提出处理意见，要求设计部门修改图纸，要同土建、风机设备安装等专业沟通，全面了解设计图纸，以便发现预埋与实际设备是否相符或冲突，设计所提供材料是否与实际一致，设计是否满足施工规范要求。要有预见意识，把问题发现在施工实施前面，便于保证施工质量。
施工方案是保证施工质量的措施，是做好施工前控制的最有效、最基本的方法。要全面了解风电电气专业的总的设计说明，认真编制施工组织设计，施工组织设计要有针对性、可操作性、先进性。要有可靠的组织与技术措施，编制措施时要满足施工的实际需要、完整的质量保证体系，质量保证措施要落实到人、确实可行施工方法及程序。在施工方案中针对重要的分项工程、关键步骤及关键部位要有具体详细的施工措施。施工前针对工程工作程序及施工中存在的危险点进行技术及安全交底，提出对施工的质量要求及预防的质量通病。
2电气施工中的电缆工程
在风电工程中电缆是连接就地变电站的主线，起着汇流和传输电能的作用。每一趟出线单元一般都连接着几台或者十几台风力发电机。由于每台风机间距较远，设计一般采用电缆直埋方式。
因此不能忽视高压电缆的施工质量，施工工艺的处理不当不仅返工而且影响工程的施工进度及经济效益。例如在冬季敷设电缆时，塑料电缆在低温下将变硬，因此在低温下敷设电缆时电缆的塑料绝缘容易受到损伤，所以尽可能避免在低温下施工。如果在冬季施工，电缆存放地点在敷设前24h内的平均温度以及敷设现场的温度低于0℃时，应采取措施将电缆预热才能敷设。
电缆能否安全运行是风电安全运行不可忽视的组成部分，高压电缆头施工工艺要求意识淡薄，使新做电缆头在交接试验和运行一段时间后存在绝缘故障，因此高压电缆头的制作也是不可忽视的问题。
电缆的电压等级越高对电缆头施工质量越高。风电电缆之间的连接一般为2～3个电缆头，如果电缆制作、安装出现交叉，在气候的变化影响下，在交叉处引起放电或爬电现象，最终击穿绝缘，造成接头爆炸。因此高压缆头制作要选用制作时间长的技术熟练的技术工，同时严格按照工艺施工。
3电气施工中的涡流问题
风电工程中发电机引出线设计一般为多根单芯电缆。经预埋于风机基础的电缆管引接至就地变电站。三相或单相的单芯电缆会在电缆周围产生交变的磁场，变化的磁场作用在外保护钢管上，因钢管是一个闭合的载体，会生成感应电流即涡流。涡流会造成大量的电能损耗，引起钢管发热，严重时造成电缆的烧毁。因此敷设电缆时，同一交流回路电缆应穿于同一金属保护管内，电缆敷设时应采用品字形方式，固定电缆时采用非磁性材料，因此在电气施工中涡流危害的预防尤为重要。
4电气施工中的光缆工程
风机的控制、信号的传输都通过光缆予以实现，敷设及制做质量的好坏直接影响施工的进度和投产后风机的正常及长期的运行和以后的维护。敷设前应先进行光缆性能测试以确定光纤特性是否满足要求及在运输过称中是否损坏。在敷设光缆时，光缆的弯曲半径不小于光缆外径的30倍。在牵引时，张力应加在光缆的加强件上，同时敷设时应防止光缆外护层后脱。在敷设过程中和敷设后，要及时检查光缆外皮，如果有破损要及时进行修复，敷设后要检查光缆护层对地绝缘电阻。由于鲁能白云鄂博风场光缆采用直埋方式，因此光缆沟底部应铺10 cm厚的细土或沙土，并且平整无碎石。敷设时，光缆应平放于沟底部，不得腾空和拱起。敷设完毕后，光缆端部必须做严格的密封防潮处理，防止进水或人为损伤。光缆熔接时应剪去一段长度，确保光缆没有受到机械损伤。光缆成端后，软光纤应在醒目部位标明方向和序号，末连接软光纤的接口端部应盖上塑料防尘帽。
防雷及强电措施：光缆线路与强电线路之间保持一定距离，使光缆金属构件的短期和长期危险纵电动势分别不大于12 000 v和60 V，采用厚度为2.0 mm的PE外护套，提高光缆护套的绝缘和耐压强度。采用站内接地方式，在塔架内将光缆中的金属体包括铠装层、加强件及防潮层与地网可靠相接，接地电阻小于5Ω。
5接地降阻问题
兆瓦级的风力发电机一般距地面60 m～100 m，而且地广人稀，无高大建筑。特别要注意防止雷电危害，风机装有避雷装置，为保证安全运行，风机电气设备及旋转部分都采用接地设计。为保证雷击和各种故障电流能够顺利的泄于大地，风机接地电阻是至关重要的。接地体的流散电阻与土壤电阻率有直接的关系，在风电设计中对风机接地的接地电阻值有明确的规定。
鲁能白云风电场土壤电阻率较大，必须采取降低土壤电阻率的措施，使电阻值满足设计要求。设计选用石墨降阻剂。可将金属紧密地接触，形成足够大的电流导通面减少了接地电阻，同时在接地体周围形成变化平缓的低电阻区域。接地极及接地干线质量的好坏也影响接地电阻，在制作时要严格安装设计图纸和电气装置安装工程施工及验收规范，经验收后方可进行F步工序。
在实际施工中，根据现场实际情况，对电气施工项目采取有效施工工艺措施，保证电气施工质量，最终才能达到风力发电机组安全、稳定、高效、经济运行。
风力发电机组总体设计 篇4
一、气动布局方案
包括对各类构形、型式和气动布局方案的比较和选择、模型吹风，性能及其他气动特性的初步计算，确定整机和各部件（系统）主要参数，各部件相对位置等。最后，绘制整机三面图，并提交有关的分析计算报告。
二、整机总体布置方案
包括整机各部件、各系统、附件和设备等布置。此时要求考虑布置得合理、协调、紧凑，保证正常工作和便于维护等要求，并考虑有效合理的重心位置。最后绘制整机总体布置图，并编写有关报告和说明书。
三、整机总体结构方案
包括对整机结构承力件的布置，传力路线的分析，主要承力构件的承力型式分析，设计分离面和对接型式的选择，和各种结构材料的选择等。整机总体结构方案可结合总体布置一起进行，并在整机总体布置图上加以反映，也可绘制一些附加的图纸。需要有相应的报告和技术说明。
四、各部件和系统的方案
应包括对各部件和系统的要求、组成、原理分析、结构型式、参数及附件的选择等工作。最后，应绘制有关部件的理论图和有关系统的原理图，并编写有关的报告和技术说明。
五、整机重量计算、重量分配和重心定位
包括整机总重量的确定、各部分重量的确定、重心和惯量计算等工作。最后应提交有关重量和重心等计算报告，并绘制重心定位图。
六、配套附件
整机配套附件和备件等设备的选择和确定，新材料和新工艺的选择，对新研制的部件要确定技术要求和协作关系。最后提交协作及采购清单等有关文件。总体设计阶段将解决全局性的重大问题，必须精心和慎重地进行，要尽可能充分利用已有的经验，以求总体设计阶段中的重大决策建立在可靠的理论分析和试验基础上，避免以后出现不应有重大反复。阶段的结果是应给出风力发电机组整机三面图，整机总体布置图，重心定位图，整机重量和重心计算报告，性能计算报告，初步的外负载计算报告，整机结构承力初步分析报告，各部件和系统的初步技术要求，部件理论图，系统原理图，新工艺、新材料等协作要求和采购清单等，以及其他有关经济性和使用性能等应有明确文件。
2．总体参数
在风轮气动设计前必须先确定下列总体参数。
一、风轮叶片数B
一般风轮叶片数取决于风轮的尖速比λ。目前用于风力发电一般属于高速风力发电机组，即λ＝4-7 左右，叶片数一般取 2—3。用于风力提水的风力机一般属于低速风力机，叶片数较多。叶片数多的风力机在低尖速比运行时有较低的风能利用系数，即有较大的转矩，而且起动风速亦低，因此适用于提水。而叶片数少的风力发电机组的高尖速比运行时有较高的风能利用系数，且起动风速较高。另外，叶片数目确定应与实度一起考虑，既要考虑风能
利用系数，也要考虑起动性能，总之要达到最多的发电量为目标。由于三叶片的风力发电机的运行和输出功率较平稳，目前风力发电机采用三叶片的较多。
二、风轮直径D
风轮直径可用下行公式进行估算
P1CpV13D2120.49Cp12V13D2 2
4式中 P—风力发电机组设计（额定）风况输出电功率（kW）：
ρ—空气密度，一般取标准大气状态；（kg/m3）
V1—设计风速（风轮中心高度）（m / s）：
D—风轮直径（m）：
η1—发电机效率：
η2—传动效率：
Cp— 风能利用系数。在计算时，一般应取额定风速下的Cp值。
三、设计风速V
1风轮设计风速（又称额定风速）是一个非常重要的参数，直接影响到风力发电机组的尺寸和成本。设计风速取决于安装风力发电机组地区的风能资源。风能资源既要考虑到平均风速的大小，又要考虑风速的频度。
知道了平均风速和频度，就可以确定风速V1的大小，如可以按全年获得最大能量为原则来确定设计风速。也有人提出以单位投资获得最大能量为原则来选取设计风速。
四、尖速比λ
风轮的尖速比是风轮的叶尖速度和设计风速之比。尖速比是风力发电机组的一个重要设计参数，通常在风力发电机组总体设计时提出。首先，尖速比与风轮效率是密切相关的，只要风力发电机没有超速，运转处于较高尖速比状态下的风力发电机，风轮就具有较高的效率。对于特定的风轮，其尖速比不是随意而定的，它是根据风力发电机组的类型、叶尖的形状和电机传动系统的参数来确定的。不同的尖速比意味所选用或设计的风轮实度具有不同的数值。设计要求的尖速比，是指在此尖速比上，所有的空气动力学参数接近于它们的最佳值，以及风轮效率达到最大值。
在同样直径下，高速风力发电机组比低速风力发电机组成本要低，由阵风引起的动负载影响亦要小一些。另外，高速风力发电机组运行时的轴向推力比静止时大。高速风力发电机组的起动转矩小，起动风速大，因此要求选择最佳的弦长和扭角分布。如果采用变桨距的风轮叶片，那么在风轮起动时，变距角要调节到较大值，随着风轮转速的增加逐渐减小。当确定了风力发电机组尖速比范围之后，要根据风轮设计风速和发电机转速来选择齿轮箱传动比，最后再用公式λ=Rω/V 进行尖速比的计算，确定其设计参数。
五、实度σ。
风轮的实度是指风轮的叶片面积之和与风轮扫掠面积之比。实度是和尖速比密切相关的另一个重要设计参数。对风力提水机，因为需要转矩大，因此风轮实度取得大；对风力发电机，因为要求转速高，因此风轮实度取得小。自起动风力发电机组的实度是由预定的起动风速来决定的，起动风速小，要求实度大。通常风力发电机组实度大致在5%~20%这一范围。
实度的大小的确定要考虑以下两个重要因素：（1）风轮的力矩特性，特别是起动力矩；
（2）风轮的转动惯用量及电机传动系统特性决定。
六、翼型及其升阻比
翼型的选取对风力发电机组的效率十分重要。翼型的升力 / 阻力比（L / D）值愈高则风力发电机组的效率愈高。同时要考虑翼型的失速特性，避免由于失速而产生的瞬间抖动现象。
七、其他
（一）风轮中心离地高度。是指风轮中心离安装处地面高度。
（二）风轮锥角。风轮锥角是叶片相对于和旋转轴垂直平面的倾斜度。锥角的作用是：在风轮运行状态下离心力起卸荷作用，以减少气动力引起的叶片弯曲应力和防止叶片梢部与塔架碰撞。
风力发电机组控制系统设计任务书 篇5
毕业设计(论文)任务书
毕业设计(论文)题目：1.5MW双馈风力发电机组控制系统设计
系别自控系班级电自091学生姓名贾立鹏学号20093331
31指导教师王森职称助教毕业设计(论文)进行地点：图书馆 F-520任 务 下 达 时 间： 2011年 2 月28 日
起止日期：2011 年 2 月28 日起—至 2011年 6 月 17 日止
教研室主任年月日批准
一、设计任务
发展和利用风能是国际的大趋势，风力发电产业已成为一个朝阳产业。风力发电机组控制系统是实现风力发电系统有效经济运行的关键部分，很大程度上决定了风力发电机组的性能。近年来，国家采用三叶片、定桨距、失速型、双速发电机的风力发电机组进行研究并掌握了总装技术和关键部件叶片、电控、发电机、齿轮箱等的设计制造技术，并初步掌握了总体的设计技术。本课题的主要任务是对1.5Mw风力发电机组的变速恒频控制单元的设计来实现发电机组大范围内调节运行转速，来适应风速变化而引起的风力机功率的变化，从而最大限度的吸收风能，提高效率。具体有如下要求:
1.风力发电机组的并网时必须与电网相序一致，电压标称值相等，三相电压平衡。
2.风力发电机组应具有宽广的调速运行范围，来适应因风速变化而引起的风力机功率的变化，进而最大限度的吸收风能，从而提高效率。控制要灵活，可以较好的调节有功功率和无功功率。
3.风力发电机组应在整个运行范围内，具有高的效率，更好的提供电能。另外还要求风力发电机组可靠性好，能够在较恶劣的环境下长期工作，结构简单可大批量生产，运行时噪声低，使用维修方便，价格便宜等。
4.具体指标如下表
二、设计（论文）主要内容及要求
本课题主要任务是完成双馈风力发电机组的控制系统的设计，并且详细的介绍风力发电机组各个控制部分原理，功能及其在整个风力发电控制系统中的作用。
1.确定风力发电机组控制系统总体方案 查阅相关资料，确定控制系统设计方案。2.风力发电机组控制系统关键系统的设计
双馈式风力发电机系统的设计、风力发电系统变桨系统的设计、风力发电机组变速恒频系统的设计和风力发电机组并网技术的设计。
3.风力发电机组控制系统软件设计 完成系统软件的整体结构框图及详细说明。4风力发电机组低压运行部分设计 5.撰写毕业设计论文
内容包括：中英文摘要（中文摘要一般400字左右）、关键词（一般为3～5个）、目录、引言（前言、绪论、序言）、正文（字数10000字以上）、结论、致谢、参考文献、附录、有关图纸。其具体要求见《毕业设计（论文）撰写规范》。
三、课题完成后应提交的成果
毕业设计论文、控制系统原理图、控制流程图等与其它毕业设计资料一起装订后装在学校统一印制的“沈阳工程学院毕业设计资料袋”中，其装订顺序见《毕业设计（论文）撰写规范》。
四、时间进度安排
五、主要参考资料（文献）：
[1]李建林,许洪华.风力发电中的电力电子变流技术：机械工业出版社.2008 [2]李建华,许洪华.风力发电系统低电压运行技术：机械工业出版社..2006 [3]郑源,张德虎.风力发电机组控制技术：中国水利水电出版社.2009 [4]王承煦,张源.风力发电：中国电力出版社.2006
发电厂电气部分设计题目 篇6
题目1：200MW地区凝汽式火力发电厂电气部分设计 原始资料
1、设计原始资料：
1）某地区根据电力系统的发展规划，拟在该地区新建一座装机容量为200MW的凝汽式火力发电厂，发电厂安装2台50MW机组，1台100MW机组，发电机端电压为10.5KV,电厂建成後以10KV电压供给本地区负荷，其中有机械厂、钢厂、棉纺厂等，最大负荷48MW,最小负荷为24MW，最大负荷利用小时数为4200小时，全部用电缆供电，每回负荷不等，但平均在4MW左右，送电距离为3-6KM，并以110KV电压供给附近的化肥厂和煤矿用电，其最大负荷为58MW,最小负荷为32MW，最大负荷利用小时数为4500小时，要求剩余功率全部送入220KV系统，负荷中Ⅰ类负荷比例为30%，Ⅱ类负荷为40%，Ⅲ类负荷为30%。2）计划安装两台50MW的汽轮发电机组，型号为QFQ-50-2，功率因数为0.8，安装顺序为#
1、#2机；安装一台100MW的起轮发电机组，型号为TQN-100-2，功率因数为0.85，安装顺序为#3机；厂用电率为6%，机组年利用小时Tmax=5800。1）发电厂电气主接线的设计； 2）短路电流计算； 3）主要电气设备选择；
题目2 原始资料：某电厂（水电）装机SFW-3*30MW Vn=10.5KV COS§=0.8（功率因数角），设年利用小时数4100h/a.电站以两回110KV电压等级输电线路送入80KM外系统（无近区负荷）试设计电气主接线。
题目3 1）解放村水库电站是一座以灌溉为主，兼顾发电的季节性电站，冬、春季有三个多月因水库不放水或放水量少，电站停止运行不发电。电站设计容量为三台立式机组，总装机 2000KW（2 × 800KW+1 × 400KW），装机年利用小时为 3760h，多年平均发电量为 752 万 KW.h。根据金塔县的用电负荷情况，该电站距城南变电所较近，因此，除厂用电外全部电能就近送至城南 35KV 变电所联入系统。
（2）电站接入电力系统方式为电站出两回 35KV 线路接到现有的“鸳城”线上。导线型号 LGJ-50，两回线路分别长 0.5KM。接线图见示意图一。
（3）电力系统在电站 6.3KV 母线上的短路容量按照接入系统设计为 38.33MVA ；在电站 35KV 母线上短路容量为 71.37MVA.（5）气象资料：根据金塔县气象台站资料，多年平均气温为 6 ℃。年最高气温 38.6 ℃，最低气温-29 ℃，多年平均降水量 59.9mm，最大冻土深度为 141cm。
题目4 某发电厂中发电机—变压器单元接线的升压变压器为三相三绕组自耦变压器，其相关数据如下：额定容量为240/240/120MVA，额定电压为242/121/15.75kV，额定短路损耗为p1-2420kW、p1-3345kW、p2-3350kW，额定空载损耗为p0130kW。
计算各绕组在以下2种运行方式中的负荷（设各侧负荷功率因数相等）① 110kV侧断开，发电机向220kV系统输送100MVA功率； ② 220kV侧断开，发电机向110kV系统输送100MVA功率；
题目5某发电厂中发电机—变压器单元接线的升压变压器为三相三绕组自耦变压器，其相关数据如下：额定容量为240/240/120MVA，额定电压为242/121/15.75kV，额定短路损耗为p1-Wp1-3345kW、2420k、p2-3350kW，额定空载损耗为p0130kW。
计算各绕组在以下2种运行方式中的负荷（设各侧负荷功率因数相等）③
发电机和110kV系统各向220kV系统输送100MVA功率；
④ 发电机和220kV系统各向110kV系统输送100MVA功率；
题目6 设计一110/35/10KV中心变电所电气一次部分主接线。
题目7 试设计某工厂35KV总降压变电所电气主接线，工厂附有6个车间，其中一车间P=520KW，Q=248KVAR，二车间P=400KW，Q=150KVAR，三车间P=688KW，Q=248KVAR，四车间P=630KW，Q=300KVAR，五车间P=426KW，Q=129KVAR，六车间P=680KW，Q=198KVAR，其中四、六车间为二级负荷，其余车间为3级负荷。
题目8：某地区新建一座火电厂，有3台50MW的发电机，功率因素为0.8，发电机电压10.5KV侧有20回电缆馈线，其最大综合负荷为52MW，最小为38MW，厂用电率为10%，高压侧为110KV有4回与电力系统相连。试确定发电厂的主接线图并选择电气设备。
题目9：某地区220KV的变电站，装有2台120ＭＷ的主变压器，２２０KV侧有6回进线，110ＫＶ侧有１２回出线。１０ＫＶ有２０回出线，均为重要用户，不允许停电检修本所断路器，试确定主接线图并选择电气设备。
题目１０：
农用风力发电机叶片设计 篇7
对于我国农村地区, 由于电力负荷分散密度较低, 致使输送线路电能浪费。又因为干旱季节、农忙时节用电量大, 其他时间用电量小, 这样很难对电网资源进行有效配置, 因此常规大电网不适于农业用电。小型农用风力发电机结构简单、成本低、安装维护方便, 而且保护环境, 有利于国家的可持续发展, 因此, 采用独立供电系统的小型风力发电机能够有效地解决农业用电问题。小型风力发电机分为水平轴和垂直轴两种类型, 相对水平轴风力机, 垂直轴风力机安装、维护方便, 成本也低, 更适合于农户使用。其中, 风力机叶片是风力发电机组最为关键的部分, 叶片的翼型和结构形式, 直接影响了发电机组的性能、功率和使用寿命。本文基于风力机叶片翼型的几何参数及空气动力学特性, 进行叶片设计及三维建模。本文选择NACA-0018翼型, 为普通家庭用户提供电力, 拟用300W永磁直驱式小型风力发电机组叶片, 实现220V家用电器的电力供给[1,2,3]。
2 叶片设计的基本概念
翼型是组成风力发电机叶片的基本, 发电机翼型的气动特性对风力机的性能起着决定性作用。翼型的主要气动参数主要包括阻力、升力、升阻比、力矩、升阻比、升力系数、力矩系数、阻力系数、压力中心等[4]。翼型的主要气动几何参数包括翼型的前后缘、弦长、攻角、最大厚度、升力系数角等[5,6], 如图1所示。
3 风力发电机叶片设计
根据经验公式, 风轮输出功率的最大值为N
式中, Ne为风轮最大输出功率, W或k W;S为叶片扫掠面积, m2;V为自由来流风速, m/s。
根据经验, 扫掠面积又可以表达为
式中, R、H分别为风轮的半径和高, 得到R、H的关系后, 与其他风力机比对, 可初步确定R、H的数值。风轮半径R的确定:
尖速比λ的确定:
叶片各处的尖速比:
式中:λi表示距转动中心不同半径的尖速比;ri表示叶片至转动中心不同位置的半径;R表示叶片最大转动半径。
叶片弦长L
式中, L表示叶片弦长;K表示叶片数。
叶片距转动中心不同位置的半径的弦长Li
式中, Li表示叶片距转动中心不同半径的弦长, m;ri表示叶片距转动中心不同半径的半径, m。
增速比i的确定:
式中, nD表示发电机额定转速, r/min;n表示风轮额定转速, r/min;
叶片不同半径处的尖速比λi
D=1.75时, λ=2.28, 即R=0.875m时, 不同半径Ri时尖速比:
叶片不同半径处的弦长Li:
计算得到风轮主要气动几何参数:自然来流风速V, 10m/s;叶片翼型高度h, 1.2m;最大输出功率Ne, 300W;风轮扫略面积S, 1.2m2;风轮密实度ρ:0.08;风轮最大半径R:0.875m;风轮高度H:0.52m;风轮叶片数B:4;风轮尖速比λ:2.28;风轮转速n:250r/min;叶片翼型弦长L:210mm。
采用NACA0018翼型, 风轮直径1.2m, 四叶片H型升力型垂直轴风力机, 选用叶尖速比λ=2.28, 翼型弦长C=210mm, 获得风能最佳风能利用率。支持翼材料应用瓦楞状薄钢板, 材料是普通碳素钢, 叶片材料应用蜂窝状玻璃钢, 主轴采用45号钢。
4 三维建模
利用Solidworks进行三维实体建模。通过建立二维草图, 确定风轮的中心转轴, 绘制平衡锤和离心锤, 得到垂直轴风机叶片的立体结构, 如图2所示。
5 结论
风力发电机有效地解决了农业用电问题, 叶片为风力机的重要元件。本文根据风力发电机叶片设计理论及风能情况, 设计了风力发电机叶片, 为农用风力发电机的应用提供了技术参考。
参考文献
[1]鲁南.新能源概论[M].北京:中国农业出版社, 1995.
[2]李先允, 陈小虎, 唐国庆.大型风力发电厂等值建模研究综述[J].华北电力大学学报, 2006, 33 (1) :42.
[3]王亚荣, 邵联合.风力发电与机组系统[M].北京:化学工业出版社, 2013.
[4]宋芳芳.小型风力发电机叶片设计及仿真分析[D].浙江大学, 2012.
[5]詹姆斯·曼韦尔, 乔恩?麦高恩.风能利用——理论、设计和应用[M].西安交通大学出版社, 2013.
风力发电电气课程设计 篇8
关键词 风力发电;柔性连接;发电机支承
中图分类号 TM 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2010)082-0111-01
世界能源危机逐步加剧和能源结构的转变,风能作为一种可再生清洁能源,其优越性已被广泛认可。世界风力发电五强国已将风能视为与化学能、核能同等地位的能源种类。在未来几年内风力发电会有较大的发展,国内对风电各项相关技术的研究也必将有长足进步。随着风电技术的不断发展,风力机功率不断增大,为了从风中吸取更多的能量,必须将各个部分设计得足够大,这对风机的各方面性能提出了更高的要求。风力机各部分的不断增大就使风力发电机组的振动被放大,而振动是影响风力发电机组安全工作和使用寿命的重要因素之一。发电机则是风电机组振动的主要来源,所以如何降低发电机振动对整个机组造成不良的影响是非常重要的。
1 普通风力发电机的减振形式
目前风电发电机组上对于发电机的减振大多数都是采用弹性座脚来实现的(如图1所示)。
图1 弹性座脚
在发电机的四个底脚处分别放置四个专门设计的弹性座脚,使发电机固定在座脚上,然后将弹性座脚固定在发电机支架上。
根据专业的设计弹性座脚可以消减发电机产生的70%～80%的振动,但对于冲击载荷和超过弹性座脚能承受的最大振幅还是会传到发电机支承上。
2 本风力发电机组的减振形式
本风力发电机组是带增速器的大型风力发电机组,为了能够减少增速器振动对整机的影响,传动链上的增速器均采用柔性连接。而且增速器采用悬挂加减振套的形式与主机架相连,这样最大程度减小了增速器振动对风力发电机组安全运行的影响。
除了以上增速器的振动,发电机是风电机组另一个重要的振源。一般的风电机组是用弹性座脚将发电机与发电机支承相连接的,虽然弹性座脚可以消除大部分的振动但由于发电机支承与主机架是刚性连接所以由发电机引起的振动还是能够传到风电机组上的。
为了能够较好的减小发电机引起的振动对风电机组造成的危害,本风电机组还采用了发电机二次减振的结构设计。图2为本风电机组发电机支承结构图,从图中可以看到发电机支承采用的是框架结构,这种结构既减轻了机体的重量又可以保证要求的强度。
此外为了达到二次减振的目的,发电机支承架与主机架是采用螺栓连接的形式(如图3所示)。螺栓相对于联接件而言具有柔性,而联接件应该是刚性的。因为柔性变形量大,吸收能量的作用强,有利于承受循环载荷时减低变应力的应力幅,提高疲劳强度,也有利于承受冲击作用。被连接的构件能弹性地整体工作,抗疲劳能力强,适应于承受动力荷载的结构及需保证连接变形小的结构。
由于本风电机组的发电机重达10.6t,这就要求发电机支承与主机架的连接除了要有柔性外,还要有足够的刚度。螺栓连接紧密,不易松动。拧到预紧力后,在动荷载的长期作用下也不会松动受力性能好,耐疲劳强度高。高强度螺栓联接由于作用力由构件接触面间所产生的摩擦力来传递.故螺栓孔附近应力集中程度比较小.而且由于螺栓拉力所引起的压力有效地出现在孔眼附近,使孔边的应力甚至会小于计算的平均应力。
图2 发电机支承
图3 发电机支承与主机架连接
3 螺栓连接的受力情况
多数情况下螺栓都是成组使用的,设计时,是根据被联接件的结构和联接件的载荷来确定联接的传力方式、螺栓的数目和布置。一般来说。拧紧力矩是通过拧紧扳手来施加的,而拧紧扳手力矩T1是用于克服螺纹副的螺纹阻力矩Tl及螺母和与被连接件(或垫圈)支承面间的端面摩擦力矩T2。
T=T1+T2=F0tan(ψ+Pv)kF0d
式中:d—螺紋公称直径,mm;
F0—预紧力,N;
K—拧紧力矩系数;
T—拧紧力矩;
其中,K=tan(ψ+Pv)
式中:d2—螺纹中径,mm;
ω—螺纹升角;
Pv—螺纹当量摩擦角;
μ—螺母与被连接件的支撑面的摩擦因数;
Dw—与支撑平面连接的螺母或垫圈的直径;
d0—螺纹外径。
因此,在确定螺栓大小的情况下。螺栓的轴向预紧力正比予拧紧力矩的大小,其比例系数就是拧紧力矩系数k,k的取值较为复杂,很难得到其正确值,此数据由高强度螺栓制造商提供,或在安装前实验得到。通常k=0.11～0.15。
4 总结
从现阶段看,焊接和螺栓连接是钢结构材料和构件连接的两种主要形式。焊接形式结构的刚度比较好可以承载较大的载荷,但柔性较差属于刚性连接。通过对螺栓连接受力情况的分析,在螺栓材料和大小选择合适,预紧力计算合理的情况下,螺栓连接完全可以代替焊接承受发电机的载荷。而且螺栓连接的被连接板件按弹性体受力,使发电机支撑架与主机架之间成为弹性连接。这样就达到了对发电机振动的二次减振的效果,为风力发电机组长期可靠的工作奠定了基础。
参考文献
[1]孙永岗.风力发电机组螺纹联接的探讨[J].工程与技术,2009,4:311-316.
[2]靳建顺,刘春峰等.高强度螺栓联接分析和计算[J].煤矿机械,2009,9(30):28-33.
[3]严统迅.起重机高强度螺栓的应用[J].特种设备安全技术,2009,4:19-20.
风力发电简介（定稿） 篇9
风力发电简介
风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。其蕴量巨大，全球的风能约为2.74×109MW，其中可利用的风能为2×107MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。风很早就被人们利用--主要是通过风车来抽水、磨面等，而现在，人们感兴趣的是如何利用风来发电。
风是一种潜力很大的新能源，人们也许还记得，十八世纪初，横扫英法两国的一次狂风力发电图暴大风，吹毁了四百座风力磨坊、八百座房屋、一百座教堂、四百多条帆船，并有数千人受到伤害，二十五万株大树连根拔起。仅就拔树一事而论，风[1]在数秒钟内就发出了一千万马力(即750万千瓦;一马力等于0.75千瓦)的功率!有人估计过，地球上可用来发电的风力资源约有100亿千瓦，几乎是现在全世界水力发电量的10倍。目前全世界每年燃烧煤所获得的能量，只有风力在一年内所提供能量的三分之一。因此，国内外都很重视利用风力来发电，开发新能源。
利用风力发电的尝试，早在本世纪初就已经开始了。三十年代，丹麦、瑞典、苏联和美国应用航空工业的旋翼技术，成功地研制了一些小型风力发电装置。这种小型风力发电机，广泛在多风的海岛和偏僻的乡村使用，它所获得的电力成本比小型内燃机的发电成本低得多。不过，当时的发电量较低，大都在5千瓦以下。
目前，据了解，国外已生产出15，40，45，100，225千瓦的风力发电机了。1978年1月，美国在新墨西哥州的克莱顿镇建成的200千瓦风力发电机，其叶片直径为38米，发电量足够60户居民用电。而1978年初夏，在丹麦日德兰半岛西海岸投入运行的风力发电装置，其发电量则达2000千瓦，风车高57米，所发电量的75%送入电网，其余供给附近的一所学校用。
1979年上半年，美国在北卡罗来纳州的蓝岭山，又建成了一座世界上最大的发电用的风车。这个风车有十层楼高，风车钢叶片的直径60米;叶片安装在一个塔型建筑物上，因此风车可自由转动并从任何一个方向获得电力;风力时速在38公里以上时，发电能力也可达2000千瓦。由于这个丘陵地区的平均风力时速只有29公里，因此风车不能全部运动。据估计，即使全年只有一半时间运转，它就能够满足北卡罗来纳州七个县1%到2%的用电需要。
风力发电机组的功率控制设计 篇10
根据风能转换的原理, 风力发电机组的功率输出主要取决于风速, 但除此之外, 气压、气温和气流等因素影响其功率输出。因为定桨距叶片的功率曲线是在标准大气状态下测出的。当气压与气温变化时, 空气密度会随之变化, 所谓风机的功率曲线, 就是风力发电机组输出功率随风速变化的关系曲线。对于风力发电机组安装现场来说, 自然风风速和风向的不确定性, 特别是海岛山区地带, 山形变化急剧且无规律, 风况极为复杂。国际能源署 (IEA) 规定, 测风仪应装于风力发电机前, 距离为2～8倍风轮直径, 高度与轮毂相同。如果按此规定建立测风塔, 由于紊流、湍流和风向迂回的综合作用, 以及测量点和风机之间出现平均值时间误差, 极可能导致测风塔得到的风数据与风轮所接受的真正来风不一致, 测量绘制的功率曲线严重失真。所以, 以常规办法较准确地现场测绘功率曲线, 并以此考核机组性能是极为困难的。如何利用风力发电机自身测绘的功率曲线进行修正, 并作为评价机组性能的依据, 是本文要探讨的中心内容。
功率控制系统如图1所示, 由两个控制环组成。外环通过测量转速产生功率参考曲线。参考功率的百分比的形式给出, 在点画线限制的范围内, 功率给定的曲线是可变的。内环是一个功率伺服环, 通过转子电流控制器对电机转差率进行控制, 使发电机功率跟踪功率给定值, 这一控制环将通过改变转差率, 进而改变桨叶节距角, 使风轮获得最大功率。如果功率参考值是恒定的, 电流参考值也是恒定的[3,4]。
2 风力发电机自身测绘的功率曲线偏差
一般上风向的水平轴风力发电机的机舱尾部都装有风速计, 风力发电机在运行过程中, 计算机根据这个风速计及其相对应的输出功率的动态采样, 自动绘制生成该机组的功率曲线。但是, 风力发电机上安装的风速计测得的风速是来风在风轮上做功后气流流速降低的风速, 所以用尾流风速绘制的功率曲线存在较大偏差。风通过风轮后风速降低是因为来风损失了动能而风轮获得了机械能, 根据能量守恒定律, 计算功率系数。
2.1风能的计算
由流体力学可知, 气流的动能为
式中:m为气体的质量;V为气体的速度。
设单位时间内气体流过截面积为S的气体的体积为V, 则
如果以ρ表示空气密度, 该气体的空气质量为
即这时气体所具有的动能E为E=1/2Sv3。由于风能与风速的三次方成正比, 所以风速的微小偏差会造成功率的很大偏差。如果不加修正就用风力发电机上风速计测得的风速进行功率分析, 那么得到的功率曲线一定比实际情况好得多。现举例说明。某台额定输出功率Pr=750 kW, 额定风速vr=15 m/s的水平轴定浆距风力发电机, 其风轮前后风速的变化和瞬时能量转换用流线表示。根据贝茨 (Bets) 理论, 各参数存在下列关系:Betz理论的引出, 要想获得风能, 通过对空气的迟滞转换成风机转子的机械能, 再通过发电机转换成电能。然而风轮并不能把风功率完全吸收, 即若流过流面的空气被完全阻滞, 则对后续的来流形成“堵塞”, 这样得不到功率[5]。若对流过流面的风不加任何阻滞, 当然也同样得不到功率。因此必须在这两种极端情况之间, 选择一个最佳状态, 通过阻滞风速获得风能。所提取的能量既为流入能量减去流出的能量
所提取的功率为对方程2边求导
可见, 可取得的功率为风功率乘以功率系数Cp.功率系数取决于风速比
即当V2/V1=1/3时, Cp最大, 即
功率系数Cp随风轮下游风速V2与风机上游风速V1之比的变化曲线如图2所示。
由此可见, 通过一个理想风机可提取约60%的风含功率。在此, 风轮面的风速为2/3V1, 远离其后的风速为1/3V1。以上结论是在理想情况下得到的, 由于其他损失考虑到实际情况, 能够得到的实际效率要比理想的情况小。
2.2功率曲线的修正方法
图3为风力发电机气流流动过程。风力发电机的功率系数Cp随风速变化的关系如图4 (a) 所示, 与上面公式可计算出每一来风风速v1所对应的v2和v′值, 并绘制它们的关系曲线 (如图4 (b) 所示) 。
注:V1为风轮前远方风速 ;V2为风轮后远方风速 ;V′为气流通过风轮时的风速;A-风轮扫风面积;A1为风轮前扫风面积;A2为风轮后扫风面积
这种风力发电机的风速计装在机舱上, 距离风轮后面约5 m, 因低速气流中的空气可认为是不可压缩的物质, 根据质量守恒定律, 在能量转换过程中, 进、出气流量应该相等, 气流经风轮后通流面积增大, 速度逐渐减小。因此, 风速计上测得风速v1, 既不是后远方的风速, 也不是风轮处的风速, 其值必定在v′值与v2值之间。利用v1和v2的对应关系, 很容易从风力发电机的计算机自身绘制的功率曲线上, 求得修正后的实际功率曲线 (见图5) 。
2.3空气密度修正
风力发电机的输出功率与空气密度成正比, 在现场进行功率测量和计算时, 必须安装大气压力和温度传感器, 对大气压力和温度的10 min平均值作连续记录。每个功率平均值均可根据与大气压力、大气温度相关的空气密度状况来修正[7,8], 也就是说, 为了比较, 要把所得到的功率曲线换算为在标准条件下的功率曲线。在标准条件下, 空气密度ρ0=1.225 kg/m3, 温度T0=288.15 K, 压力ρ0=101.33 kPa。
测量点的空气密度ρ和换算到标准条件下的功率P0为
式中:T为现场测得的大气温度;p为现场轮毂高度处测得的大气压力。
经过第二次修正得到的功率曲线, 其精确度和可比性得到进一步提高。
3 结 语
制定风力发电机组功率曲线的测绘方法, 应因地制宜, 根据不同的风电场选择具体的方法。对地形复杂, 风况多变的海岛风电场, 笔者建议:选择合理的机位, 对机组计算机自身绘制的功率曲线, 通过理论计算进行修正, 并将其应用在风力发电机现场性能考核上, 即用该曲线与合同规定的标准功率曲线进行对比, 合理评价机组的实际性能。
参考文献
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