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風力發電原理分析圖篇一

風力發電的原理，是利用風力帶動風車葉片旋轉，再透過增速機將旋轉的速度提升，來促使發電機發電。依據目前的風車技術，大約是每秒三公尺的微風速度（微風的程度），便可以開始發電。

風力發電正在世界上形成一股熱潮，為風力發電沒有燃料問題，也不會產生輻射或空氣污染。風力發電在芬蘭、丹麥等國家很流行；我國也在西部地區大力提倡。小型風力發電系統效率很高，但它不是只由一個發電機頭組成的，而是一個有一定科技含量的小系統：風力發電機＋充電器＋數字逆變器。風力發電機由機頭、轉體、尾翼、葉片組成。每一部分都很重要，各部分功能為：葉片用來接受風力并通過機頭轉為電能；尾翼使葉片始終對著來風的方向從而獲得最大的風能；轉體能使機頭靈活地轉動以實現尾翼調整方向的功能；機頭的轉子是永磁體，定子繞組切割磁力線產生電能。

風力發電機因風量不穩定，故其輸出的是13～25v變化的交流電，須經充電器整流，再對蓄電瓶充電，使風力發電機產生的電能變成化學能。然后用有保護電路的逆變電源，把電瓶里的化學能轉變成交流220v市電，才能保證穩定使用。

通常人們認為，風力發電的功率完全由風力發電機的功率決定，總想選購大一點的風力發電機，而這是不正確的。目前的風力發電機只是給電瓶充電，而由電瓶把電能貯存起來，人們最終使用電功率的大小與電瓶大小有更密切的關系。功率的大小更主要取決于風量的大小，而不僅是機頭功率的大小。在內地，小的風力發電機會比大的更合適。因為它更容易被小風量帶動而發電，持續不斷的小風，會比一時狂風更能供給較大的能量。當無風時人們還可以正常使用風力帶來的電能，也就是說一臺200w風力發電機也可以通過大電瓶與逆變器的配合使用，獲得500w甚至1000w乃至更大的功率出。

使用風力發電機，就是源源不斷地把風能變成我們家庭使用的標準市電，其節約的程度是明顯的，一個家庭一年的用電只需20元電瓶液的代價。而現在的風力發電機比幾年前的性能有很大改進，以前只是在少數邊遠地區使用，風力發電機接一個15w的燈泡直接用電，一明一暗并會經常損壞燈泡。而現在由于技術進步，采用先進的充電器、逆變器，風力發電成為有一定科技含量的小系統，并能在一定條件下代替正常的市電。山區可以借此系統做一個常年不花錢的路燈；高速公路可用它做夜晚的路標燈；山區的孩子可以在日光燈下晚自習；城市小高層樓頂也可用風力電機，這不但節約而且是真正綠色電源。家庭用風力發電機，不但可以防止停電，而且還能增加生活情趣。在旅游景區、邊防、學校、部隊乃至落后的山區，風力發電機正在成為人們的采購熱點。無線電愛好者可用自己的技術在風力發電方面為山區人民服務，使人們看電視及照明用電與城市同步，也能使自己勞動致富。風力發電機/圖片/風力發電機/圖片/

風力發電原理分析圖篇二

中等職業學校風力發電教學大綱

課程編號:?978-7-111-35345-4?

課程名稱：?風力發電原理?

總 學 時：?64?

先修課程：?風力發電基礎，電子電工技術，電力電子?

一、課程性質、目的和任務

本課程是風能與動力工程專業學生的重要專業課。通過本課程學習使學生了解國內外風力發電的發展趨勢，掌握風力發電的基本原理，風力發電機組的基本結構及各部分的特性，了解風能資源的基本情況及評估方法，熟悉風電場選址、運行、維護的基本概念和技術，為學習后繼課程以及從事本專業工程技術工作提供必要的理論基礎。

二、教學要求和內容

?基本要求?：深刻理解、掌握風力發電的基本原理，熟悉風力發電機風輪、發電機、齒輪箱、塔架、輔助裝置等各部件的基本結構，參數指標。了解風資源的分布和評估技術，為進行風電場的選址和管理打下初步基礎。熟練掌握風電場的運行、維護、并網控制和安全系統知識，為從事風電場工作奠定理論基礎。

?基本內容?：本課程主要內容為緒論（風力發電的發展歷史、機組結構，國內外的發展趨勢）；風能及其轉換原理（風的種類及其特性，風的測量及其評估，風能資源的評估及風電場選址概述，風能轉換的基本原理，風力機的特性）；風力發電機組的結構（水平軸風電機組的概述，風輪的結構，風電機組傳動系統，機艙、主機架與偏航系統，塔架與基礎，風電機組的其他部件）；風力發電機（發電機的工作原理，風力發電系統中的風力發電機，并網風力發電機）；風力發電機組的控制機安全保護（風力發電機組的控制技術，風力機控制，風電機控制，風力發電機組信號檢測，控制系統的執行機構，風電機組的安全保護）；垂直軸風力發電機組（垂直軸風力發電機組及其發展概況，垂直軸風力機的基本

原理）；離網風力發電系統（離網風力發電機組的應用，微、小型風力發電機組的結構，互補發電系統，儲能裝置）。

三、教學安排及方式

以課堂講授為主，課堂討論和實驗為輔的教學手段。本課程的課堂教學中安排專題講授，采取開放式教學方法，在課堂上學生可以隨時提出問題。

四、各教學環節學時分配

（一）學時安排

（二）教學方法

１ 重視實踐和實訓教學環節，堅持“做中學、做中教”，激發學生的學習興趣。在教學過程中注重培養學生嚴謹的工作作風、實事求是的工作態度和良好的職業素養。

２ 可以結合教學進程，組織學生開展常用工程材料、標準機械零部件的市場銷售情況調查；組織開展以小論文、小制作、小發明、小改革等為載體的創新思維訓練。

３ 階段性實習訓練和綜合實踐模塊是本課程的重要組成部分，是對學生進行風電原理基礎綜合能力訓練的重要環節。教學中可結合專業背景，選擇合適的課題，制作綜合實踐任務書，要求學生完成綜合實踐報告，強化綜合能力培養。

五、考核與評價

１ 注重評價內容的整體性，注重綜合素質與能力評價，注重學生愛護工具、節省原材料、節約能源、規范與安全操作和保護環境等意識與觀念的評價。

２ 堅持教師評價與學生自評、互評相結合，過程性評價和結果性評價相結合，定性描述和定量評價相結合，倡導采用表現性的評價方式。３ 根據不同學生的特點，對課程教學目標和教學要求可做進一步的細化，考核與評價的標準要與教學目標相對應。４ 對階段實習訓練和綜合實踐內容獨立考核

風力發電原理分析圖篇三

風輪是吸收風的能量并將其轉換成機械能的部件。

風以一定的速度和攻角作用在槳葉上，使槳葉產生旋轉力矩而轉動，將風的能量轉變成機械能，風越大，風輪接受風的能量也越大，風輪轉得就越快。

風力發電機原理

漆包銅線繞成線圈，用永久磁鐵產生磁場，線圈在磁場中旋轉，切割磁力線產生電動勢，線圈轉得越快，切割磁力線的速度就越高，產生的電壓也越高，對外電路提供的功率就越大，線圈和磁鐵相對旋轉的動力來源于風輪，通過風輪和發電機就可以將風的能量轉變成電能。

控制器的作用

控制器的作用主要有：充電、防止電瓶過充電、防止電瓶過放電、給發電機提供泄荷通路。

a、發電機發出的是單相或三相交流電，給直流電瓶充電需要直流電，通過整流管將交流變直流（整流）給電瓶充電。

b、鉛酸蓄電瓶充滿電后，繼續大電流充電，就造成電瓶過充電，電瓶充滿后過充造成電瓶液的損耗、極板變形，嚴重影響電瓶使用壽命。

c、鉛酸蓄電瓶對外放電到其70%的額定容量時，應立即停止對外放電，否則過度放電，將導致極板彎曲，板柵損壞，活性物質脫落，造成電瓶容量不可恢復的減退，甚至導致電瓶失效。

d、電瓶充滿后，風力發電機發出的電不能提供給電瓶，控制系統斷開充電線路，這時風力發電機發出的電沒有了去路，發電機失去了負載，發電機的阻力變得很小，這時發電機的轉速就會成倍升高，若遇到強風，發電機轉速就會迅速升高，葉輪越轉越快，造成飛車。因此，必須給發電機提供一負載來泄荷，通常泄荷是由電阻來承擔，將發電機發出的電能通過泄荷電阻轉化成熱能消耗掉。

逆變器的作用

儲存在電瓶中的直流電，只能供給直流電器工作，如直流燈泡等，而家用電器基本上都是交流電器，電壓是交流220伏的，因此，要將電瓶的低壓直流電轉化成220伏的交流電（直流轉變成交流，這個過程稱為逆變），這個任務就由逆變器來完成。

風力發電原理分析圖篇四

▲1-3 風能具有哪些特點？

（1）風能蘊藏量大、分布廣。（2）風能是可再生能源。（3）風能利用基本沒有對環境的直接污染和影響。(4)風能的能量密度低。（5）不同地區風能差異大。（6）風能具有不穩定性。

▲1-風力發電技術的發展狀況

當前風電技術和設備的發展主要呈現大型化、變速運行、變槳距、無齒輪箱等特點。

(1)水平軸風電機組技術成為主流。（2）風電機組單機容量持續增大。（3）變槳距技術得到普遍應用。（4）變速恒頻技術得到快速推廣。（5）直驅式、全功率變流技術得到迅速發展。（6）大型風電機組關鍵部件的性能日益提高。（7）智能化控制技術廣泛應用。（8）葉片技術不斷進步。（9）適應惡劣氣候環境的風電機組得到重視。（10）低電壓穿越技術得到應用。

（11）海上風電技術成為重要發展方向。（12）標準與規范逐步完善。

▲2-8 為什么國際上通行的計算平均的時間間隔都取在10min至2h范圍？

由范德豪芬的平均風速功率譜曲線可知，在10min至2h范圍的平均風速功率譜低而平坦，平均風速基本上是穩定值，可以忽略湍流的影響。▲2-9 什么是風速廓線？

在大氣邊界層中，由于空氣運動受地面植被、建筑物等得影響，風速隨距地面的高度增加而發生明顯的變化，這種變化規律成為風剪切或風速廓線。▲2-11 什么是風向玫瑰圖？

風向玫瑰圖常用來表示某一風向一年或一個月出現的頻率。

▲2-15 風在靜止葉片上的空氣動力是如何形成的？

由于葉片上方和下方的氣流速度不同（上方速度大于下方速度），因此葉片上、下方所受的壓力也不同（下方壓力大于上方壓力），總得合力f即為葉片在流動空氣所受到的空氣動力。

▲2-風的測量設備？

風向：風向標、光電管、碼盤。風速：皮托管、熱線風速儀、風杯、螺旋葉片。

▲2-風能資源評估及風電場選址

評估參數：平均風速、主要風向分布、風功率密度、年風能可利用小時。宏觀選址：（1）風能質量好（2）風向基本穩定（3）風速變化小（4）盡量避開災難性天氣頻發地區（5）發電機組高度范圍內風速的垂直變化小。（6）地形條件好。（7）地址情況能滿足塔架基礎、房屋建筑施工的要求，遠離強地震帶等。（8）對環境的不利影響小。（9）盡可能接近電網并考慮并網可能產生的影響。（10）交通方便。微觀選址：（1）考慮地形的影響（2）考慮機組的排列方式。

▲4-7 什么是并網風力發電機變速恒頻運行方式？哪些類型的發電機？

在不同風速下，為了實現最大風能捕獲，提高風電機組的效率，發電機的轉速必須隨著風速的變化不斷進行調整，處于變速欲行狀態，其發出的頻率需通過一定的恒頻控制技術來滿足電網要求。雙饋異步交流發電機，永磁低速交流發電機

▲4-8 雙饋異步發電機的基本工作原理。

(公式)n2為轉自中通入頻率為f2的三項對稱交流勵磁電流后所產生的旋轉磁場相對于轉自本身的旋轉速度（rmin），改變f2,即可改變n2。設n1為對應于電網頻率50hz時發電機的同步轉速，而n為發電機轉自本身的旋轉速度，只要n+n2=n1，則定子繞組感應出的電動勢的頻率將始終維持為電網頻率f1不變。由轉差率公式s=。。可得f2=sf1。所以只要在轉子的三相對稱繞組中通入轉差頻率的電流，雙饋異步發電機可實現變速恒頻運行的目的。

雙饋型異步發電機實行交流勵磁，勵磁電流的可調量為其幅值、頻率和相位。調節頻率，可保證發電機轉速變化時發出電能頻率的穩定；調節幅值，可調節發出的無功功率；改變轉子勵磁電流的相位，調節了發電機的功率角。在一定工況下，轉子也向電網饋送能量。

▲4-9 敘述雙饋異步發電機的功率流向。

（1）亞同步狀態 當n

▲5-1 風力發電機組的控制系統一般應具有哪些功能？

（1）根據風速信號自動進入起動狀態或從電網自動切除。（2）根據功率及風速大小自動進行轉速和功率控制。（3）根據風向自動對風。（4）根據電網和輸出功率要求自動進行功率因數調整。（5）當發電機脫網時，能確保機組安全停機。（6）在機組運行過程中，能對電網、風況和機組的運行狀況進行實時監測和記錄，對出現的異常情況能夠自行準確的判斷并采取相應的保護措施，并能夠根據記錄的數據，生成各種圖表，以反映風力發電機組的各項性能指標。（7）對在風電場中運行的風力發電機組具有遠程通信的功能。（8）具有良好的抗干擾和防雷保護措施，以保證在惡劣的環境里最大限度的保護風電機組的安全可靠運行。

▲5-2 風力發電機組在運行過程中可以分為哪些狀態？

待機狀態，氣動過程，欠功率運行狀態，額定功率運行狀態，正常停機狀態和緊急停機狀態。

▲5-3 cp和葉尖速比的關系。

當葉尖速比逐漸增大時，cp將先增大后減小。由于風速的變化范圍很寬，葉尖速比就可以在很大的范圍內變化，因此它只有很小的機會運行在最佳功率點上，即cp取最大值所對應的工況點cpmax，而且cpmax對應唯一的葉尖速比opt，因此任一風速下只對應唯一的一個最佳運行轉速。▲5-4 各階段變槳距控制的目標

起動并網階段：目標是實現風力發電機組的升速和并網最大風能捕獲階段：最大限度的利用風能，提高機組的發電量。恒功率控制階段：控制機組的功率在額定值附近而不會超過功率極限。超風速切除階段：使機組安全停機。

▲5-6 如何理解低于額定風速的最大風能捕獲和高于額定功率的恒功率控制？

當風速變化且發電機功率沒有超過額定功率時，只要調節風輪轉速且槳距角保持最優位置不變就可實現最大風能捕獲；高于額定功率時，通過增大槳距角來減小發電機的輸出功率即可維持在額定功率附近，實現恒功率控制。

▲5-8 變速恒頻系統？雙饋異步交流發電機如何實現？

將具有繞線轉子的雙饋異步發電機與應用電力電子技術的igbt變頻器及pwm控制技術結合起來，使發電機在變速運轉時能發出恒頻恒壓電能。雙饋異步發電機是通過控制變流器來控制轉子交流勵磁完成的。

▲5-10 雙饋和直驅在控制上各有何特點？

（1）雙饋式風電系統需要齒輪箱，使機組重量有所增加，在機組的維護中，齒輪箱的故障率高。直驅式風電機不需要齒輪箱，可以減輕機組的重量和減小故障率；發電機轉速低，起動轉矩大。（2）雙饋式電機為異步發電機。定子繞組直接連接電網，轉子繞組接線端由電刷集電環引出，通過變流器連接電網，變流器功率可以雙向流動，通過轉子交流勵磁調節實現變速恒頻運行，機組的運行范圍寬，轉速在額定轉速0.6~1.1的范圍內都可以獲得良好的功率輸出。直驅式電機為同步發電機。定子繞組經全功率變流器接入電網，機組運行范圍較寬。轉子為多級永磁體勵磁，永磁體的阻抗低，減小了系統損耗，但電機結構復雜，直徑較大，運輸困難。（3）用于雙饋式電機的變流器，流過轉子電路的功率是額定功率一部分的轉差功率，因此雙向勵磁變流器的容量僅為發電機容量的一部分，成本將會大大降低，容量越大優勢越明顯。用于直驅式的變流器為全功率變頻，容量大，成本高。（4）雙饋式風電系統網端采用定子電壓或定子磁鏈定向的原則，可以實現并網功率的有功無功獨立調節，功率因數可調。直驅式風電系統網端采用網側電壓定向的原則，可以實現并網功率的有功無功解耦控制，功率因數可調。

▲6-1 什么是阻力型風機？什么是升力型風機？

阻力型垂直軸風機發電機主要是利用空氣流過葉片產生的阻力作為驅動力；升力型則是利用空氣流過葉片產生的升力作為驅動力。

▲6-2 垂直軸風力機的主要特點是什么？

優點：（1）壽命長，易維護安裝。（2）利于環保，氣動噪音小。（3）無需偏航對風。（4）葉片制造工藝簡單。（5）運行條件寬松。缺點：（1）風能利用率低。（2）起動性能差（3）增速結構復雜。

▲7-1 簡述離網風力發電系統的應用范圍。

離網風力發電系統通常向大用戶供電，或向農戶、村落、農牧場供電。在風資源較豐富地區，企業對用電要求不高及離電網較遠的農牧民戶、村落、牧場用電負荷小，可采用離網風力發電系統。

▲7-2 離網風力發電機主要類型。

直流發電機、異步交流發電機。

▲7-3 簡述風光互補系統的特點。

優點：（1）彌補獨立鋒利發電和太陽能光伏發電系統的不足，提供更加穩定的電能。（2）充分利用空間，事先地面和高空的合理利用。（3）共用一套送變電設備，降低工程造價。（4）同用一套經營管理人員，提高工作效率，降低運行成本。缺點：（1）與單一系統相比，系統設計較復雜，對控制要求較高。（2）由于是兩類系統的合成，維護的難度和工作量較高。（3）太陽能和風能在時間上得互補特性隨地區不同差異大，有時難以保證完全的連續穩定供電。