能源动力与机械工程学院P141-1风力发电原理雷鸣雷鸣热能工程教研室热能工程教研室能源动力与机械工程学院P141-2•风力机的类型•风电机组主要参数及设计级别•水平轴风力机构造第三章风力机分类和构成能源动力与机械工程学院P141-3§3-1风力机的类型按容量划分小型风力机：容量小于60kW中型风力机：容量为70～600kW大型风力机：容量为600～1000kW（1MW）巨型风力机：容量大于1000kW。单机容量越大，桨叶越长。2MW风力机叶片的直径已经达到72m，最长的叶片已经做到50m，且随着机组容量的增加会更长。能源动力与机械工程学院P141-4能源动力与机械工程学院P141-5按照风轮结构及其在气流中的位置：水平轴风力机:叶片围绕一个水平轴旋转，旋转平按风轮结构划分面与风向垂直。垂直轴风力机:风轮围绕一个垂直轴进行旋转。能源动力与机械工程学院P141-6能源动力与机械工程学院P141-7按功率调节方式划分定桨距风力机变桨距风力机主动失速型风力机能源动力与机械工程学院P141-8定桨距风力机:叶片固定在轮毂上，桨距角不变，风力机的功率调节完全依靠叶片的失速性能。当风速超过额定风速时，在叶片后端将形成边界层分离(湍流状态)，使升力系数下降，阻力系数增加，从而限制了机组功率的进一步增加。优点:结构简单。缺点:不能保证超过额定风速区段的输出功率恒定，并且由于阻力增大,导致叶片和塔架等部件承受的载荷相应增大。此外，由于桨距角不能调整，没有气动制动功能，因此定桨距叶片在叶尖部位需要设计专门的制动机构。能源动力与机械工程学院P141-9变桨距风力机：叶片和轮毂不是固定连接，叶片桨距角可调。在超过额定风速范围时，通过增大叶片桨距角，使攻角减小，以改变叶片升力与阻力的比例，达到限制风轮功率的目的，使机组能够在额定功率附近输出电能。优点：高于额定风速区域可以获得稳定的功率输出。缺点：需要变桨距调节机构，设备结构复杂，可靠性降低。目前的大型兆瓦级风电机组普遍采用变桨距控制技术。主动失速型风力机：工作原理相当于以上两种形式的组合。利用叶片的失速特性实现功率调节，叶片与轮毂不是固定连接，叶片可以相对轮毂转动，实现桨距角调节。当机组达到额定功率后，使叶片向桨距角向减小的方向转过一个角度，增大来风攻角，使叶片主动进入失速状态，从而限制功率。优点：改善了被动失速机组功率调节的不稳定性。缺点：增加了桨距调节机构，使设备变得复杂。能源动力与机械工程学院P141-10高传动比齿轮箱型：优点：由于极对数小，结构简单，体积小；缺点：传动系统结构复杂，齿轮箱设计、运行维护复杂，容易出故障。直接驱动型：采用多级同步风力发电机，让风轮直接带动发电机低速旋转。优点：没有了齿轮箱所带来的噪声、故障率高和维护成本大等，提高了运行可靠性。缺点：发电机极对数高，体积比较大，结构复杂。半直驱型：上述两种类型的综合。中传动比型风力机减少了传统齿轮箱的传动比，同时也相应减少了多极同步风力发电机的极数，从而减少了发电机的体积。按传动形式划分能源动力与机械工程学院P141-11通过传动系统连接风轮和发电机，使发电机转子达到所需要的转速。并网风电机组所用交流发电机的同步转速为为发电机磁极对数；为电网频率，50Hz。风轮转速较低，约10~20r/min，而发电机要输出50Hz的交流电功率，当发电机的磁极对数不同时，要求转子的转速也不同。如当磁极对数为2时，要求发电机其转子转速在1500r/min左右，这时需要在风轮与发电机组之间用齿轮箱进行增速。如果发电机组的极对数足够大，使得发电机转速与风轮转速接近，就不需要增速齿轮箱。60(/min)fnrppf能源动力与机械工程学院P141-12能源动力与机械工程学院P141-13恒速型风力机：发电机转速恒定不变，不随风速的变化而变化。变速型风力机：发电机工作转速随风速时刻变化而变化。主流大型风力发电机组基本都采用变速恒频运行方式。多态定速风力机：发电机组中包含两台或多台发电机，根据风速的变化，可以有不同大小和数量的发电机投入运行。按发电机转速变化划分能源动力与机械工程学院P141-14陆地风电机组海上风电机组a)陆上风机b)海上风机能源动力与机械工程学院P141-15沿海风场风...
