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1机械工业出版社第3章风能、风力发电与控制技术第3章风能、风力发电与控制技术2机械工业出版社第3章风能、风力发电与控制技术3机械工业出版社第3章风能、风力发电与控制技术本章主要内容3.1风的特性及风能利用3.2风力发电机组及工作原理3.3风力发电机组的控制策略3.4风力发电机组的并网运行和功率补偿3.5风力发电的经济技术性评价4机械工业出版社第3章风能、风力发电与控制技术绪论在新能源发电技术中，风力发电是其中最接近实用和推广的一种。风力发电是一个综合性较强的系统，涉及空气动力学、机械、电机和控制技术等领域。风力发电是在大量利用风力提水的基础上发展起来的，它首先起源于丹麦，目前丹麦已成为世界上生产风力发电设备的大国。20世纪70年代世界连续出现石油危机，随之而来的环境问题迫使人们考虑可再生能源利用问题，风力发电很快重新提上了议事日程。风力发电是近期内最具开发利用前景的可再生能源，也将是21世纪中发展最快的一种可再生能源。5机械工业出版社第3章风能、风力发电与控制技术感性认识：各式风机6机械工业出版社第3章风能、风力发电与控制技术7机械工业出版社第3章风能、风力发电与控制技术8机械工业出版社第3章风能、风力发电与控制技术9机械工业出版社第3章风能、风力发电与控制技术3.1风的特性及风能利用3.1.1风的产生风是地球上的一种自然现象，由太阳辐射热和地球自转、公转和地表差异等引起，大气是这种能源转换的媒介。图3-1地球上风的运动10机械工业出版社第3章风能、风力发电与控制技术3.1.2风的特性与风能1、随机性2、风随高度的变化而变化不同高度风速的表达式：khhvv00式中ν——距地面高度为h处的风速（m／s）；ν0——高度为h0处的风速（m／s），一般取h0为10m；k——修正指数，它取决于大气稳定度和地面粗糙度等，其值约为0.125～0.5。11机械工业出版社第3章风能、风力发电与控制技术3.1.3风的表示及应用1、风向风向一般用16个方位表示，也可以用角度表示。图示方向方位图图3-2风向方位图12机械工业出版社第3章风能、风力发电与控制技术2、风速由于风时有时无、时大时小，每一瞬时的速度都不相同，所以风速是指一段时间内的平均值，即平均风速。3、风力风力等级是根据风对地面或海面物体影响而引起的各种现象，按风力的强度等级来估计风力的大小。国际上采用的为蒲福风级，从静风到飓风共分为13个等级。505.1N824.01.0N风力等级与风速的关系：式中VN——N级风的平均风速(m/s)；N——风的级数。13机械工业出版社第3章风能、风力发电与控制技术4、风能（1）风能密度，空气在一秒钟内以速度ν流过单位面积产生的动能。表达式为：35.0E（2）风能，空气在一秒钟时间内以速度ν流过面积为S截面的动能。表达式为：SvESW35.0（3）风能利用，风能的利用主要是将大气运动时所具有的动能转化为其他形式的能量。14机械工业出版社第3章风能、风力发电与控制技术风能转换及应用情况如图所示。图3-5风能转换与应用情况15机械工业出版社第3章风能、风力发电与控制技术3.2风力发电机组及工作原理3.2.1风力发电机组的结构及分类1、风力发电机组的分类风力发电机组的分类一般有3种，如下表所示。16机械工业出版社第3章风能、风力发电与控制技术按风轮轴的安装型式按风力发电机的功率按运行方式水平轴风力发电机组和垂直轴风力发电机组微型（额定功率50～1000W）、小型（额定功率1.0～10kW）、中型（额定功率10～100kW）和大型（额定功率大于100kW）独立运行和并网运行17机械工业出版社第3章风能、风力发电与控制技术2、风力发电机组的结构风力发电机组中，水平轴式风力发电机组是目前技术最成熟、产量最大的形式；垂直轴风力发电机组因其效率低、需起动设备等技术原因应用较少，因此下面主要介绍水平轴风力发电机组的结构。18机械工业出版社第3章风能、风力发电与控制技术（1）独立运行的风力发电机组水平轴独立运行的风力发电机组主要由风轮(包括尾舵)、发电机、支架、电缆、充电控制器、逆变器、蓄电池组等组成，其主要结构见右图。图3-6水平轴独立运行的风力发电机组主要结构19机械工业出版社第3章风能、风力...