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1.2升力系数与阻力系数
升力系数与阻力系数随攻角变化示意
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风机叶片承受的 升力和阻力
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升力沿着旋转方向分量 阻力沿着水平方向的分
量 = 驱动力 *r = 气动扭矩
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风含功率 •P风ow含e功r 率in=t½hρeAwV3ind
– 扫掠面积, A – 风俗, V
– 空气密度,
R
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3.3.1最优叶尖速比控制
8.有齿轮箱固定转速比风机
9.有齿轮箱变速比风机
10.中速发电机
11.高速发电机
12.双馈型
13.全功率型
3 5
7 10 12
-
6
8
9
11
13
其他标准 • 耐受风等级和湍流强度：IEC IA，IIA,IIB… • 气候条件:常温型、低温型 • 安装位置：海上/陆上 • 轴承概念：单轴承、双轴承 • 变桨驱动类型分类：电驱、液压
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例3： GE2.5XL 陆上风机设计 高速, 低电压永磁同步发电机 传统的长轴驱动链
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风机载荷
External Conditions
Applied Loads
Wind Turbine & Support Structure Control System
Wind-Inflow
Aerodynamics
brake gearbox
Cage Induction generator
pitch drive
Yaw drive
converter controller wind turbine controller
grid side breaker
line coupling transformer
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双馈式风机设计
• 扫掠面积
– 风能与扫掠面积成正比 – 直径增加10% ，扫掠面积增加21%
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46
Betz Limit
风能不能被风轮全部吸收， 风在叶轮后不能变得静 止不动。
理论上最大的风能利用效 率是59%。
现代风机风能利用效率大 约在 35 – 45% 范围内。
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叶尖速比
某一最佳攻角产生最大升阻比 攻角依赖于风速和转子转速, 定义叶尖
优点： 技术成熟性最高 成本低 组件供应链完善 缺点： 齿轮箱可靠性差 齿轮箱和发电机不能同时适用于50/60Hz的 频率
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例1：华锐风电 1.5MW 陆上风机设计 高速双馈发电机, 低电压变频转换 电动变桨系统 常规 / 高温 / 低温 气候设计
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例2： S88-2.1MW Suzlon 陆上风机设计 高速, 低压发电机 电动变桨系统 在产能质量和电网支持上有局限性-转子电 阻控制
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全功率变换风机设计
优点： 非常好的电能质量 齿轮箱和发电机同适于50/60Hz的频率 缺点： 比双馈产品要上更大的变频系统
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例1：5MW Multibrid 海上风机设计 中速, 中压 发电机 电动变桨系统
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例2： V90 / V112-3MW Vestas 陆上风机设计 高速, 低电压永磁同步发电机 传统的长轴驱动链 液压变桨系统
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现阶段主流风机设计类型
双馈系统 有齿轮箱和高速发电机 低功率变频转换 直驱系统 全功率变频转换 半直驱系统 有齿轮箱和中速发电机 全功率变频转换
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风机的并网方式
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generator side breaker
Converter (full rating)
rectifier inverter
风机工作 原理
新能源试验研究院 鲁志平
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• 案例 • 历史 • 气动性能 • 设计流程 • 风机控制 • 双馈系统 • 提效
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• 发电机编码器松动 • 变流器CT同名端反接 • 风机振动过大，安全链触发
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• 了解风机的基本运行原理，可以指导我们 进行故障排查；
• 了解风机的基本运行原理，可以帮助我们 更好的进行风机选型，风场产能评估，风 机运行维护
速比：
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直驱式风机设计
优点： 无齿轮箱，增大整机寿命 电能能质量好 缺点： 造价昂贵，结构复杂，发电机重量大 巨大的直驱发电机是可靠性的唯一保障 巨大的直驱发电机运输问题
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例1：金风科技 1.5MW 陆上风机设计 低速, 低电压 永磁直驱发电机 电动变桨系统 全功率变频转换
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例2：E-126/6MW Enercon 陆上风机设计 低速, 低电压 永磁直驱发电机 电动变桨系统
1.如何使P风电1机A组3v在C额(p定,风)速以下出力最大？
2
风电机组输出功率： 风电机组最优输出功率：
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风能的特性
• 风速
– 风能按风速的三次方增加 – 风速增加10% 会增加30%的电功率 – 2倍风速，8倍电功率
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45
风能的特性
• 空气密度
– 风功率与空气密度成正比 – 潮湿环境比干燥环境空气密度大 – 低海拔比高海拔空气密度大
低 10%
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叶片数量- 2
• 叶片容易安装 • 轮毂需要跷跷板式结构
• 比3叶片风机风能吸收 效率低 5%
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叶片数量- 3
• 现代商业运行风机 的选择
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有齿轮箱风机
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无齿轮箱风机
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总揽
1
1.风电机组
2.垂直轴
2
3.水平轴
4.定桨定速风机
5.定速主动失速风机
6.变桨变速型风机
7.直驱型风机
4
Rotor Dynamics
Drivetrain Dynamics
Power Generation
Nacelle Dynamics
Waves & Currents
Soil
Hydrodynamics
Soil-Struct. Interaction
Tower Dynamics Substructure Dynamics Foundation Dynamics
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风机的历史
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阿富汗风机(900AD)
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Jacobs Turbine – 1920 - 1960
WinCharger – 1930s – 40s
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Smith-Putnam 风机 1940's
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现代风机
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海上风场
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• 风机分类
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叶片数量– 1
• 叶片安装容易 • 比2叶片风机风能吸收效率
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叶片结构分析--升力 & 阻力
• 升力垂直于来流方向. 我 们希望升力更大.
α = low
α = medium • 阻力平行于来流方向. 我 <10 degrees
们希望阻力更小.
α = High Stall!!
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翼型
想飞机的机翼, 风机叶片利用 翼型产生升力并争取效率最大 化。
The Bernoulli Effect