自己整理风原理

第一章

1、当空气作曲线运动时，作用在空气上的力除了气压梯度力和科里奥利力之外，还有惯性离心力。

2、风形成的原因：太阳辐射、地球自转。

3、在气象学中通常划分为大尺度、中尺度、小尺度和微尺度等四种不同尺度的大气运动。

4、大气环流的成因：太阳辐射、地球自转、地球表面海陆分布不均匀、大气内部南北之间热量、动量的相互交换。

5、季风形成的原因：海陆热力性质差异是形成季风环流的主要原因；海陆热力性质差异是形成季风的重要原因。

6、什么是大气边界层：风吹过地面时，由于地面上各种粗糙元（草地、庄稼、树林、建筑物等）的作用，会对风的运动产生摩擦阻力，使风的能量减少并导致风速减小。减小的程度随离地面高度增加而降低，直至大到某一高度时，其影响就可以可以忽略。这一层受到地球表面摩擦阻力影响的大气称为“大气边界层”。

7、大气边界层的区域划分：离地面2m以内的区域称为底层；从2m-100m的区域称为下部摩擦层；100m-2km的区域称为上部摩擦层。

8、研究大气边界层特性时，把风看作是由平均风和脉动风组成。

9、湍流指的是短时间（一般少于10min）内的风速波动。

10、平均风速：风速是指单位时间内空气在水平方向上移动的距离，风速随时间和空间的变化是随机的。

11、由蒲福风力等级表知：风机切入风速：3米/秒；额定功率时的风

速：12米/秒；切出风速：25米/秒。

12、风速与风级的关系为：

N —风的级数； N 级风的平均风速，

N 级风最大风速： N 级风最小风速：

13、

14、威布尔分布所描述的是某个特定的空间、一年之中平均风速/小时的统计规律。

瑞利分布是威尔分布在K=2时的一个特例。

15、风向是指风的方向，通常用16个方位来表示风向。每个方位的范围是22.5°

16、这种短时间内风速激烈变化的现象，被称之为风脉动。脉动风速11

()a n n Z v v Z = 1.505

0.10.824N v N =+ 1.5050.56

0.20.8240.5N v N N =++1.5050.8240.56

N v N =

-

是指在某时刻t ，空间某点上的瞬时风速与平均风速的差值：

17、湍流强度是反映风脉动程度的最主要的特征量，湍流强度是描述风速随时间和空间变化的程度，反映了脉动风速的相对强度，是描述大气湍流运动特性的最重要的特征量。

18、极端风主要包括：热带气旋，寒潮大风和龙卷风。

19、风的测量原理：机械式、超声波式、声振荡、压力式与热线式等。

20、风能功率：单位时间内垂直流过截面A 的空气拥有的做功能力；

风能密度：流动空气在单位时间内垂直流过单位截面的风能。

21、贝兹极限：Cp=0.593

22、风能资源评估的主要参数：平均风速、主要凤向分布、风功率密度、年风能可利用时间。

主要步骤：数据采集、测风塔数据检验与补全、代表年订正以及风能要素分析。

第二、三章

1、翼型：也叫翼剖面，指用垂直于叶片长度方向的平面去截叶片而得到截面形状。

2、叶素理论的出发点是将风轮叶片延展向分成许多微段，称这些微段为叶素。

3、桨距角(安装角、节距角)β：叶素弦长与风轮旋转平面的夹角 攻角α：叶素弦长与入流速度方向的夹角。 3

12

W Av ρ=α?β=

-

4、为了表示风轮在不同风速中的状态，用叶片圆周速度与风速比来衡量，称叶尖速比。

5、5叶片到3叶片都有较高的最大风能利用系数，但5叶片与4叶片在最大风能利用系数时尖速比范围较小（即可用风速范围较小）。由于风力发电机希望转速高（可减小齿轮箱的增速比），还要在较宽的风速范围都能获得高的风能利用系数，也就是要能在较宽的叶尖速比范围工作，而且以合适的高转速运转，所以二、三、四叶片是风力发电机常用的选择，用得最多的是三叶片，这也就是“一根杆子三根针”的结构。当然选择三个叶片还有风力机结构强度、制造成本、噪音、外观等原因。

6、载荷源：重力载荷、空气动力载荷、驱动载荷、其他载荷。

7、控制系统的主要功能是维持机组的运行参数在其正常范围内。

8、通常情况下，风力发电机组的关键运行参数有风力发电机组转速、输出功率、振动等级和接至机舱内的悬垂电缆的扭曲度。

9、风电场宏观选址原则：

10、风电场微观选址原则：

11、风力发电机组中，存在两种信息流：能量流、信息流。

12、风力发电机组：风轮、机舱、塔架、基础。

13、双馈式发电机组：

优点：允许发电机在同步速上下30% 转速范围内运行，简化了调整装置，减少了调速时的机械应力，同时使机组控制 更加灵活、方便，提高了机组运行效率；需要变频控制的功率仅是电机额定容量v

Rn

πλ2=

的一部分，使变频装置体积减小，成本降低，投资减少；并且可以实现有功、无功功率的独立调节。

缺点:双馈风力发电机组必须使用齿轮箱，然而随着发电机组功率的升高，齿轮箱成本变得很高，且易出现故障，需要经常维护，同时齿轮箱也是风力发电系统产生噪声污染的一个主要因素；当低负荷运行时，效率低；电机转子绕组带有集电环、电刷，增加维护和故障率；控制系统结构复杂。

14、直驱式永磁发电机组：

优点：由于传动系统部件的减少，提高了机组的可靠性，降低了噪声，永磁及变速恒频的采用提高了风机组效率，变速恒频技术可以进行无功补偿。

缺点：采用的多极低速永磁同步发电机，电机直径大，制造成本高；随着机组设计容量的增大，给电机设计、加工制造带来困难；定子绕组绝缘等级要求较高；采用全容量逆变装置，变流器设备投资大，增加控制系统成本。

15、垂直轴风机：

分类：

阻力型风机，萨窝纽斯型（Savonius type）风力机，优点是启动转矩大，启动性能良好，但是它的转速低，风能利用系数低。升力型风力机：达里厄式风力机，其风能利用系数最高。

主要特点：

优点

1）寿命长，易维护安装

2）利于环保

3）无需偏航对风

4）叶片制造工艺简单

5）运行条件宽松

缺点

1）风能利用率

2）起动风速

3）增速结构

第四章

1、旋转磁场的转向取决于三相电流的相序，转速n1取决于电流的频

率 f 和极对数 P ：—— 同步转速： 2、 把同步转速n1与转子转速n 的差与同步转速n1的比值，称为转

差率，用s 表示，即： 则转子转速n 可表示为：n ＝(1－s)n1

3、铁损：电机的铁损包括磁滞损失和 涡流损失两部分，电机空载时所消耗的功率。

铜损：电机绕组上的损耗，包括原绕组的铜损和副绕组的铜损，一般电机短路情况下的损耗就是铜损。

4、笼型异步发电机的运行特点：

（1）发电机励磁消耗无功功率，皆取自电网。应选用较高功率因数发电机，并在机端并联电容；

160f

n P

=11

n n s n -=

（2）绝大部分时间处于轻载状态，要求在中低负载区效率较高，希望发电机的效率曲线平坦；

（3）风速不稳，易受冲击机械应力，希望发电机有较软的机械特性曲线，Ｓmax绝对值要大；

（4）并网瞬间与电动机起动相似，存在很大的冲击电流，应在接近同步转速时并网，并加装软起动限流装置；

5、双馈电机,就是将电能分别馈入绕线转子异步电机的定子绕组和转子绕组,一般将定子绕组接入电网,而接入转子绕组电源的频率、电压幅值和相位则需要按要求分别进行调节。

6、双馈式基本驱动链结构的优点:

1) 变流器容量小,降低机组成本,容量越大优势越明显;

2) 变速范围宽,可以在同步速上下30 %转速范围内运行;

3) 输出电能质量高,可以调节有功、无功功率输出,调节功率因数,起到电网无功补偿的作用.

存在的缺点:

1) 电机转子绕组带有滑环、碳刷,增加维护和故障率;

2) 控制系统结构复杂,有难度。

7、风力发电机的关键部位：滑环（电刷）系统

8、双馈机组三种工作状态：

9、双馈风电机组变流器：

1、为了追踪最大风能并最大限度地减少励磁变换器的容量，发电机需要在同步速上下运行，要求变换器具有能量双向流动的能力。

2、发电机的转子与定子之间存在电磁耦合，转子侧的谐波电流会在定子侧感应出相应的谐波电势。为确保定子侧所发出的电能的质量，要求励磁变换器要有优良的输出特性。

3、随着风力发电机组单机机容量的增大，励磁变换器的容量也在增大，为了防止变换器作为电网的非线性负载对电网产生谐波污染和引起无功问题，要求变频器的输入特性好，即输入电流的谐波少，功率因数高。

4、目前变速恒频双馈风电机组的单机容量已达到几个MW，尽管双馈发电机采用转子交流励磁只需要转差功率大小的容量，但大容量的风电机组的变换器容量仍可达到MW级，故励磁装置属于大容量的半导体变流装置。

5、随着风电技术的发展，风电在电网中所占比例越来越大，电网对风电机组在电网故障下的不间断运行能力提出了要求。因而不仅要求交流励磁电源具有一定的对电网故障的适应能力，而且还应具有对DFIG的有效的控制能力。

10、网侧变换器的任务主要有两个:一是保证其良好的输入特性，即输入电流的波形接近正弦，谐波含量少，功率因数符合要求，理论上网侧PWM变换器可获得任意可调的功率因数，这就为整个系统的功率因数的控制提供了另一个途径；二是保证直流母线电压的稳定，直流母线电压的稳定是两个PWM变换器正常工作的前提，是通过对输入电流的有效控制来实现的。

11、转子侧变换器的作用是也主要分两个方而，一是给DFIG的转子提供励磁分量的电流，从而可以调节DFIG定子侧所发出的无功功率；二是通过控制DFIG转子转矩分量的电流控制DFIG的转速或控制DFIG定子侧所发出的有功功率，从而使DFIG运行在风力机的最佳功率曲线上，实现最大风能捕获运行。

12、双馈异步发电机定子的有功功率：76页

无功功率：

第五章

1、同步电动机原理：把永久磁铁转子放在有旋转磁场的定子铁芯中，它将跟随旋转磁场一同旋转，其转速与旋转磁场一致，故称之为同步电动机。

2、全功率变流器是一种由直流环节连接两组电力电子变流器组成的背靠背变频系统。这两个变频器分别为电网侧变流器和发电机侧变流器。

3、同步发电机主要包括定子和转子两部分。定子：同步发电机产生感应电动势的部件，由定子铁芯、三相电枢绕组和起支撑和固定作用的机座组成。转子的作用是产生强磁场，并且可以由励磁绕组调节，主要包括转子铁芯、励磁绕组、滑环等。

4、同步发电机的励磁系统分两类：一类是用直流发电机作为励磁电源的直流励磁系统，另一类是用整流装置将交流变成直流后供给给励磁的整流励磁系统。

5、典型的永磁直驱变速恒频风电系统中，采用背靠背双PWM变流器，包括电机侧变流器和电网侧变流器，能量可以双向驱动。

第六章

1、变桨距主要功能：（液压变桨距系统、电动变桨距系统）

一、当风机启动时，可以通过变桨距来获得足够的启动转矩；

二、可以通过调节桨距使风机的发电功率始终保持在额定功率附近。

三、当突遇大风或运行异常时，可执行收桨动作，以防止风轮超速，发生飞车。

2、液压变桨距系统主要由动力源液压泵站、控制模块、蓄能器与执行机构油缸等组成，其代表厂商有Vestas、Gamesa、Acciona和Dewind、三菱重工等。电动变桨距系统主要由动力源电动机、控制模块、蓄

电池与执行机构减速器、齿轮等组成，代表厂商有GE、Nordex、Suzlon、Repower和金风、华锐等。

3

4、偏航系统的分类：主动偏航和被动偏航

5、偏航系统的功能：

1）使风轮始终处于迎风状态，跟踪变化稳定的风向；

2）提供必要的锁紧力矩，保证风力发电机组的安全运行

3）由于偏航作用舱内引出的电缆发生缠绕时，自动解除缠绕。6、偏航系统的结构组成：偏航大齿圈、侧面轴承、滑垫保持装置、上下及侧面滑动衬垫、偏航驱动装置、圆弹簧即调整螺栓、偏航限位开关、接近开关、风速风向仪

7、风速风向仪：偏航实现其功能，必须采集到风向。风速风向仪就是实现这个功能的。风速风向仪位于机舱罩外侧，远离叶轮一侧。

8、控制系统设计原则：高安全性、高可靠性、最大电能输出（叶片

和最大风能捕获）、降低动载荷(优化设计）、提供良好的电力质量、易于扩展（不同需要之间的灵活选择）、便于维护（远程诊断，故障追忆）

9、控制系统的控制功能：

①在运行的风速范围内，确保系统的稳定；

②低风速时，跟踪最佳叶尖速比，获取最大风能；

③高风速时，限制风能的捕获，保持风力发电机组的输出功率为额定值；

④减少阵风引起的转矩波动峰值，减小风轮的机械应力和输出功率的波动，避免共振；

⑤减小功率传动链的暂态响应；

⑥控制器简单，控制代价小，对一些输入信号进行限幅；

⑦确保机组输出电压和频率的稳定。

10、控制系统组成：

控制系统涉及的范围：主控系统软硬件设计；变距系统软硬件设计；变流系统设计；通讯链路设计（本机和风场）；防雷及布线设计；安全系统设计（安全链及故障处理）；外围传感设计

控制系统的组成：、塔底控制柜、机舱控制柜、变距控制柜、变流器、多路滑环、传感器

11、发电控制及控制策略：

额定风速以下：最大功率跟踪，避免变距频繁动作，通过转矩进行最佳叶尖速比控制，达到最大功率输出。

额定风速以上：恒功率控制、保持功率恒定、通过变距控制转速、稳定运行

阻尼变距控制：避开谐振点（区）

共振点跳跃：通过变距控制，跳过低转速点（非工作区）易振点振动预测与干预：通过传感器采集加速度信号，对振动进行预测和防振动处理。

12、风电机组主控系统发展趋势：

1）、风机柔性控制的基础理论研究与设计

2）、功率器件串并联技术

3）、并网对风电机组控制要求的技术发展

4）、智能化控制技术

5）、风电机组在不同的风能资源和严酷的气候环境下的适应性技术

13、风电机组安全链控制主要内容：

一、机组安全系统的功能简述

二、机组安全系统的结构

三、机组安全系统逻辑结构

四、机组安全系统中的安全模块

五、安全系统程序功能块的描述

14、SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系统，即数据采集与监视控制系统。SCADA系统的应用领域很广，它可以应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过

程控制等诸多领域。在电力系统以及电气化铁道上又称远动系统。SCADA系统是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统。它可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能。

第七章

1、电能质量是指通过公用电网供给用户端的交流电能的品质。频率偏差、电压偏差、电压波动与闪变、谐波、三相电压不平衡度。

2、风电的最主要特点-波动性。