1風(fēng)力機(jī)能量轉(zhuǎn)換過(guò)程2翼型的空氣動(dòng)力學(xué)單元六風(fēng)力發(fā)電基本理論3葉片基本理論4變流技術(shù)風(fēng)力發(fā)電基礎(chǔ)理論氣流動(dòng)能為：一、風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)能量轉(zhuǎn)換過(guò)程m-空氣質(zhì)量，v

-氣流速度單位時(shí)間內(nèi)氣流流過(guò)截面積為S的氣體所具有的動(dòng)能為：1.風(fēng)能的計(jì)算在國(guó)際單位制中，的單位是

kg/m3；的單位是m/s，

的單位是W。風(fēng)能的大小與氣流密度和通過(guò)的面積成正比，與氣流速度的立方成正比。其中和是隨地理位置、海拔、地形等因素而變。重播風(fēng)力發(fā)電機(jī)基礎(chǔ)理論2.理想風(fēng)輪與貝茲(Betz)理論S1v1SvS2v2假設(shè)條件：1）氣體通過(guò)風(fēng)輪時(shí)沒(méi)有阻力；2）氣流經(jīng)過(guò)風(fēng)輪掃掠面時(shí)是均勻的；3）氣流通過(guò)風(fēng)輪前后的速度為軸向方向。因此：前后空氣體積相等：S1v1=Sv=S2v2風(fēng)力發(fā)電機(jī)基礎(chǔ)理論2.理想風(fēng)輪與貝茲(Betz)理論S1v1SvS2v2假設(shè)條件：1）氣體通過(guò)風(fēng)輪時(shí)沒(méi)有阻力；2）氣流經(jīng)過(guò)風(fēng)輪掃掠面時(shí)是均勻的；3）氣流通過(guò)風(fēng)輪前后的速度為軸向方向。因此：前后空氣體積相等：S1v1=Sv=S2v2風(fēng)力發(fā)電機(jī)基礎(chǔ)理論S1v1SvS2v2單位時(shí)間內(nèi)風(fēng)輪上的受力：F=mv1-mv2風(fēng)輪吸收的功率：風(fēng)輪吸收的功率又等于風(fēng)輪前后動(dòng)能（單位時(shí)間）的變化：求其最大功率可令得，S1v1SvS2v22.理想風(fēng)輪與貝茲(Betz)理論經(jīng)過(guò)風(fēng)輪風(fēng)速變化產(chǎn)生的功率為：風(fēng)力機(jī)的理論最大效率：貝茲理論的極限值最大理想功率為：風(fēng)力發(fā)電機(jī)從自然風(fēng)中所能索取的能量是有限的，其功率損失部分為留在尾流中的旋轉(zhuǎn)動(dòng)能。風(fēng)力發(fā)電機(jī)基礎(chǔ)理論3.風(fēng)力機(jī)的主要特性系數(shù)1)

風(fēng)能利用系數(shù)：風(fēng)力機(jī)的實(shí)際功率：2)葉尖速比：表示風(fēng)輪在不同風(fēng)速中的狀態(tài)，用葉片圓周速度與風(fēng)速比來(lái)衡量風(fēng)輪機(jī)從自然風(fēng)能中吸到能量的大小和程度且—風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速，單位:r/s—風(fēng)輪角頻率，單位:rad/s—風(fēng)輪半徑，單位:m—上游風(fēng)速，單位:m/s風(fēng)力發(fā)電機(jī)基礎(chǔ)理論3.風(fēng)力發(fā)電機(jī)的主要特性系數(shù)3)

轉(zhuǎn)矩系數(shù)：氣流作用下的風(fēng)輪機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩

4)推力系數(shù)：氣流作用下的風(fēng)輪機(jī)產(chǎn)生的推力

風(fēng)力發(fā)電機(jī)基礎(chǔ)理論實(shí)際4.動(dòng)量定理風(fēng)力發(fā)電機(jī)基礎(chǔ)理論風(fēng)力機(jī)的理論最大效率：S1v1SvS2v2理想4.動(dòng)量定理風(fēng)力發(fā)電機(jī)基礎(chǔ)理論作用在風(fēng)輪平面dr圓環(huán)上的軸向力(推力)a=va

/v

1

作用在整個(gè)風(fēng)輪上的軸向力(推力)作用在風(fēng)輪平面dr圓環(huán)上的轉(zhuǎn)矩實(shí)際作用在整個(gè)風(fēng)輪上的轉(zhuǎn)矩

4.動(dòng)量定理風(fēng)力發(fā)電機(jī)基礎(chǔ)理論作用在整個(gè)風(fēng)輪上的軸向力(推力)作用在整個(gè)風(fēng)輪上的轉(zhuǎn)矩

風(fēng)輪軸功率風(fēng)輪功率系數(shù)實(shí)際風(fēng)力發(fā)電機(jī)基礎(chǔ)理論一般旋轉(zhuǎn)尾跡的這部分動(dòng)能將隨轉(zhuǎn)子力矩的增大而增加。所以，低轉(zhuǎn)速風(fēng)輪（小轉(zhuǎn)速、大轉(zhuǎn)矩）要比高轉(zhuǎn)速（低轉(zhuǎn)矩）產(chǎn)生大的尾跡旋轉(zhuǎn)損失。（功率不變）葉片的幾何參數(shù)葉片長(zhǎng)度是葉片展向方向上的最大長(zhǎng)度

葉片弦長(zhǎng)是葉片各剖面處翼型的弦長(zhǎng)。用c（或l）來(lái)表示1.葉片的幾何參數(shù)葉片是風(fēng)輪的主要部件，是機(jī)組捕捉風(fēng)能部件，葉片的橫向剖面叫翼型。葉片的幾何參數(shù)1)葉片的翼型2.翼型的幾何參數(shù)與氣流角風(fēng)向葉片的幾何參數(shù)弦長(zhǎng)攻角升力角零升力角攻角：來(lái)流方向與弦長(zhǎng)線的夾角升力角：來(lái)流方向與零升力線夾角零升力角：弦長(zhǎng)線與零升力線夾角弦長(zhǎng)：兩端點(diǎn)連線方向上翼型的最大長(zhǎng)度A前緣B后緣升力如何產(chǎn)生？葉片的幾何參數(shù)升力與阻力(D為阻力，L為升力)平板與氣流方向垂直時(shí)的情況，此時(shí)平板受到的阻力最大，升力為零

當(dāng)平板與氣流方向有夾角時(shí)，在平板的向風(fēng)面會(huì)受到氣流的壓力，在平板的下風(fēng)面會(huì)形成低壓區(qū)，平板兩面的壓差就產(chǎn)生了側(cè)向作用力F，該力可分解為阻力D與升力L。當(dāng)夾角較小時(shí)，平板受到的阻力D較??；此時(shí)平板受到的作用力主要是升力L。截面為流線型的翼片阻力很小，即使與氣流方向平行也會(huì)有升力，因?yàn)橐砥戏綒饬魉俣缺认路娇欤鷵?jù)流體力學(xué)的伯努利原理，上方氣體壓強(qiáng)比下方小，翼片就受到向上的升力作用。葉片的幾何參數(shù)

壓力中心即氣動(dòng)合力的作用點(diǎn)，是合力作用線與翼弦的交點(diǎn)。作用在壓力中心上的只有升力與阻力，而無(wú)力矩。

壓力中心的位置通常用距前緣的距離表示，大多數(shù)普通翼型的氣動(dòng)中心位于0.25倍弦長(zhǎng)處。壓力中心（又稱氣動(dòng)中心）翼型幾何參數(shù)對(duì)翼型空氣動(dòng)力特性的影響前緣半徑的影響它對(duì)翼型的最大升力系數(shù)有重要影響：雷諾數(shù)為9×106，翼型的最大升力系數(shù)Clmax變化圖可知：前緣半徑較大時(shí)，翼型有更高的最大升力系數(shù)。相對(duì)厚度的影響翼型相對(duì)厚度對(duì)翼型最大升力系數(shù)Clmax的影響圖同一翼型系列中，當(dāng)相對(duì)厚度增加時(shí)，將使最小阻力增大。另外，最大厚度的位置靠后時(shí)，可以減小最小阻力。相對(duì)厚度對(duì)俯仰力矩系數(shù)的影響很小。彎度的影響一般情況下，增加彎度可以增大翼型的最大升力系數(shù)Clmax

，特別是對(duì)前緣鈍度較小和較薄的翼型尤為明顯。另外，當(dāng)最大彎度的位置靠前時(shí)，最大升力系數(shù)較大。翼型幾何參數(shù)對(duì)翼型空氣動(dòng)力特性的影響表面粗糙度的影響由于受到沙塵、油污和雨滴的浸蝕，使風(fēng)力機(jī)葉片表面，特別是前緣變得粗糙。而翼型表面粗糙度，特別是前緣粗糙度對(duì)翼型空氣動(dòng)力特性有重要影響。翼型幾何參數(shù)對(duì)翼型空氣動(dòng)力特性的影響使邊界層轉(zhuǎn)捩位置前移，轉(zhuǎn)捩后邊界層厚度增厚，減少了翼型的彎度，從而減小最大升力系數(shù)；使層流邊界層轉(zhuǎn)捩成湍流邊界層，使摩擦阻力增加。另外，當(dāng)在翼型的適當(dāng)位置，如在翼型下表面后緣貼粗糙帶時(shí)，則可以增大升阻比。翼型表面結(jié)冰的影響翼型幾何參數(shù)對(duì)翼型空氣動(dòng)力特性的影響風(fēng)力機(jī)在冬季寒冷地區(qū)運(yùn)行時(shí)，當(dāng)?shù)蜏氐男∷闻鲎诧L(fēng)輪葉片，在風(fēng)輪葉片上會(huì)生成霜冰或光冰，使風(fēng)輪葉片剖面形狀改變。雖然霜冰增加了風(fēng)力輪葉片的表面粗糙度，但是由于霜冰形成非常流線型的形狀，因此，對(duì)翼型空氣動(dòng)力特性影響較小。

當(dāng)翼型表面生成光冰時(shí)，則葉片前緣的形狀發(fā)生改變，葉片上的升力減小，阻力增大，焦點(diǎn)位置也發(fā)生改變。這樣，不但影響風(fēng)力機(jī)的功率輸出，還影響風(fēng)力機(jī)的控制，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成風(fēng)力機(jī)損壞。3.旋轉(zhuǎn)葉片的氣動(dòng)力(葉素分析)基本思想

1)將葉片沿展向分成若干微段——葉片元素(簡(jiǎn)稱葉素)；2)視葉素為二元翼型，即不考慮展向的變化；3)作用在每個(gè)葉素上的力互不干擾；4)將作用在葉素上的氣動(dòng)力元沿展向積分，求得作用在葉輪上的氣動(dòng)扭矩與軸向推力。

取一長(zhǎng)度為dr的葉素，在半徑r處的弦長(zhǎng)為l。

葉片的幾何參數(shù)ABC3.旋轉(zhuǎn)葉片的氣動(dòng)力(葉素分析)葉片的幾何參數(shù)3.旋轉(zhuǎn)葉片的氣動(dòng)力(葉素分析)風(fēng)向v-uw運(yùn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)方向dF氣流w產(chǎn)生的氣動(dòng)力dL氣流升力dD氣流阻力I軸向推力dFa=dLcosI+dDsinII旋轉(zhuǎn)力矩dT=r(dLsinI-dDcosI)驅(qū)動(dòng)功率dPw=ωdT葉片的幾何參數(shù)葉片的基本理論四、渦流理論（葉片數(shù)的影響及實(shí)際風(fēng)力機(jī)Cp曲線）對(duì)于有限長(zhǎng)的葉片，風(fēng)輪葉片下游存在著尾跡渦，它形成兩個(gè)主要的渦區(qū)：一個(gè)在輪轂附近，一個(gè)在葉尖。有限葉片數(shù)由于較大的渦流影響將造成一定的能量損失，使風(fēng)力機(jī)效率有所下降。

1)中心渦，集中在轉(zhuǎn)軸上；2)每個(gè)葉片的邊界渦；3)每個(gè)葉片尖部形成的螺旋渦。渦流理論葉片靜止時(shí)，據(jù)赫姆霍茲定理，葉片附著渦和后緣尾渦組成馬蹄渦系。簡(jiǎn)化后，將葉片分成無(wú)限多沿展向?qū)挾群苄〉奈⒍?。?dāng)葉片旋轉(zhuǎn)時(shí)，從后緣拖出的尾渦系將變成一個(gè)由螺旋形渦面組成的復(fù)雜渦系。而且隨著渦與渦之間的相互干擾，該渦系不斷變形。渦流理論渦流理論葉片數(shù)無(wú)限多，且實(shí)度一定，從而葉片尖部后緣拖出的尾渦形成一個(gè)管狀的螺旋形渦面。變流技術(shù)變流技術(shù)用電力電子器件構(gòu)成各種電力變換的電路，對(duì)電路進(jìn)行控制，以及用這些技術(shù)構(gòu)成更為復(fù)雜的電力電子裝置和系統(tǒng)。

變流技術(shù)變流技術(shù)：一種電力變換的技術(shù)，相對(duì)于電力電子器件制造技術(shù)而言，是一種電力電子器件的應(yīng)用技術(shù)。整流技術(shù)內(nèi)容斬波技術(shù)逆變技術(shù)變流技術(shù)整流技術(shù)不可控電路半控電路全控電路由不可控二極管組成，電路結(jié)構(gòu)一定之后其直流整流電壓和交流電源電壓值的比是固定不變的。由可控元件和二極管混合組成，在這種電路中，負(fù)載電源極性不能改變，但平均值可以調(diào)節(jié)。整流元件都是可控的，其輸出直流電壓的平均值及極性可以通過(guò)控制元件的導(dǎo)通狀況而得到調(diào)節(jié)變流技術(shù)整流技術(shù)不可控電路半控電路全控電路由不可控二極管組成，電路結(jié)構(gòu)一定之后其直流整流電壓和交流電源電壓值的比是固定不變的。由可控元件和二極管混合組成，在這種電路中，負(fù)載電源極性不能改變，但平均值可以調(diào)節(jié)。整流元件都是可控的，其輸出直流電壓的平均值及極性可以通過(guò)控制元件的導(dǎo)通狀況而得到調(diào)節(jié)常規(guī)整流環(huán)節(jié)廣泛采用了二極管不控整流電路或晶閘管相控整流電路，對(duì)電網(wǎng)注入了大量諧波及無(wú)功，造成電網(wǎng)“污染”。PWM技術(shù)+整流技術(shù)PWM整流器

變流技術(shù)變流技術(shù)：一種電力變換的技術(shù)，相對(duì)于電力電子器件制造技術(shù)而言，是一種電力電子器件的應(yīng)用技術(shù)。斬波技術(shù)整流技術(shù)內(nèi)容逆變技術(shù)將直流電變?yōu)榱硪还潭妷夯蚩烧{(diào)電壓的直流電。基本斬波電路：降壓斬波電路、升壓斬波電路、升降壓斬波電路、Cuk斬波電路、Sepic斬波電路和Zeta斬波電路。變流技術(shù)斬波技術(shù)

降壓斬波電路（BuckChopper）

升壓斬波電路（BoostChopper）典型用途拖動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)，也可帶蓄電池負(fù)載。變流技術(shù)斬波技術(shù)

降壓斬波電路（BuckChopper）

升壓斬波電路（BoostChopper）變流技術(shù)斬波技術(shù)

降壓斬波電路（BuckChopper）

升壓斬波電路（BoostChopper）典型用途用于直流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)用作單相功率因數(shù)校正（PFC）電路用于其他交直流電源中變流技術(shù)斬波技術(shù)

降壓斬波電路（BuckChopper）

升壓斬波電路（BoostChopper）變流技術(shù)變流技術(shù)：一種電力變換的技術(shù)，相對(duì)于電力電子器件制造技術(shù)而言，是一種電力電子器件的應(yīng)用技術(shù)。整流技術(shù)內(nèi)容斬波技術(shù)逆變技術(shù)與整流相對(duì)應(yīng)，直流電變成交流電交流側(cè)接電網(wǎng)，為有源逆變交流側(cè)接負(fù)載，為無(wú)源逆變逆變技術(shù)變流技術(shù)電壓逆變電路電流逆變電路直流側(cè)電源性質(zhì)直流側(cè)為電壓源或并聯(lián)大電容，直流側(cè)電壓基本無(wú)脈動(dòng)。輸出電壓為矩形波，輸出電流因負(fù)載阻抗不同而不同。阻感負(fù)載時(shí)需提供無(wú)功功率。為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無(wú)功能量提供通道，逆變橋各臂并聯(lián)反饋二極管。電壓型全橋逆變電路特點(diǎn)逆變技術(shù)變流技術(shù)電壓逆變電路電流逆變電路180°導(dǎo)電方式每橋臂導(dǎo)電180°，同一相上下兩臂交替導(dǎo)電，各相開(kāi)始導(dǎo)電的角度相差120°任一瞬間有三個(gè)橋臂同時(shí)導(dǎo)通每次換流都是在同一相上下兩臂之間進(jìn)行直流側(cè)電源性質(zhì)逆變技術(shù)變流技術(shù)電壓逆變電路電流逆變電路直流側(cè)電源性質(zhì)特點(diǎn)直流側(cè)串大電感，電流基本無(wú)脈動(dòng)，相當(dāng)于電流源。交流輸出電流為矩形波，與負(fù)載阻抗角無(wú)關(guān)。輸出電壓波形和相位因負(fù)載不同而不同。直流側(cè)電感起緩沖無(wú)功能量的作用，不必給開(kāi)關(guān)器件反并聯(lián)二極管。電流型三相橋式逆變電路逆變技術(shù)變流技術(shù)電壓逆變電路電流逆變電路直流側(cè)電源性質(zhì)目前中小功率的逆變電路幾乎都采用PWM技術(shù)。逆變電路是PWM控制技術(shù)最為重要的應(yīng)用場(chǎng)合。PWM逆變電路也可分為電壓型和電流型兩種，目前實(shí)用的PWM逆變電路幾乎都是電壓型電路。逆變技術(shù)變流技術(shù)電壓逆變電路電流逆變電路直流側(cè)電源性質(zhì)三相橋式PWM型逆變電路三相的PWM控制公用三角波載波uc三相的調(diào)制信號(hào)urU、urV和urW依次相差120°典型的變流技術(shù)雙PWM背靠背方案風(fēng)力機(jī)與永磁同步發(fā)電機(jī)直接連接，發(fā)電機(jī)定子通過(guò)背靠背變流器和電網(wǎng)連接。實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī)調(diào)速和輸送到電網(wǎng)電能的優(yōu)良控制

九洲電氣股份有限公司典型的變流技術(shù)不控整流+BOOST+IGBT逆變?nèi)β首兞髌?/p>

變流器采用“二級(jí)管不控整流+升壓斬波+PWM逆變”的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)將變壓變頻的交流電轉(zhuǎn)化為符合并網(wǎng)要求的交流電，完成風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)

1.5MW全功率風(fēng)電變流器控制箱安全保護(hù)系統(tǒng)控制系統(tǒng)保護(hù)微機(jī)控制器抗干擾保護(hù)抗干擾系統(tǒng)微機(jī)控制器注意總線的驅(qū)動(dòng)能力；總線的終端負(fù)載；防止總線競(jìng)爭(zhēng)。在有干擾時(shí)，采取措施，保證微機(jī)正常工作

原則安全保護(hù)系統(tǒng)控制系統(tǒng)保護(hù)微機(jī)控制器抗干擾保護(hù)抗干擾系統(tǒng)微機(jī)控制器原則信號(hào)傳輸

信號(hào)傳輸線路使用屏蔽電纜；注意傳輸線最大長(zhǎng)度的限制。電源電路

減少電源變壓器的泄漏磁通；采用性能好的穩(wěn)壓電源。安全保護(hù)系統(tǒng)控制系統(tǒng)保護(hù)緊急停機(jī)安全鏈保護(hù)

微機(jī)控制器抗干擾保護(hù)系統(tǒng)的緊急安全鏈?zhǔn)仟?dú)立于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件保護(hù)措施，也是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的最后一級(jí)保護(hù)措施，即使控制系統(tǒng)發(fā)生異常，也不會(huì)影響安全鏈的正常動(dòng)作。分為交變脈沖干擾和單脈沖干擾兩種，以電或磁的形式干擾控制系統(tǒng)。掉電往往出現(xiàn)在天氣惡劣、風(fēng)力較強(qiáng)時(shí)，緊急停機(jī)將會(huì)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的壽命造成一定影響。

電網(wǎng)掉電保護(hù)安全保護(hù)系統(tǒng)控制系統(tǒng)保護(hù)電網(wǎng)掉電保護(hù)掉電--徹底失去電源產(chǎn)生原因：

雷擊電力傳輸電纜故障自然災(zāi)害等在控制系統(tǒng)電源中加設(shè)在線UPS后備電源。安全保護(hù)系統(tǒng)控制系統(tǒng)保護(hù)電網(wǎng)掉電保護(hù)在控制系統(tǒng)電源中加設(shè)在線UPS