风力发电机组工作原理和技术基础 第2版

本书是风力发电教学与培训用书之一，详细介绍了风力发电机组的整机及其主要组成部分的结构、工作原理和技术要求。主要内容包括：风力发电机组概述、叶片、风轮轮毂与变桨系统、风轮轴与齿轮箱、发电机、制动系统、液压系统、支撑系统、控制系统和变流器。本书可作为应用型本科院校及职业院校新能源与风力发电专业的教材，也可作为从事风力发电生产一线技术人员的参考用书。

前言
第一章风力发电机组概述1
第一节风能的利用1
一、风能的特点1
二、衡量风能的主要指标2
三、我国风能分布的特点3
四、风力发电常识3
第二节风力发电机组的组成、铭牌数据及
运行方式6
一、风力发电机组的组成6
二、风力发电机组的铭牌数据10
三、风力发电机组的运行方式10
第三节风力发电机组的要求、试验及
检验规则11
一、风力发电机组的要求11
二、风力发电机组及其零部件的试验及
检验规则16
复习思考题17
第二章叶片18
第一节叶片的技术要求18
一、叶片的设计要求18
二、叶片的标识和使用维护说明书19
第二节叶片的典型结构19
一、风力发电机组叶片的种类19
二、叶片的结构组成20
三、叶片图样与参数23
四、叶片的防雷结构26
复习思考题27
第三章风轮轮毂与变桨系统28
第一节风轮轮毂28
一、轮毂的技术要求28
二、风轮轮毂的结构29
第二节变桨系统30
一、变桨系统概述30
二、变桨装置的结构32
三、变桨机构的零部件35
第三节电动变桨控制系统38
一、概述38
二、变桨控制系统的技术要求41
三、系统的软件设计46
复习思考题49
第四章风轮轴与齿轮箱50
第一节风轮轴与齿轮箱的技术要求及
典型结构50
一、齿轮箱和风轮轴的工作特点50
二、风力发电机组的传动链50
三、齿轮箱和风轮轴的技术要求53
四、齿轮箱的结构54
五、风力发电机组专用齿轮箱54
第二节齿轮箱的主要零部件55
一、齿轮箱体和风轮轴轴承支架55
二、齿轮56
三、齿轮箱轴和风轮轴57
四、轴承57
第三节齿轮箱的润滑与监控59
一、齿轮箱的润滑要求59
二、齿轮箱的润滑系统62
三、润滑系统的监控62
四、齿轮箱的监控系统64
五、齿轮箱的附件65
复习思考题65
第五章发电机66
第一节发电机概述66
一、发电机的结构和工作原理66
二、风力发电用发电机的特殊性67
三、风力发电用发电机的选型68
第二节风力发电专用发电机70
一、异步发电机70
二、双馈型异步发电机74
三、永磁直驱型同步发电机78
复习思考题83
第六章制动系统84
第一节制动系统概述84
一、制动器的工作原理84
二、制动系统的组成85
三、风力发电机组制动系统的技术要求85
四、风力发电机组的制动方式86
五、风力发电机组的制动形式和制动系统
的组成原则88
第二节机械制动器的结构88
一、钳盘式制动器88
二、机械制动装置的技术要求90
三、风力发电机用钳盘式制动器90
四、制动系统零部件的要求90
第三节制动系统的控制要求91
一、制动系统的控制方式92
二、制动系统的工作方式92
三、制动系统的操作模式93
四、制动系统的其他要求93
复习思考题93
第七章液压系统94
第一节液压系统概述94
一、液压装置的工作原理94
二、液压技术的主要特点94
三、液压系统的基本组成95
四、液压系统原理图95
五、液压伺服系统的工作原理97
第二节风力发电机组液压系统的类型97
一、定桨距风力发电机组的液压系统97
二、变桨距风力发电机组的液压系统99
第三节风力发电机组对液压系统及零部件
的要求102
一、风力发电机组液压系统的基本
组成102
二、风力发电机组对液压系统的基本
要求102
三、风力发电机组液压系统的技术
要求103
四、对液压执行元件的要求106
五、液压泵装置要求106
六、油箱装置要求106
七、其他附件要求107
八、液压管路要求108
九、控制装置要求108
复习思考题109
第八章支撑系统110
第一节机舱与底盘110
一、机舱与轮毂罩110
二、底盘112
第二节偏航系统114
一、概述114
二、偏航系统的组成与结构115
三、偏航系统的控制要求121
四、偏航系统的软硬件123
第三节塔架129
一、塔架的使用与设计要求129
二、塔架的类型132
复习思考题134
第九章控制系统135
第一节风力发电机组控制系统概述135
一、风力发电机组的控制目标135
二、控制系统的主要组成136
三、控制系统的常见类型137
四、控制系统的一般要求141
第二节两类典型控制系统的技术要求142
一、恒速恒频控制系统142
二、变速恒频控制系统151
第三节控制系统的主要功能155
第四节安全保护系统162
一、安全保护系统的设计原则162
二、控制系统安全运行的技术要求163
三、控制系统的安全保护功能164
第五节远程监控系统168
一、远程监控系统的结构168
二、上、下位机的通信169
三、抗干扰措施171
四、监控软件的编制171
第六节低电压穿越控制173
一、低电压穿越问题的提出173
二、国家标准对低电压穿越的要求174
三、电网电压跌落与恢复时对不同风力
发电机组暂态的影响175
四、低电压穿越功能的实现方法176
复习思考题181
第十章变流器182
第一节变流器概述182
一、逆变器182
二、风力发电机组变流器的主要技术183
三、变流技术在风力发电机组中的
应用184
第二节双馈型机组变流器185
一、双馈型机组变流器的工作原理185
二、双馈型机组交直交电压型变流器的
技术要求187
第三节永磁直驱型机组变流器188
一、永磁直驱型机组全功率并网
变流器189
二、全功率交—直—交电压型变流器的
技术要求190
复习思考题192

风能是一种取之不尽，用之不竭的绿色环保型可再生能源。风力发电是在可再生能源发电中，除水力发电外技术最成熟、最具有大规模开发和商业利用价值的发电方式。风能由于在减轻环境污染、减少温室气体排放、促进可持续发展方面的突出作用，越来越受到世界各国的高度重视，我国已把利用风能作为一项基本的能源政策。
目前，我国的风力发电产业发展迅猛，风力发电专业人才的缺口很大，许多大学与职业技术院校相继开设了新能源或风力发电专业，但一直没有合适的教材。因此，我们根据近年来在大中专院校讲授风力发电知识的心得与体会，参照国家和行业制定的风力发电机组的相关标准，结合下厂实践所获得的知识和经验，编写了这套适合新能源和风力发电专业学生学习的，并适合风力发电生产一线员工培训的，介绍风力发电机组生产技术的系列教材。
本套丛书第1版于2008年出版，当时我国风力发电产业正处于第一次大发展的阶段，技术尚不成熟，技术标准还不完善。由于当时我国风力发电场的运行时间比较短，风力发电的并网容量很小，风电事故的经验教训也很少，因此第1版图书只能适应当时的技术标准水平。经过将近10年的发展，我国风力发电的并网容量已经具有一定规模，风电事故的经验教训也积累了很多；通过生产运行实践验证了风力发电机组设计及制造的工艺方法；技术进步也使我国的风力发电产业逐步成熟起来，促使技术标准进一步完善。因此，我们对本套丛书第1版进行了修订，以能满足技术进步的要求，培养和培训出满足企业需求的合格人才。
本次修订仍沿用第1版的编写体系，对一些章节进行了增补或更新。本套丛书分为《风力发电机组工作原理和技术基础》(第2版)、《风力发电机组生产及加工工艺》(第2版)和《风力发电机组安装·运行·维护》(第2版)三册，构成一个比较完整的教材体系。本套丛书特点是以国家及行业标准为主线，避开与生产无关的纯理论问题，重点介绍风力发电机组的实用生产技术。学习本套丛书前，最好先学习一些机械基础知识、电工电子技术基础知识和液压基础知识，这样会收到事半功倍的学习效果。
在本套丛书编写过程中，查阅了大量的相关国家标准和出版物，书中的部分图片由吴昊老师绘制。本书内容经过中国科学院电工所科诺伟业公司武鑫博士、中科宇能公司技术总监徐宇博士后、天威保变风电公司鲁志平总工程师、国电联合动力技术公司王志强总工程师、中航惠腾风电公司王志军工程师审阅。在此向在本套丛书编写过程中提供帮助的专家、学者及老师表示衷心的感谢。
由于编者水平有限，书中错误和不当之处在所难免，敬请专家和读者批评指正。

编者