风力发电机组设计与技术
出版时间：2011年版
内容简介
《风力发电机组设计与技术》重点阐述了风力发电机组的设计理论与技术，旨在为风力发电技术开发、设备设计人员提供实用的参考与借鉴。全书共分8章，包括绪论、风资源、风力发电原理、风力发电机组设计载荷、风电机组总体设计技术、风力发电机组的结构动力学、风力发电系统模型、风电机组的控制技术。本书可供从事风电机组设计工作的工程技术人员、研究人员和相关专业的高校师生作为教材或参考用书。
目录
第1章绪论1
1 1风能转换系统的结构2
1 2风力发电技术2
1 3风电机组的控制技术3
1 3 1风力机的功率调节3
1 3 2恒速恒频技术与变速恒频技术4
第2章风资源5
2 1我国的风资源分布状况5
2 2风的形成7
2 3风特性8
2 3 1平均风速8
2 3 2风能10
2 3 3湍流11
2 4风电机组的塔影效应12
2 5瞬时风速变化模型13
2 5 1极端风速模型(EWM)13
2 5 2极端运行阵风(EOG)13
2 5 3极端风向变化(EDC)14
2 5 4极端相关阵风(ECG)14
2 5 5方向变化的极端相关阵风(ECD)15
2 5 6极端风切变(EWS)15
第3章风力发电原理16
3 1风轮转子16
3 2风力涡轮空气动力学17
3 2 1制动盘模型17
3 2 2贝茨极限19
3 2 3叶素模型20
3 2 4力、力矩和功率22
3 2 5流过风轮的风速24
3 3稳恒湍流25
3 3 1风剪效应25
3 3 2塔影效应26
3 3 3随机湍流27
3 4风力的利用方法——叶片设计28
3 4 1风轮叶片特性的计算理论28
3 4 2动量 叶素理论推导29
3 4 3诱导因子a、a′的计算方法30
3 5风力机性能计算方法31
3 6风轮输出特性计算举例32
3 7湍流状态下叶素理论修正35
3 8叶片设计36
第4章风力发电机组设计载荷39
4 1风力机载荷39
4 1 1风电机组的载荷工况39
4 1 2风轮的气动载荷41
4 2重力和惯性载荷42
4 2 1重力引起的载荷42
4 2 2离心力引起的载荷42
4 2 3离心力引起的锥角效应43
4 3运行载荷43
4 3 1阵风引起的弯曲力44
4 3 2风轮的旋转效应45
4 4极限载荷45
4 5载荷统计外推法45
4 6载荷谱48
4 6 1雨流法48
4 6 2从雨流矩阵到载荷谱48
4 6 3等效载荷48
4 7风力机设计载荷的计算举例49
4 7 1载荷计算准备49
4 7 2Bladed软件载荷的输出53
4 7 3载荷分析56
4 8载荷计算坐标系及其转换58
4 8 1坐标系定义58
4 8 2坐标系转换60
第5章风电机组总体设计技术62
5 1设计流程62
5 2设计工作65
5 2 1设计主要内容65
5 2 2分析计算工作内容65
5 3设计要求65
5 4机组的设计流程66
5 5设计原则66
5 6设计方法67
5 7风电机组总体参数设计68
5 7 1大型风力发电机组的总体技术参数68
5 7 2基本设计参数69
5 8风电机组选型设计71
5 8 1功率控制方式71
5 8 2恒速、双速、变速风力发电机73
5 8 3制动系统74
5 8 4传动系统76
5 8 5润滑系统78
5 8 6风轮和塔架间的相对位置确定79
5 8 7塔架79
5 9风力发电机组的总体布局设计80
5 9 1风力发电机组的总体布局基本形式80
5 9 2大型兆瓦级风电机组几种主要的布置形式82
第6章风力发电机组的结构动力学85
6 1模态分析法85
6 2结构模态分析理论86
6 3系统响应的求解88
6 3 1单自由度振动系统响应88
6 3 2任意激励的响应89
6 4风电机组的振动90
6 4 1叶片摆动所产生振动90
6 4 2传动链的摆动90
6 5风力发电机组的振动抑制92
6 5 1风电机组的模态坐标系下的状态空间形式92
6 5 2缩减系统自由度94
6 5 3欲配置的极点的确定98
6 6系统的极点配置99
6 6 1系统的能控性99
6 6 2系统极点配置99
6 7制动器输出100
6 8实现方法100
第7章风力发电系统模型102
7 1风力发电机组的模型102
7 2机械子系统——传动系统103
7 3气动子系统——风轮气动特性106
7 4电气子系统106
7 4 1直接耦合的鼠笼式感应电机106
7 4 2控制定子的鼠笼式感应发电机108
7 4 3控制转子的双馈感应发电机108
7 5桨距子系统110
7 6整个风力发电机组的模型111
第8章风电机组的控制技术113
8 1风电机组的基本运行过程113
8 1 1待机状态113
8 1 2风力发电机组的自启动114
8 1 3自启动的条件114
8 1 4叶轮对风115
8 1 5制动解除115
8 1 6定桨失速风力发电机组并网与切换115
8 2安全保护系统116
8 3风电机组常规控制技术116
8 3 1变桨距控制技术116
8 3 2最佳叶尖速比控制技术117
8 3 3变速运行方式118
8 4闭环控制技术120
8 4 1恒速变距机组闭环控制技术120
8 4 2变速机组中的变距控制技术122
8 4 3转矩控制和变距控制之间的转换122
8 4 4塔架振动控制123
8 4 5驱动链扭转振动控制124
8 4 6独立变距控制124
8 5数字PID控制算法125
8 5 1位置式PID控制算法125
8 5 2增量式PID控制算法126
8 6变速恒频控制技术127
8 7优化反馈控制方法128
8 8增益调度控制技术129
8 8 1传统的增益调度设计方法130
8 8 2基于LPV的增益调度设计方法131
8 8 3变速变桨风力发电机组LPV模型132
8 9凸多面体结构的LPV控制器设计133
8 9 1凸分解LPV模型133
8 9 2仿真研究137
附录风电机组机械子系统模型推导140
参考文献144
