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第1章 风能及其应用1

1.1 风1

1.1.1 风速和风向1

1.1.2 风力等级1

1.1.3 风的测量2

1.1.4 风功率3

1.1.5 风频特性4

1.1.6 风切变5

1.1.7 湍流6

1.1.8 风能资源6

1.2 风能的利用7

1.2.1 助航8

1.2.2 磨面9

1.2.3 提水10

1.2.4 发电10

1.2.5 制热12

1.3 风力发电12

1.3.1 风电机组结构和基本参数12

1.3.2 风电机组的分类13

1.3.3 供电方式13

思考题14

第2章 风力机15

2.1 风力机的组成与分类15

2.2 水平轴升力型风力机综览16

2.3 大型水平轴升力型风力机18

2.3.1 叶片18

2.3.2 轮毂22

2.3.3 风轮23

2.3.4 额定功率调节33

2.3.5 偏航39

2.3.6 支承体系41

2.4 小型水平轴升力型风力机44

2.4.1 风轮44

2.4.2 转速调节46

2.4.3 方向调节49

2.4.4 安全控制50

2.4.5 塔架50

2.4.6 回转体51

2.5 垂直轴升力型风力机52

2.6 阻力型风力机54

2.7 水平轴和垂直轴风力机的比较57

2.7.1 综合性能57

2.7.2 风能利用系数58

2.7.3 转矩系数58

2.8 其他形式风力机59

思考题60

第3章 双馈风力发电机组61

3.1 概述61

3.2 发电系统62

3.2.1 双馈发电机62

3.2.2 变流器68

3.2.3 变流器控制策略73

3.2.4 运行状态74

3.2.5 功率流程75

3.2.6 无刷双馈发电机75

3.3 主传动与制动76

3.3.1 主轴及主轴承76

3.3.2 齿轮箱78

3.3.3 联轴器79

3.3.4 制动80

3.4 液压系统82

3.4.1 电液比例阀82

3.4.2 变桨距机组液压系统实例83

3.5 润滑、温控、接地与避雷84

3.5.1 润滑85

3.5.2 温度控制85

3.5.3 接地85

3.5.4 避雷85

3.6 主控系统85

3.6.1 基本功能86

3.6.2 主控系统硬件结构86

3.6.3 传感器87

3.6.4 安全保护89

3.7 机组的运行90

3.7.1 起动与关机90

3.7.2 并网与脱网91

3.7.3 工作状态的转移92

3.7.4 功率控制93

思考题96

第4章 永磁直驱风力发电机组及其他97

4.1 永磁直驱风电机组的组成97

4.2 永磁直驱风电机组发电系统98

4.2.1 永磁同步发电机99

4.2.2 变流器101

4.2.3 发电系统保护电路104

4.2.4 变流器的控制策略106

4.3 永磁直驱风电机组机舱总成108

4.3.1 主传动108

4.3.2 制动110

4.3.3 冷却与除湿110

4.4 其他同步风电机组112

4.4.1 电励磁直驱式风电机组112

4.4.2 应用液力机械增速箱的风电机组113

4.4.3 应用电磁调速的风电机组114

4.4.4 其他电励磁风电机组115

4.5 基于感应发电机的风电机组116

4.5.1 笼型感应发电机116

4.5.2 恒速恒频风电机组118

4.5.3 双速恒频机组122

4.5.4 优化转差机组125

4.5.5 变速恒频机组127

思考题130

第5章 风电场131

5.1 概述131

5.1.1 风电场工程131

5.1.2 风电场电气系统结构131

5.1.3 风力发电机组的布局132

5.2 风电场电气主系统133

5.2.1 主要电气设备133

5.2.2 无功补偿装置及其控制策略136

5.2.3 风电场电气主接线138

5.3 配电装置142

5.3.1 装配式配电装置142

5.3.2 成套配电装置142

5.3.3 屋内配电装置143

5.3.4 屋外配电装置144

5.4 风电场监控系统145

5.4.1 升压站监控系统145

5.4.2 风电机组群监控系统147

5.4.3 风电场监控及数据采集系统147

5.5 风电场运行149

5.5.1 风电机组运行149

5.5.2 配电装置运行149

5.5.3 风电场运行调度149

5.6 海上风电场150

5.6.1 海上风电的防腐150

5.6.2 海上风电机组的基础153

5.6.3 海上风电机组的吊装与维护155

5.6.4 海上输变电157

思考题161

第6章 分布式发电和微网162

6.1 概论162

6.2 风能储存163

6.2.1 蓄电池163

6.2.2 其他储能方法169

6.2.3 储能方法的比较170

6.3 风-光互补发电171

6.3.1 太阳电池171

6.3.2 风-光互补发电系统172

6.4 风-柴油互补发电174

6.5 微网的应用技术174

6.6 离网供电系统175

6.6.1 小型风电机组176

6.6.2 控制器179

6.6.3 逆变器180

6.6.4 卸荷器180

思考题181

第7章 风力提水182

7.1 提水设备182

7.1.1 往复式提水设备182

7.1.2 旋转式提水设备188

7.1.3 流体作用式提水设备192

7.2 风力提水机组194

7.2.1 高扬程机组195

7.2.2 低扬程机组200

7.2.3 远距离提水201

思考题202

第8章 风力制热203

8.1 制热设备203

8.1.1 搅拌液体制热器203

8.1.2 油压阻尼孔制热204

8.1.3 固体摩擦制热器204

8.1.4 液力偶合器制热204

8.1.5 涡电流制热器205

8.1.6 压缩空气制热206

8.1.7 热泵207

8.2 换热器207

8.2.1 管式换热器208

8.2.2 板式换热器210

8.3 热能存储211

8.3.1 显热存储211

8.3.2 潜热存储213

8.3.3 化学存储213

8.4 风力制热机组213

8.4.1 搅拌液体式机组214

8.4.2 油压阻尼式机组215

8.4.3 热泵式机组216

思考题217

第9章 风帆助航218

9.1 帆船的结构218

9.2 帆的工作原理218

9.2.1 升力驱动和阻力驱动218

9.2.2 帆的最佳角度219

9.3 帆船出航220

9.3.1 航行方向的调节220

9.3.2 航向与风向221

9.3.3 换舷转向222

9.3.4 起航与停船223

思考题223

附录 水平轴风力机的动力学理论224

参考文献235