风力发电,设计规范

风力发电,设计规范篇一：风力发电系统设计课程设计任务书 摘 要 本文对国内外风力发电的发展现状进行了概述。指出了风力发电机的发展趋势和研究方向。阐述了三相异步电机的结构与原理。重点讲述了三相异步发电机的电磁设计方法，并列出了具体的电磁设计过程。本课题所研究的异步发电机，是目前最理想的风力发电机，前景非常乐观重点介绍了目前风电场中所采用的风力发电机组 ,包括风力机、风力机的功率调节及恒速恒频和变速恒频发电系统。介绍了风力发电机组的三种典型控制策略的理论依据技术路线。设计了一个变速恒频风力发电系统。本设计方案程序简单、结构清楚、数据精确，设计过程追求提高效率，兼顾简化工艺，降低成本等特点。 关键词： 新能源；风力发电机；变速恒频 ABSTRACT A brief summarization of development on wind turbine generators both in China and in the world is given in this paper. Some development and study tends are presented. Introduce the structure and principle of threephase asynchronous machines. Elaborated the methods of threephase asynchronous machines electromagnetic design, lists the details about the process of electromagnetic design. This lesson a study the threephase asynchronous machines is the best wind turbine generator at main topics mentioned here are about wind turbine, power regulation of wind turbine and induction generator in wind farms with electrical power system. This paper introduces three types of representative controlling strategies and technical basis and route in major wind turbine generator with plane shaft. Designed a system of gearshift invariable frequency wind power. This design project procedure is simple, the structure is clear, the data precision, design the process in addition to pursuing to lift high-efficiencily, look after both sides to simplify the craft, decline low cost etc. Key words: New energy resource；Wind turbine generator；Variety invariable frequency 目录 摘 要 .I ABSTRACT . II 第 1 章 绪论 . - 1 - 开发利用风能的动因 - 1 - 经济驱动力 - 1 - 环境驱动力 - 2 - 社会驱动力 - 2 - 技术驱动力 - 2 - 风力发电的现状 - 2 - 世界风力发电现状 - 3 - 中国风力发电现状 - 3 - 风力发电展望 . - 3 - 第 2 章 风力发电系统的研究 . - 6 - 风力发电系统 - 6 - 恒速恒频发电系统 - 6 - 变速恒频发电机系统 - 7 - 变速恒频风力发电系统的总体设计 . - 10 - 变速恒频风力发电系统的特点 . - 10 - 变速恒频风力发电系统的结构 . - 11 - 变速恒频风力发电系统运行控制的总体方案 - 22 - 第 3 章 风力发电机的设计 - 29 - 概述 . - 29 - 风力发电机 . - 29 - 风力发电机的原理 . - 31 - 三相异步发电机的电磁设计 . - 32 - 三相异步发电机电磁设计的特点 . - 32 - 三相异步发电机和三相异步电动机的差异 - 32 - 三相异步发电机的电磁设计方案 . - 34 - 三相异步发电机电磁计算程序 . - 34 - 总结 . - 49 - 参考文献 - 50 - 致 谢 . - 52 -篇二：风力发电叶片设计原则风电叶片的优化设计要满足一定的设计目标，其中有些甚至是相互矛盾的，如： 年输出功率最大化； 最大功率限制输出； 振动最小化和避免出现共振； 材料消耗最小化； 保证叶片结构局部和整体稳定性； 叶片结构满足适当的强度要求和刚度要求。 风电叶片设计可分为气动设计和结构设计这两个大的阶段，其中气动设计要求满足前两条目标，结构设计要求满足后四条目标。通常这两个阶段不是独立进行的，而是一个迭代的过程，叶片厚度必须足够以保证能够容纳腹板，提高叶片刚度。 (1)外形设计 叶片气动设计主要是外形优化设计，这是叶片设计中至关重要的一步。外形优化设计中叶片翼型设计的优劣直接决定风机的发电效率，在风机运转条件下，流动的雷诺数比较低，叶片通常在低速、高升力系数状态下运行，叶片之间流动干扰造成流动非常复杂。针对叶片外形的复杂流动状态以及叶片由叶型在不同方位的分布构成，叶片叶型的设计变得非常重要。目前叶片叶型的设计技术通常采用航空上先进的飞机机翼翼型设计方法设计叶片叶型的形状。先进的 CFD 技术已广泛应用于不同类型气动外形的设计，对于低雷诺数、高升力系数状态下风机运行条件，采用考虑粘性的 N-S 控制方程分析叶片叶型的流场是非常必要的。 在过去的 10 多年中，水平轴风电叶片翼型通常选择NACA 系列的航空翼型，比如 NACA44XX，NA-CA23XX，NACA63XX 及 NASA LS(1)等。这些翼型对前缘粗糙度非常敏感，一旦前缘由于污染变得粗糙，会导致翼型性能大幅度下降，年输出功率损失最高达 30%。在认识到航空翼型不太适合于风电叶片后，80 年代中期后，风电发达国家开始对叶片专用翼型进行研究，并成功开发出风电叶片专用翼型系列，比如美国 Seri 和 NREL 系列、丹麦 RISO-A系列、瑞典 FFA-W 系列和荷兰 DU 系列。 这些翼型各有优势，Seri 系列对翼型表面粗糙度敏感性低；RISO-A 系列在接近失速时具有良好的失速性能且对前缘粗糙度敏感性低；FFA-W 系列具有良好的后失速性能。丹麦 LM 公司已在大型风机叶片上采用瑞典 FFA-W 翼型，风机专用翼型将会在风电叶片设计中广泛应用。表 1 为对NREL 翼型系列性能提高的估算。 目前叶片外形的设计理论有好几种，都是在机翼气动理论基础上发展起来的。第一种外形设计理论是按照贝茨理论得到的简化设计方法，该方法是假设风力机是按照贝茨公式的最佳条件运行的，完全没有考虑涡流损失等,设计出来的风轮效率不超过 40%。后来一些著名的气动学家相继建立了各自的叶片气动理论。Schmitz 理论考虑了叶片周向涡流损失,设计结果相对准确一些。Glauert 理论考虑了风轮后涡流流动，但忽略了叶片翼型阻力和叶稍损失的影响,对叶片外形影响较小,对风轮效率影响却较大。Wilson在 Glauert 理论基础上作了改进，研究了叶稍损失和升阻比对叶片最佳性能的影响，并且研究了风轮在非设计工况下的性能，是目前最常用的设计理论。 (2)结构设计 目前大型风电叶片的结构都为蒙皮主梁形式，如图1 所示为典型的叶片构造形式。蒙皮主要由双轴复合材料层增强，提供气动外形并承担大部分剪切载荷。后缘空腔较宽，采用夹芯结构，提高其抗失稳能力，这与夹芯结构大量在汽车上应用类似。主梁主要为单向复合材料层增强，是叶片的主要承载结构。腹板为夹芯结构，对主梁起到支撑作用。 典型叶片剖面构造形式 结构铺层校核对叶片结构设计来说也必不可少。前在校核方面，大多用通用商业有限元软件，比如ANSYS、NASTRAN、ABAQUS 等。对叶片进行校核时，考虑单层的极限强度、自振频率和叶尖挠度，分析模型有壳模型和梁模型等，并且能够做到这两种模型的相互转换，如图 2,3所示。与其他叶片结构相比，目前大型叶片的中空夹芯结构具有很高的抗屈曲失稳能力，较高的自振频率，这样设计出来的叶片相对较轻。有限元法可用于设计，但更多用于模 拟分析而不是设计，设计与模拟必须交叉进行，在每一步设计完成后，必须更新分析模型，重新得到铺层中的应力和应变数据，再返回设计，更改铺层方案，再分析应力和变形等，直到满足设计标准为止，如图 4 所示。因为复合材料正交各向异性的特殊性，叶片各铺层内的应力并不连续，而应变则相对连续，所以叶片结构校核的失效准则有时候完全采用应变失效准则。 （3）材料选择 风电叶片发展初期，由于叶片较小，有木叶片、布蒙皮叶片、钢梁玻璃纤维蒙皮叶片、铝合金叶片等等，随着叶片向大型化方向发展，复合材料逐渐取代其他材料几乎成为大型叶片的唯一可选材料。复合材料具有其它单一材料无法比拟的优势之一就是其可设计性，通过调整单层的方向，可以获得该方向上所需要的强度和刚度。更重要的是可利用材料的各向异性，使结构不同变形形式之间发生耦合。比如由于弯扭耦合，使得结构在只受到弯矩作用时发生扭转。在过去，叶片横截面耦合效应是一个让设计人员头疼的难题，设计工程想方设法消除耦合现象。但在航空领域人们开始利用复合材料的弯扭耦合，拉剪耦合效应，提高机翼的性能。在叶片上，引人弯扭耦合设计概念，控制叶片的气弹变形，这就是气弹剪裁。通过气弹剪裁，降低叶片的疲劳载荷，并优化功率输出。 玻璃纤维增强塑料(玻璃钢)是现代风机叶片最普遍采用的复合材料，玻璃钢以其低廉的价格，优良的性能占据着大型风机叶片材料的统治地位。但随着叶片逐渐变大，风轮直径已突破 120m，最长的叶片已做到，叶片自重达18t。这对材料的强度和刚度提出了更加苛刻的要求。全玻璃钢叶片已无法满足叶片大型化，轻量化的要求。碳纤维或其它高强纤维随之被应用到叶片局部区域，如 NEG Micon NM 长叶片，长叶片都在高应力区使用了碳纤维。由于叶片增大，刚度逐渐变得重要，已成为新一代 MW 级叶片设计 的关键。碳纤维的使用使风电叶片刚度得到很大提高，自重却没有增加。Vestas 为机型配套的 44m 系列叶片主梁上使用了碳纤维，叶片自重只有 6t，与 V802MW,39m 叶片自重一样。美国和欧洲的研究报告指出，含有碳纤维的承载玻璃纤维层压板对于 MW 级叶片是一个非常有效的选择替代品。在公司资助的研究计划10中指出，直径为 120m 风轮叶片部分使用碳纤维可有效减少总体自重达 38%，设计成本减少14%。但碳纤维价格昂贵，极大地限制其在风机叶片上的使用。 现今碳纤维产业仍以发展轻质、良好结构和热性质佳等附加值大的航空应用材料为主。但许多研究员却大胆预言碳纤维的应用将会逐步增加。风能的成本效益将取决于碳纤维的使用方式，未来若要大量取代玻璃纤维，必需低价才具有竞争力。 篇三：风电规范风电标准 一、风电标准体系建设 随着风电产业的快速发展及日趋成熟，我国已基(转载于: 小 龙文档 网:风力发电,设计规范)本形成了较为完整的风电标准体系。国家能源局组织成立能源行业风电标准化技术委员会，提出了我国风电标准体系框架，主要包括 6 大体系 29 大类，涵盖风电场规划设计、风电场施工与安装、风电场运行维护管理、风电并网管理技术、风力机械设备、风电电器设备等风电产业的各个环节。我国风电标准体系框架如表 2-1 所示。 二、风电技术标准制定 截至 XX 年底，我国已发布风电技术标准 41 个，待批3 个，在编 6 个。其中，风电场规划设计体系标准 21 个，风电场施工与安装体系标准 5 个，风电场运行维护管理体系标准 1 个，风电并网管理技术体系标准 3 个，风力机械设备体系标准 1 个，风电电器设备体系标准 9 个。 国标建设 XX 年 12 月，国家标准化管理委员会批准发布风电场接入电力系统技术规定 （GB/Z 1996 3-XX） 。 新国标对于低电压穿越、接入系统测试等都提出了更多和更严格的标准。针对脱网事故，新国标提出了低电压穿越方面的约束，要求风电场并网点电压跌至 20标称电压时，风电场内的风电机组应保证不脱网连续运行 625ms，特别的，要求风电场并网点电压在发生跌落后 2s 内能够恢复到标称电压的 90%时，风电场内的风电机组应保证不脱网连续运行。针对接入系统测试， 新国标提出了当接入同一并网点的风电场装机容量超过 40 兆瓦时，需要向电力系统调度机构提供风电场接入电力系统测试报告，累计新增装机容量超过 40 兆瓦时，需要重新提交测试报告。新国标发布后一直争议不断，特别是对并网影响最大的低电压穿越要求，会否导致风电产业格局重新洗牌，暂停运行的风电机组能否重新并网，这些问题都引发行业内热烈的讨论。 行标建设 XX 年 8 月，国家能源局召开能源行业风电标准技术委员会一届二次会议，发布 18 项风电并网设计技术规范。大型风电场并网设计技术规范 、 风电场电能质量测试方法等行标正式发布。 风电信息收集和提交技术规定 、风电调度运行管理规范 、 风电功率预测系统功能规范等三个行标待批。 行标的发布进一步完善和补充了风电安装运营、维护管理、并网运行等方面的技术标准，为进一步建立和完善我国风电行业标准、检测、认证管理体系，规范风电行业的发展奠定了基础，对于保障电网安全稳定运行，促进风电与电网协调发展创造了条件。 企标建设 在国家和行业标准颁布相对滞后的情况下，国家电网公司加快研究建设风电企业标准体系。 建立了适应我国风电接入及调度