Page 129 - 新能源风力发电技术与自动化技术研究

第三章 风力发电机组设计与优化

力发电机简单，因其风轮旋转轴垂直于地面或者气流的方向，在风向改变时无需
对风，从而减少了风轮对风时的陀螺力。
（二）风力发电机的设计

1. 风力发电机总体设计
主轴的方向布置对发电机设计有一定的影响，水平轴风力发电机的设计特点
是旋转轴处于水平位置并且与叶片垂直、与地面平行；而垂直轴风力发电机的设
计特点是从桨叶调整的角度出发，分别为 4.12%，5.28%，6.66% 和 8.76%，以此

来获得最大的输出功率。在容量方面，风力发电机的设计亦有不同之处。小型风
力发电机组整个系统的设计需要从风机的风轮、发电机和回转部分的设计，风机
的调速方法以及风机的控制与变流问题和风机的稳定问题等几个方面来探讨；大
型风力发电机的直驱机组采用三叶片、上风向、变桨距调节、直接驱动和同步永

磁发电机并网的总体设计方式。在功率调节方面，风力发电机设计思路如下：变
桨距风机的设计因本身有失速特性，所以桨叶的迎风角度在风速变化时不随之变
化，而且并网发电时桨叶在 0°附近不断进行调节和连续变桨，这样的设计使变
桨距风机可以通过调整桨叶的角度来调整风机出力；定桨距定速机型风机的设计

特点是桨叶与轮毂固定连接在一起，所以桨叶的角度不会随着风速的变化而变化，
并且其桨叶经过特殊的设计，可以依靠气动特性保持叶轮转速相对不变。当风速
超过额定值时，叶片会通过自动失速来调节功率，防止转速过快造成过载，这种
又称失速式风机。

2. 风力发电机部件设计
叶轮是风力发电机最重要、最昂贵的部件，单个部件约占整个风力机成本的
20%，所以设计性能优良的叶轮至关重要。叶轮的设计特点是有高效的接受风能
翼型、合理的安装角以及科学的升阻比和尖速比。叶片要具备重量轻、结构强度

高、易安装、易维修和制造成本低等特点来满足叶轮的设计。截至 2011 年年底，
我国大型风力发电机叶片制造主要集中在以下四家：第一家是华锐风电；第二家
是泰玛科技；第三家和第四家分别是东方电气新能源设备公司和联合动力。在制
造风机的工艺方面，截至 2015 年年底，Vestas 公司是全球最大的风机制造商，

其次是华锐、泰玛科技和歌美飒。近几年全球十大风机制造商中，Vestas 风机制
造依旧是领头羊。机舱是风力发电机主要的传动控制及发电部分，由增速器、联
轴器、制动器调速装置和发电机等构成。机舱内部设有消声设施，具有良好的通

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