风电机组

译者序第1部分基础风能资源、设计、安全与可靠性第1章风电场开发的气象学与风资源评估1.1引言1.2风气候评估1.2.1国家评估1.2.2地方风气候评估1.2.3站点评估1.3从风气候到风资源1.3.1就地测量1.3.2空间和时间推断1.3.3垂直推断1.4风电场布局1.5海上风电场的特殊考虑1.6短期预测1.7未来趋势1.8致谢1.9参考文献第2章风力机设计与建设的场地调研、特性描述及评估2.1风能土建设计介绍2.2风能岩土工程勘察2.2.1岩土工程设计参数2.2.2岩土工程调研与报告2.3风力机基础2.3.1基础类型2.3.2基础分析与设计2.4土建设计与微观选址2.4.1通道与起重机垫2.4.2集电系统2.4.3风力机与集电系统的接口及风力机接地2.5更多信息和建议的来源2.6参考文献第3章风力机的气动弹性力学和结构动力学3.1引言3.2风力机结构动力学3.2.1应用梁理论的风力机部件的有限元方法（FEM）模型3.2.2风力机动力学3.3风力机运行条件下的气动弹性3.3.1气动弹性耦合和非线性时域分析3.3.2特征根稳定性分析3.4改进的气动弹性设计和建设的应用3.4.1引言3.4.2风力机正常运行时的固有气动弹性频率和阻尼——一般的气动弹性不稳定3.4.3载荷输入和载荷工况的特征3.4.4改善弹性响应的方法3.5未来趋势3.5.1采用表面或者边界层控制以减小载荷3.5.2采用弯曲/变桨距耦合的柔性叶片3.5.3集成设计3.5.4变桨或失速控制3.5.5漂浮型风力机3.6更多信息和建议的来源3.7参考文献第4章风力机尾流和风电场空气动力学4.1引言4.2一维动量理论4.3叶素动量理论4.3.1叶尖校正4.3.2湍流尾流4.3.3偏航误差4.3.4动态尾流4.3.5风入流4.3.6翼型数据4.4风力机风轮计算流体力学建模4.5风电场空气动力学4.6风电场气流与湍流仿真4.6.1三台风力机一排4.6.2多台风力机一排4.7未来趋势4.8更多信息和建议的来源4.9致谢4.10参考文献第5章风力机疲劳载荷5.1引言和概述5.2损伤模型5.3短期载荷分布5.4长期载荷分布5.5疲劳寿命评估5.6结论5.7参考文献第2部分风能系统材料、设计和部件开发第6章风力机风轮的气动设计6.1引言6.2发展现状6.3风轮设计过程中使用的模型和元素6.3.1风轮空气动力学6.3.2风轮空气动力学设计中的重要参数6.3.3翼型性能6.3.4设计叶尖速比6.3.5风轮尺寸、控制和约束6.3.6叶片数选择6.3.7风轮设计评估6.4风轮设计过程举例6.4.1步骤1：风气候6.4.2步骤2：风轮/发电机大小6.4.3步骤3：风轮控制6.4.4步骤4：设计约束6.4.5步骤5：选择叶片数目6.4.6步骤6：升力与翼型设计选择6.4.7步骤7：设计叶尖速比的选择6.4.8步骤8：叶片单点设计6.4.9步骤9：叶片设计的评估6.5未来趋势6.6更多信息来源6.7致谢6.8命名法6.9参考文献第7章风力机传动链系统7.1引言7.2齿轮箱和轴承系统7.2.1齿轮箱、轴、轴承7.2.2多级齿轮7.2.3传动链轴承概念7.2.4传动链可能的机械失效、预测及缓解7.2.5振动7.2.6油质7.2.7噪声监测7.3电力电子系统7.4发电机基本特性7.4.1笼型转子感应发电机7.4.2绕线转子感应发电机7.4.3同步发电机7.4.4多极同步电机7.4.5电励磁同步发电机7.4.6永磁同步发电机7.4.7其他潜在的发电机类型7.5电能变换系统7.5.1没有电力电子接口的多级齿轮感应发电机7.5.2多级齿轮双馈感应发电机（DFIG）系统7.5.3多级齿轮高速发电机和全功率电力电子系统7.5.4直驱低速同步发电机和全功率电力电子系统7.5.5混合齿轮传动中速同步发电机和全功率电力电子系统7.5.6电气系统的状态监测7.6发电系统优化7.7结论和未来趋势7.8参考文献第8章风力机控制系统与技术8.1引言8.2仪器8.2.1传感器8.2.2驱动器8.3控制目标8.4常规风力机控制8.4.1发电机转速滤波8.4.2额定工况以下控制8.4.3额定工况以上控制8.4.4满载/部分载荷选择器8.5降低载荷的先进控制8.5.1传动链阻尼8.5.2塔架前后阻尼8.5.3塔架侧向阻尼8.5.4降低叶片载荷8.6未来趋势8.7参考文献第9章风力机塔架的设计、安装和维护9.1引言9.2桁架式塔架9.2.1概述9.2.2装配9.3圆筒式塔架9.3.1塔架安装9.3.2短塔架9.3.3海上塔架9.4风力机塔架上的载荷状况9.4.1塔架的疲劳载荷分析9.4.2设计要求9.5法兰盘连接9.5.1概述9.5.2法兰类型9.5.3设计9.5.4最终极限状态9.5.5疲劳极限状态9.6定期监测9.6.1法兰缺陷改造9.7参考文献第3部分风能系统运行和维护、性能评估及优化第10章风能系统的可靠性、可维护性及运行和维护策略10.1引言10.2浴盆曲线概念10.3可靠性和可维护性工程在风能系统中的作用10.3.1风能系统可靠性和可维护性方面10.4系统工程10.5运行和维护的问题和策略10.5.1维护方法10.5.2维护措施的分类10.6在可持续和有竞争力的能源供应中的成本效益维护10.7为风力发电系统改进设计和建设的努力10.7.1设计和开发10.7.2生产和建设10.7.3运行和维护10.8未来趋势10.9更多信息和建议的来源10.10致谢10.11参考文献第11章风力机状态监测系统及技术11.1引言11.2状态监测的度量衡11.2.1功率和风速测量11.2.2机舱振动测量11.2.3振动11.2.4轴转速及位置11.2.5油监测11.3状态监测算法11.3.1功率特性监测11.3.2机舱振动监测11.3.3传动链监测11.3.4电气部件监测11.3.5分类11.4状态监测标准和技术指南11.4.1IEC 61400?25通信标准11.4.2状态监测系统认证11.5状态监测的未来趋势11.5.1新的传感器技术11.5.2状态监测系统集成11.5.3状态监测新挑战11.6参考文献第12章风力机空气动力学行为建模与设计的性能评估和知识管理——IEA经验12.1引言12.2空气动力学测量12.2.1入流条件12.2.2气动力12.2.3攻角12.2.4动压力和无量纲化12.2.5气流可视化12.3现场风轮空气动力学数据库12.3.1测试矩阵12.3.2提供的数据12.3.3结果12.4特殊风气候/高风区域的数据库12.4.1地形复杂度12.4.2极端风速地图12.4.3极端风速数据库12.5未来趋势12.6参考文献第13章风力机在低风速环境下运行的优化设计13.1引言13.2起动的空气动力学建模13.3对于功率和起动的叶片优化设计13.4实际叶片的设计、建造与性能13.5更大型叶片的多维设计13.6结论13.7致谢13.8参考文献第14章寒冷气候条件下风力机优化设计14.1寒冷气候对风力机设计与运行的影响14.1.1寒冷气候对风力机的一般影响14.1.2寒冷气候条件下风力机的特殊要求14.1.3已建设或计划建设于寒冷气候中的风电场14.2结冰对风力机的影响14.2.1结冰的一般特点14.2.2结冰参数14.2.3结冰事件14.2.4结冰类型14.2.5海上结冰14.2.6结冰检测14.2.7风力机上的冰增长14.3结冰对空气动力学和载荷的影响14.3.1光滑的冰（釉冰）14.3.2粗糙的冰（雾凇）14.3.3覆冰风轮性能评估程序14.4结冰对发电量的影响14.5防冰和除冰系统设计及性能14.5.1系统评估14.5.2设计流程14.5.3在防冰设计流程中引入气动弹性分析14.6防冰系统概念、比较与讨论14.6.1实用的风力机IPS14.7防冰系统的紧急解决方案14.7.1机翼LE部的充气橡胶靴和可控制表面（气动除冰系统）14.7.2微波14.7.3低表面附着度材料14.7.4间歇性（周期性）热空气加热14.7.5防冰系统的可再生性14.8甩冰与结冰风险14.9寒冷气候下的能量损失和经济风险14.10参考文献第4部分海上风能系统设计、建设、运行和维护第15章海上环境载荷与风力机设计：风、波浪、水流及冰的影响15.1引言15.2环境载荷概述15.3风15.3.1风电场的描述15.3.2风速随高度的变化15.3.3湍流15.3.4极端风速和阵风15.4波浪15.4.1波浪，海的表面15.5海流15.6水动力载荷15.6.1衍射15.7长期波浪描述15.8冰载荷15.9参考文献第16章海上风能系统支撑结构的设计、施工和安装16.1引言16.2支撑结构类型16.2.1分类16.2.2固定支撑结构16.3设计方法和技术16.3.1设计理念16.3.2基础的尺寸16.3.3周期性载荷下基础的运行特性分析16.4特定场地设计优化16.4.1设计准则16.4.2结构布局16.5基础安装技术16.5.1单桩基础的安装16.5.2钢架结构基础的安装16.5.3重力式基础的安装16.5.4吸力桶的安装16.6未来趋势16.7更多信息和建议的来源16.8参考文献第17章海上风电场的综合规划与设计17.1引言17.2系统、团队和过程概述17.2.1海上风电场的组成和流程17.2.2人员与交流17.2.3海上风能开发的设计和规划过程17.3海上风电场设计和背景17.3.1设计过程的基本原则17.3.2陆上风能与海上风能的差异17.3.3非技术性问题17.4风电场设计和集成（具体场地）17.4.1集成设计：是什么和不是什么17.4.2准备和场地选择17.4.3概念设计17.4.4初步设计17.5海上风电场技术开发（通用目的）17.5.1具体场地设计集成的差异17.5.2集成工具间的相关性17.5.3案例分析17.5.4实际的技术开发17.6未来趋势17.6.1背景及需求的发展17.6.2设计目标和组织的发展17.6.3设计方法的发展17.6.4技术趋势17.7更多信息和建议的来源17.8参考文献第18章海上风能系统的运行和维护18.1引言18.1.1海上风电场及其运行和维护18.1.2运行和维护的关键指标18.2运行和维护事项18.2.1维护类型18.2.2运行和维护计划的开发18.2.3故障维护18.2.4基于状态的维护18.3运行和维护模型与策略18.3.1建模方法18.3.2ECN运行和维护工具18.4采集运行经验18.4.1为什么将运行经验用于运行和维护的优化18.4.2运行和维护数据18.4.3状态监测数据18.4.4后勤数据18.5具体站点运行和维护的优化及未来趋势18.5.1近海风电场18.5.2远海风电场18.5.3运行和维护建模对应真实情况18.6参考文献

风力发电是近年来发展最快的可再生能源形式之一，也是最具规模化应用前景的能源形式之一，在当前和未来的能源结构中发挥着越来越重要的作用。随着风力发电在电力供应中的比例不断提高，如何通过设计和施工建设的优化，更好地保证风力发电运行的安全性与可靠性已经成为产业面临的关键问题。本书深入全面地介绍了风能开发利用过程中可能涉及的多个技术方面，从风资源的评估、风电场的选址方法，以及气动弹性力学、空气动力学和疲劳载荷对于风能系统安全可靠性的影响，到风能系统分部件的设计和开发，以及施工安装及机组运行维护问题都进行了深入全面的论述，并且讨论了低风速环境和寒冷气候条件下风能系统的性能评估和优化路线，针对海上风电及其相关环境问题，论述了海上风能系统的发展、施工安装方法、海上风电运行和维护的关键问题和策略等内容。本书既包括理论分析，也有工程经验，同时说明了最新发展趋势和相关信息，有助于读者全面理解风力发电的系统知识。本书适合从事风能技术研究、设计、建设、运行和维护的科研人员、工程师和专业学者阅读参考，也可作为高等院校相关专业教师和本科生、研究生的参考书。