低风速风力发电机组原理及总体设计

风能开发有巨大的经济、社会和环保价值及发展前景。我国陆上可开发的风资源地区大多数属于低风速区，因此低风速风力发电机组的开发与研究对风资源的合理开发将发挥重要的作用。低风速风力发电机组结构原理更加复杂，关键部件承载力强，载荷控制技术要求更加严格。本书共7章，从低风速风力发电机组的发展形势、基础理论、设计方法、载荷分析以及机组选型等方面阐述机组的设计原理。同时，本书注重理论与实践相结合，基于多年研制高效低风速风力发电机组的创新历程，归纳总结低风速风力发电机组的理论和总体设计技术的实践成果，希望为我国低风速风力发电机组研究领域尽绵薄之力。
本书可作为风电专业的学习和培训教材使用，也可供有关技术人员参考。

前言
第1章 低风速风力发电机组定义及构成 1
1.1 低风速风电市场形势 1
1.1.1 风电新增装机容量规划 1
1.1.2 重点开发区域规划 2
1.1.3 上网电价 3
1.2 低风速风力发电机组定义及特点 3
1.2.1 超大风轮的柔性叶片设计 3
1.2.2 高效传动链系统设计 4
1.2.3 载荷主动控制的主控控制系统开发 4
1.3 低风速风力发电机组分类 4
1.3.1 双馈式低风速风力发电机组 5
1.3.2 直驱式低风速风力发电机组 6
1.3.3 半直驱式低风速风力发电机组 7
第2章 低风速风力发电机组基础设计理论 9
2.1 能量转化和传输理论 9
2.1.1 风能捕获理论 9
2.1.2 能量传递理论 15
2.1.3 风力发电机组尾流 19
2.1.4 传动链数学模型 21
2.1.5 电机的能量转化 23
2.1.6 变流器的能量传递 24
2.2 低风速风力发电机组结构动力学设计理论 25
2.3 智能控制运行理论 29
2.3.1 低风速风力发电机组的运行区域 29
2.3.2 理想状态下的控制策略 30
参考文献 32
第3章 低风速风力发电机组设计方法及准则 33
3.1 低风速风力发电机组设计方法 33
3.1.1 设计内容 33
3.1.2 设计步骤 39
3.1.3 设计原则 40
3.1.4 设计方法 42
3.2 低风速风力发电机组设计准则 44
3.2.1 低风速风力发电机组等级分类准则 44
3.2.2 低风速风力发电机组设计外部条件准则 48
参考文献 52
第4章 低风速风力发电机组总体系统设计 53
4.1 总体技术设计 53
4.1.1 设计风速 53
4.1.2 风轮转速 55
4.1.3 发电机额定转速 55
4.1.4 并网电压 56
4.1.5 塔筒高度 58
4.2 总体布局设计 58
4.2.1 总体布局原则 59
4.2.2 风力发电机组的典型布局 59
4.3 低风速独特功能设计 59
4.3.1 独立变桨 59
4.3.2 双模控制 62
4.3.3 主控状态监测系统 62
4.3.4 全变量监测系统 64
4.4 整机一体化设计 65
4.4.1 一体化设计方法 66
4.4.2 主要功能模块设计方法 68
4.4.3 整机系统一体化寻优设计 71
4.5 安全性设计 75
4.5.1 控制系统 75
4.5.2 安全系统 76
4.5.3 防雷系统 77
参考文献 79
第5章 低风速风力发电机组载荷计算及处理 80
5.1 载荷概述 80
5.1.1 载荷分类 80
5.1.2 设计风况和载荷工况 83
5.1.3 载荷及其坐标系 87
5.2 载荷分析 89
5.2.1 疲劳载荷 89
5.2.2 极限载荷 92
5.2.3 载荷叠加 93
5.3 载荷计算 94
5.3.1 仿真建模 95
5.3.2 仿真计算 100
5.3.3 仿真后处理结果 103
5.4 载荷优化 115
5.4.1 基于控制策略的载荷优化 116
5.4.2 基于控制参数的载荷优化 121
5.5 本章小结 126
第6章 低风速风力发电机组测试与验证 127
6.1 DVP工作流程 127
6.2 工厂出厂测试 128
6.2.1 整机联调测试 128
6.2.2 传动链测试 132
6.2.3 叶片模态测试 133
6.2.4 全功率试验 136
6.2.5 低电压穿越/高电压穿越评估测试 137
6.3 风场测试 140
6.3.1 安全与功能测试 140
6.3.2 整机性能测试 142
第7章 低风速风电场方案设计与机组选型 160
7.1 低风速风电场设计 160
7.1.1 低风速风电场设计特点 160
7.1.2 低风速风电场测风及选址方案设计 162
7.1.3 低风速风电场风资源评估 167
7.1.4 低风速风电场微观选址和机位排布 169
7.1.5 低风速风电场投资收益优化设计 171
7.2 低风速风力发电机组特征与选型 174
7.2.1 低风速风力发电机组特征 174
7.2.2 低风速风力发电机组选型 177