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第1章 风能简介1

1.1 风力机的基本结构与发电原理2

1.2 风能利用的历史5

1.3 风力机的分类7

1.4 风力机的技术规格11

1.5 风力机的标准与认证13

1.6 不间断电能供应的需求18

1.7 电力传输的制约因素19

1.8 美国的电力负荷20

1.9 美国总的日负荷23

1.10 最大负荷23

1.11 商业负荷与工业负荷24

1.12 民用负荷25

1.13 电网系统26

1.14 偏远地区的独立电源27

1.15 风能的环境和生态评估28

1.16 绿色能源技术的必要性28

1.17 风能的发展趋势29

1.18 风能的政策走向29

1.19 财政扶持和投资回报30

1.20 绿色能源投资回报期的计算31

1.21 风能的税赋考虑33

1.22 绿色技术岗位的技能需求35

1.23 风能产业的工作岗位36

第2章 风能资源与风力机选址42

2.1 风能的基本物理特性42

2.2 风的特性45

2.3 与风电系统相关的地理因素46

2.4 风速变化47

2.5 风速的季节变化和年度变化特性47

2.6 风速的昼夜变化47

2.7 紊流48

2.8 阵风风速48

2.9 极端风速48

2.10 风速预测49

2.11 风场的尾流效应50

2.12 复杂地形引起的紊流52

2.13 根据需求选定风场装机容量52

2.14 如何确定一个地区的可利用风能54

2.15 影响风电的地方性法规55

2.16 风力机选址要求56

2.17 选定合适的风力机安装地点56

第3章 垂直轴及水平轴风力机的运行60

3.1 风力机叶片概述60

3.2 风力机的类型64

3.3 垂直轴风力机67

3.4 水平轴风力机69

3.5 叶片的几何设计71

3.6 叶片的数量71

3.7 叶片类型比较74

3.8 单叶片、双叶片和三叶片风力机的优缺点75

第4章 风力机的性能79

4.1 恒速运行79

4.2 风力机叶片的转动原理80

4.3 攻角和叶片节距角80

4.4 叶片节距控制80

4.5 变风速情况下风力机的运行83

4.6 发电量估测84

4.7 风力机测试85

4.8 风力机的紊流问题86

4.9 如何确定风力机的最佳性能87

第5章 水平轴风力机的主要部件92

5.1 水平轴风力机概述93

5.2 机舱和机舱底座94

5.3 转子轮毂和叶片类型95

5.4 叶片的数量96

5.5 叶片节距控制97

5.6 转速及其控制99

5.7 叶片的独立变桨控制99

5.8 基于负荷效率的节距控制100

5.9 偏航机构100

5.10 偏航驱动101

5.11 偏航控制101

5.12 偏航制动102

5.13 数据采集和通信102

5.14 风速计和风向仪103

5.15 风力机监控和数据采集（SCADA）系统105

5.16 风力机控制系统105

5.17 可编程序控制器（PLC）的基本原理106

5.18 PLC的输入与输出111

5.19 PLC模拟控制113

5.20 基于PLC反馈控制的风力机控制115

5.21 基于PLC的功率控制116

5.22 叶尖速的优化117

5.23 基于PLC的叶片转矩优化117

5.24 PLC程序存储及永久性存储器117

5.25 发电机励磁控制118

5.26 液压控制118

5.27 液压系统在风力机中的作用118

5.28 液压泵122

5.29 方向控制装置127

5.30 基于液压电磁阀的电气控制134

5.31 液压缸和液压马达135

5.32 液压比例控制阀136

5.33 风力机的制动器139

第6章 发电机144

6.1 交流电与直流电概述145

6.2 “交流”的含义146

6.3 交流电的频率146

6.4 电磁理论介绍147

6.5 直流发电机151

6.6 交流电动机155

6.7 交流发电机160

6.8 异步交流发电机164

6.9 同步发电机165

6.10 双馈感应发电机166

6.11 永磁同步发电机166

6.12 使用交流发电机发出直流电167

第7章 齿轮箱与直驱系统169

7.1 齿轮箱的作用170

7.2 齿轮传动比的作用171

7.3 齿轮类型172

7.4 斜齿行星齿轮178

7.5 轴承181

7.6 差动齿轮箱与直齿圆柱齿轮188

7.7 主齿轮箱188

7.8 传动链189

7.9 直驱系统191

第8章 电网与风电并网195

8.1 了解电网196

8.2 智能电网200

8.3 变压器及输配电基本设备202

8.4 并网导则的原则和规范208

8.5 国家电气规范和电网其他要求208

8.6 建筑供电和居民供电209

8.7 输配电中的开关与并网210

8.8 电力部门的电能计量211

8.9 电能质量概述212

8.10 频率和电压控制213

8.11 电压、有功和无功功率214

8.12 低电压穿越215

8.13 闪变和电能质量215

8.14 接地系统216

8.15 地下线路217

8.16 电力线路敷设218

8.17 架空线路218

8.18 风电场变电站219

8.19 民用及商用单电源电力系统220

第9章 塔架的形式、设计与安全223

9.1 风力机塔架的类型224

9.2 塔架的基础和混凝土基座242

9.3 塔架的攀爬245

9.4 塔架工作安全及攀爬安全249

9.5 风力机的安全防雷255

9.6 超速保护和塔架过负荷控制257

9.7 塔架周边的鸟类安全260

9.8 塔架维护261

第10章 风力机设备与风电场264

10.1 项目开发265

10.2 风电场选址评估265

10.3 选址问题265

10.4 视觉及景观评估266

10.5 小型民用风力机267

10.6 自制风力机268

10.7 商用风力机270

10.8 风电场271

10.9 美国海上风电279

10.10 欧洲大型海上风电场279

第11章 风电机组的安装、故障诊断与维修284

11.1 风力机的安装步骤285

11.2 故障诊断概述296

11.3 故障诊断流程298

11.4 症状与问题之间的区别300

11.5 故障诊断表与故障诊断矩阵的使用300

11.6 风力机转换与传动故障诊断301

11.7 机械及塔架故障诊断302

11.8 电气故障诊断303

11.9 液压故障诊断306

11.10 风电系统的周期性维护307

11.11 风力机大修310

第12章 风力机的电气与电子基础知识313

12.1 基本概念及简单电路314

12.2 电压、电流与电阻的测量319

12.3 基于欧姆定律的电压、电流与电阻计算方法323

12.4 电路基础327

12.5 串联电路328

12.6 并联电路331

12.7 串-并联电路335

12.8 电容及容性电抗336

12.9 交流电路中的电阻与电感338

12.10 阻抗及感性电路的阻抗计算339

12.11 交流电路中的有功功率与视在功率339

12.12 功率因数计算339

12.13 基于电抗与电容的功率因数调节340

12.14 无功功率340

12.15 三相变压器340

12.16 继电器与接触器的原理与特性344

12.17 电动机起动器的作用349

12.18 熔断器353

12.19 逆变器与电路中的电子元器件356

12.20 二极管整流技术359

12.21 发光二极管364

12.22 PNP型与NPN型晶体管364

12.23 晶闸管366

12.24 三端双向晶闸管369

12.25 实现直流-交流电能变换的逆变器371