风力发电机组的能量转换与传输

图1-1 风力发电机组的能量转换和传输

风力发电机组的能量转换和传输如图1-1所示。风力机所捕获的是风的动能，风的动能大小可以由风功率来表示。风功率是指单位时间内，以速度v垂直流过截面A的气流所具有的动能。因为在t时间内，以速度v垂直流过截面A的气流所具有的动能为

式中 W——风能，单位为J；

ρ——空气密度，单位为kg/m³；

v——来流速度，单位为m/s；

A——面积，单位为m²。

所以风功率

由式（1-1）可见风功率与风速的三次方成正比。当风以一定的速度吹向风力机时，在风轮上产生的力矩驱动风轮转动。将风的动能变成风轮旋转的动能，二者都属于机械能。风轮的输出功率为

P_r=M_roΩ

式中 P_r——风轮的输出功率，单位为W；

M_ro——风轮的输出转矩，单位为N·m；

Ω——风轮的角速度，单位为rad/s。(www.xing528.com)

风轮的输出功率通过主传动系统传递。主传动系统可能使扭矩和转速发生变化，于是有

P_m=M_mΩ_m=M_rΩ_rη_m （1-2）

式中 P_m——主传动系统的输出功率，单位为W；

M_m——主传动系统的输出转矩，单位为N·m；

Ω_m——主传动系统的高速轴角速度，单位为rad/s。

η_m——主传动系统的总效率。

主传动系统将动力传递给发电系统，发电系统把机械能变为电能。发电系统的输出功率为

式中 P_e——发电系统的输出功率，单位是W；

U——发电系统三相绕组上的输出线电压，单位是V；

I——发电系统三相绕组上的输出线电流，单位是A；

cosφ——功率因数；

η_e——发电系统的总效率。

对于并网型风力发电机组，发电系统输出的电能经过变压器升压后，即可输入电网。