风力发电机组的基本理论

风力发电机组基本理论可以概括为能量转换和传输理论，包括风能捕获理论、能量传递理论和机电能量转换理论。

1.风能捕获理论

风能捕获理论为了解决风力机的设计问题。

风能捕获理论包括流体力学的基本方程，即连续方程、运动方程和能量方程。它们是基本物理定律——质量守恒定律、牛顿第二定律和能量守恒定律在流体力学领域的数学描述。应用流体力学的基本方程可以建立风能捕获过程的动态数学模型，通过求解数学模型，能得到风力机周围的速度场和压力场的数值解，进而求得风力机捕获风能的多少以及风力机本身的力学特性。

在风力机的设计实践中，学者们针对风力机的特点，提出了一些简化理论，如制动盘理论、旋转圆盘理论和叶素-动量定理等。应用这些理论可以建立风能捕获过程的静态模型，通过求解数学模型，能得到某些解析表达式，使风力机的设计变得更加直观和方便。

应用上述理论可以研究风力机的空气动力特性；研究变桨距、偏航过程的能量转换规律；研究湍流和阵风对能量转换的影响；研究风暴、盐雾、沙尘、覆冰条件下的能量转换特征。目的是不断改进风力机的设计，最大限度地捕获风能，有效地延长风力发电机组的使用寿命。

经过长期的实践，风力机叶片设计技术已经得到很大的发展。从前期的“先形状后结构”以及“牺牲气动性能换取结构优化”的方法发展到全局寻优的设计方法，同时进行形状和结构优化。实现能量输出最大化和成本最小化。

2.能量传递理论

能量传递理论为了解决主传动系统的设计问题。(www.xing528.com)

能量传递理论包括弹性力学的基本方程，即平衡微分方程、几何方程、物理方程以及相应的边界条件。应用弹性力学的基本方程可以建立柔性传动系统的数学模型，通过求解数学模型，能得到柔性传动系统的数值解，进而求得柔性传动系统动态响应和进行振动模态分析。

在一定条件下，可以部分或全部忽略主传动系统的弹性，建立刚性传动系统的数学模型，从而使设计计算得到简化。

应用上述理论可以分析有齿轮箱和无齿轮箱能量传递特征，定传动比模型和变传动比模型能量传递特征，非功率分流模型和功率分流模型能量传递特征，低速轴制动和高速轴制动能量传递特征。目的是减少冲击和增加能量传递系统的稳定性，提高能量传递效率。

3.机电能量转换理论

机电能量转换理论解决发电系统的设计问题。

机电能量转换理论包括电磁学的基本方程，即电压方程、磁链方程、运动方程和电磁转矩方程。应用电磁学的基本方程可以建立发电系统的数学模型，通过求解数学模型，能得到发电系统输出电流、电压和功率数值解，进而求得发电系统动态响应特性。

应用相量理论或矢量变换方法可以简化发电系统的数学模型，从而使设计计算和发电系统的控制得到简化。

应用上述理论可以分析研究机械能向电能的转换过程。重点研究以双馈发电机为主的异步发电机和以永磁发电机为主的同步发电机能量转换关系；研究用于风力发电的内转子和外转子永磁发电机运行特性；研究优化转差、直流励磁、交流励磁电磁场特性及变速功能；研究各种整流器和逆变器的能量传输功能及其特点。目的是提高供电质量，提高能量传递效率，提高发电系统的可靠性。