第1章 绪论
? 风力发电过程中，风轮将风能转化机械能，发电机将机械能转化电能 ? 在能量转化与传递过程中，风能的特性是决定因素
? 自然风是一种随机的湍流运动，影响风电机组中机械设备、电气设备的稳定性，对电网
造成冲击
? 风能是太阳能的一种表现形式
? 风能密度高低关系到风电度电成本高低
1.1 风的形成
? 温度不是独立参量，而是系统的几何参量、力学参数、化学参数和电磁参量的函数 ? 大气运动遵循大气动力学和热力学变化的规律。空气运动与大气压力的分布及变化 ? 静力学方程： dp??pgdz
1. 当dz>0时，dp<0，即气压是随高度的增加而减小的。 2. 气压随高度增加而减少的快慢主要取决于空气的密度。
3. 某一高度z上的气压等于从该高度直到大气上界的单位截面积空气柱的重量。这是
大气静力学气压定义。
? 单位气压高度差（气压差）：在垂直气柱中，每改变单位气压时所对应的高度差
h??dz18000?1??t? ??dp?gp1. 气压愈低（即温度愈高），单位气压高度差愈大
2. 温度愈高，单位气压高度差愈大 1.1.1 大气环流
? 环流原因：日地距离和方位不同，所接受的太阳辐射强度各异
? 科氏力：由于地球自转形成的地球偏向力的存在，这种力称为科里奥利力，简称偏向力
或科氏力。在此力作用下，在北半球使气流向右偏转，在南半球使气流向左偏转。
1
? 三圈环流
2
1.1.2 季风环流
1. 季风环流 季风：在一个大范围地区内，它的盛行风向或气压系统有明显的季风变化。这种在一年内随着季节的不同，有规律转变风向的风 东北亚季风和南亚季风对我国天气气候变化都有很大影响 ? 形成季风环流的因素：
? 海陆差异：冬季，风从大陆吹向海洋；夏季，风从海洋吹向大陆
? 行星风带的季节转换转换：5个风带在北半球的夏季向北移动，冬季向南移动 ? 地形特征：青藏高原 ? 季风指数
? 它是由地面冬夏盛行风向之间的夹角来表示的，当夹角在120°-180°之间，认为是
属于季风，然后1月和7月盛行风向出现的频率相加除以2，即I=（f1+f2）/2为季风指数
I>40%季风区 I=40%-60%为较明显区季风区 I>60%为明显季风区。 2. 局地环流
1. 海陆风：以日为周期（湖陆风）
2. 山谷风
3
1.1.3 风力等级
? 根据风速大小来划分的。国际上采用英国人蒲福于1805年所拟定的，称为“蒲福风级”。
从静风到飓风共分为13级。1946年以来风力等级修改，由13级变为17级。
风级 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
称谓 无风 calm 软风 light air 轻风slight breeze 微风 gentle breeze 和风 fresh breeze 清风 strong breeze 强风 near gale 疾风 gale 大风 strong gale 烈风 violent strom 狂风 storm 暴风 violent storm 飓风 hurricane
一般描述 烟直上
仅烟能表示风向，但不能转动风标 人面感觉有风，树叶摇动，普通之风标转动
树叶及小枝摇动不息，近期飘展 尘土及碎纸被风吹扬，树分枝摇动
有叶小树开始摇摆
树木枝摇动，电线发出呼呼啸声，张伞困难
小树枝被吹折，步行不能前进 建筑物有损坏，烟囱被吹倒 树被风拔起，建筑物有相当破坏 极少见，如出现必有重大灾害
m/s <0.3 0.3-1.5 1.6-3.3 3.4-5.4 5.5-7.9 8.0-10.7 10.8-13.8 13.9-17.1 17.2-20.7 20.8-24.4 24.5-28.4 28.5-32.6 32.7-36.9
? 风力等级换算
VN?0.1?0.824N1.505
VNmax?0.2?0.824N1.505?0.5N0.56 VNmin?0.1?0.824N1.505?0.56
4
1.1.4 风的测量
1. 测风系统
? 风的测量包括风向测量和风速测量 ? 风向测量：风的来向
? 风速测量：单位时间内空气在水平方向上所移动的距离 ? 组成
? 传感器：将模拟信号转换成数字信号。包括：风速传感器、风向传感器、温度传感
器、气压传感器
? 主机：对传感器发出的信号进行采集、计算和存储，由数据记录装置、数据读取装
置、微处理器、就地显示装置组成 ? 数据存储装置：
? 电源：提高系统工作可靠性，要求两备用电源
? 安全与保护装置：要求在输入信号和主机、环境之间增设保护和隔离装置。提高数
据准确的可靠性
2. 风速测量
1. 风速计
? 旋转式风速计：风杯和螺旋桨叶片，最常用的传感器是风杯
? 压力式风速计：利用流体的全压力与静压力之差来测定风的动压
?2?p?1?p?p0?p??V2?1?c??V???2???1?c??1/2
? 散热式风速计：被加热物体的散热速率与周围空气的流速有关
? 声学风速计 2. 风速记录
? 机械式，电接式，电机式，光电式 3. 风速表示
? 风速大小与风速计安装高度和观测时间有关 ? 高度：10m
? 时间：2min，10min和瞬时风速。风能资源计算时选用10min平均风速
3. 风向测量
? 分类：单翼型、双翼型和流线型等
? 组成：尾翼、指向杆、平衡锤和旋转主轴
? 传送和指示方法：电触点盘、环形电位、自整角机和光电码盘。最常用的是光电码
盘
? 风向杆的安装方位指向正北
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