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1、风电场运维与风力发电机维护及保养第 1 章简介1本章小结82课后习题82第 4 章润滑84学习目标84学习目标1关键术语表84关键术语表14. 1 本 章 简介851. 1 本 章 简介24. 2 润滑油的几种类型871. 2 过去 10 年来的风能发展44. 3 预防性维护和润滑期限941. 3 风机技术人员的技能要求144. 4 液体过滤系统961. 4 风机技术人员的职业发展路线164. 5 通常需要润滑的部件971. 5 并网型风力发电机组174. 6 常见的润滑系统1011. 6 定期检修的重要性22本章小结1031. 7 本 书 架构22课后习题104本章小结22参考文献104课后
2、习题22第 5 章流体动力105参考文献23学习目标105第 2 章塔筒内的安全事项24关键术语表105学习目标24关键术语表245. 1 本 章 简介1065. 2 流体动力部件1122. 1 本 章 简介255. 3 液压设备的应用1252. 2 风能行业的安全隐患265. 4 流体动力系统的检查1292. 3 塔 筒 救援46本章小结130本章小结48课后习题130课后习题48第 6 章螺栓应用实践131第 3 章工作场所的安全50学习目标131学习目标50关键术语表131关键术语表506. 1 本 章 简介1323. 1 本章简介3. 2 电气系统3. 3 51 526. 2 紧固件的
3、设计1326. 3 其他紧固件1356. 4 紧固件的材质1363. 43. 5机械系统工具安全 60 616. 5 力 矩 工具1426. 6 拉伸工具的应用1493. 6吊具646. 7 维护保养实践1523. 73. 8明火作业受限空间 66 69本章小结课后习题 153 1533. 9化学品安全 72参考文献 154环境危险 74第 7 章检测设备 学习目标 15515510. 8 其他维护工作 本章小结 220220关键术语表 7. 1 本章简介 7. 2 目视检查工具 155157课后习题 第 11 章机舱总成 2202217. 3 红外热成像 163学习目标 2217. 4 导线
4、绝缘电阻 167关键术语表 2217. 5 电气测量 16911. 1 本章简介 2227. 6 备用电池系统 17211. 2 偏航系统的检查与维护 2227. 7 振动分析 本章小结 课后习题 第 8 章部件的对中 学习目标 关键术语表 8. 1 本章简介 8. 2 传动系统部件简介 8. 3 对中偏差问题的识别 8. 4 对中作业 8. 5 对中工具 17317617617717717717717918318418511. 3 结构部件的检查 11. 4 检查电缆、 接地线以及屏蔽线接地 11. 5 电缆桥架、 盖板以及机柜的检查 检 查 11. 7 功率转换系统 11. 8 变压器连接
5、与硬件的检查 11. 9 机舱加热和冷却系统的检查 11. 10 机舱内部以及结构硬件的检查 11. 11本章小结 课后习题 2272302312322332342342352352362368. 6 对中流程 本章小结 课后习题 186191191第 12 章传动链系统 学习目标 关键术语表 23723723715611. 6 PLC、 控制元件以及传感器元件的推荐的清洁作业 第 9 章塔筒底部总成19212. 1 本 章 简介237学习目标19212. 2 轮毂适配器 - 螺栓力矩检查240关键术语表19212. 3 主轴承的检查与维护2419. 1 本 章 简介19312. 4 胀紧套的
6、检查2439. 2 塔筒基础和底塔筒总成概览19312. 5 齿轮箱的检查和维护2439. 3 计算机和 PLC 元件的检查19512. 6 停车制动系统的检查与维护2489. 4 功率转换系统维护1989. 5 动力电缆、 接地线和屏蔽线的12. 7 变桨集电环机构的检查12. 8 传动链系统的清理清洁 251 2529. 6连接检查200爬梯、 盖板和机柜的检查202本章小结课后习题 252 2529. 7 塔筒基座紧固件拉伸203第 13 章发电机2539. 8 岩锚基础紧固件拉伸203学习目标253本章小结204关键术语表253课后习题20513. 1 本 章 简介253第 10 章塔
7、筒20613. 2 发电机的目视检查和机械维护25513. 3 发电机对中256学习目标20613. 4 发电机冷却系统总成259关键术语表20613. 5 发电机电气检查和维护26210. 1 本 章 简介20613. 6 发电机接地连接的检查26410. 2 检查电缆和连接20913. 7 发电机集电环机构的检查26410. 3 检查爬梯、 平台和平台盖板21213. 8 永磁转子机构26610. 4 塔筒连接螺栓的检查21413. 9 发电机的清理清洁活动26610. 5 塔筒照明以及电气插座的检查217本章小结26610. 6 电动提升机的检查217课后习题26610. 7 偏航轴承总
8、成 218第 14 章风轮总成26716. 5 执行维护方案303学习目标267本章小结304关键术语表267课后习题30514. 1 本章简介14. 2 安全规范 268 268第 17 章风电场管理工具30614. 3 轮毂准备 273学习目标30614. 5 叶片变桨驱动系统的检查和维护 14. 6 轮毂 PLC、 通信以及控制模块的检查 14. 7 电力电缆、 接地和屏蔽连接的检查 14. 8 整流罩、 踏板以及控制柜安装硬件的检查 14. 9 叶片变桨轴承的检查和维护 14. 10本章小结 课后习题 第 15 章外部表面 27427928028028028328328417. 1 本
9、章简介 17. 2 哪些信息很重要？17. 3 对现有信息的分析 17. 4 过程改善 17. 5 制定一个行动计划 （ PDCA 循环）17. 6 持续改进 本章小结 课后习题 附录 A月度检查表 附录 B安全设备检查表306307308312317319319319321322学习目标 关键术语表 15. 1 本章简介 15. 2 叶片表面的检查 15. 3 机舱硬件和表面的检查 15. 4 塔筒外表面的检查 284284284290293294附录 C带电作业许可证模版 安全数据表 附录 E油样分析报告模板 工程师学会紧固件参考力矩32532633015. 5 清洁行动建议 本章小结 2
10、94数 值 331课后习题 第 16 章预防性维护方案的制定 学习目标 关键术语表 16. 1 本章简介 16. 2 开始任务 16. 3 信息来源 16. 4 利用这些信息 295296296296296297299附录 G动力工具压力 VS 力矩换算表附录 HSKF 激光对中报告 数据表附录 J工作安全分析参考密 度 （ kg / m3 ） 专业术语表 33634034134534935014. 4 进入轮毂 273关键术语表306风轮总成的清理清洁作业 283295300附录 DSKF LGWM2 油脂材料附录 F美国材料与试验协会 & 美国汽车附录 ISKF LGWM1 油脂材料安全附
11、录 K不同温度和海拔高度条件下的空气学习目标通过阅读本章， 并完成复习题后， 您应该能够： 说出风能行业的发展趋势。 列出一些风力发电机组制造商。 举出各种并网型风力发电机组之间的不同之处。 认识风力发电机组的主要部件。 了解开发一个风电场所需的基本步骤。 说出风力发电机组制造商所采用的监控中心的作用。 了解一个风机技术人员必备的技能。 描述风电技术人员的专业发展方向。 了解风电技术人员的职业发展路线。 说出定期维护风力发电机组的作用。关键术语表英文缩写英文全拼中文释义AWEAAmerican Wind Energy Association美国风能协会Availability可利用率Blade
12、叶片CanWEACanadian Wind Energy Association加拿大风能协会Control system控制系统DEPDepartment of Environmental Protection环境保护部Direct drive直接驱动Doubly fed asynchronous induction generator双馈异步发电机DTADown Tower Assembly底段塔筒总成Drive system传动系统Drive train传动链EPAEnvironmental Protection Agency美国环境保护局FAAFederal Aviation Admi
13、nistration美国联邦航空管理局Foundation塔架基座Gearbox齿轮箱Generator发电机HAWTHorizontal Axis Wind Turbine水平轴风力发电机组Hub轮毂Inverter逆变器LURCLand Use and Regulation Commission美国土地使用与管理委员会Lattice towers桁架式塔架Main shaft主轴Nacelle机舱1（ 续）英文缩写英文全拼中文释义NOCTINational Occupational Competency Testing Institute美国国家职业能力测试研究所OPECOrganizat
14、ion of the Petroleum Exporting Countries石油输出国组织Pad - mount transformer落地式变压器Permanent magnet generator永磁发电机Pitch system变桨系统PTCProduction Tax Credit生产税减免Rectifier整流器ROIReturn On Investment投资收益率Rotor assembly风轮总成Synchronous induction generator同步感应发电机Transformer变压器Tube towers锥筒形塔架Utility grid公用电网VAWTVe
15、rtical Axis Wind Turbines垂直轴风力发电机组Wild ACWild Alternating Current不稳定频率交流电Wind - resource studies风力资源研究 1. 1本 章 简 介1. 1. 120 世纪 70 年代的石油危机在过去的 20 年里， 风能和其他替代能源的开发在美国以及许多国家逐渐兴起。 风力发电最早可以追溯到 19 世纪 60 年代， 当时查尔斯布拉什 （ Charles Brush） 研发了一个 12kW 的直流发电机以供应自家的照明用电。 到了 20 世纪 30、 40 年代， 风力发电在乡村地区得到了广泛的应用。 风力发电机
16、组的输出电压从 6 110V 不等， 可用于照明供电以及冰箱等家用电器的电源供电。 一些收音机制造商， 例如 Zenith 公司在促销产品时甚至会赠送风力发电机组。 风电并不是一个新的概念， 而且很多技术已经普及多年， 但是近些年来随着规模经济概念的发展， 一些新技术让风力发电的成本变得越来越低。 单台风机的生产成本也随着制造商的大规模生产得以逐步降低。 亨利福特 （ Henry Ford） 在 20 世纪早期， 于汽车生产线上发明并实践了规模经济这个概念。 人们就此见证了这个理念在汽车工业的发展中起到的作用。 制造业的进步同时也促成了更高效的风机制造技术。 政府补贴是另外一个促进风能行业发展
17、的动力。 过去十年， 替代能源项目的补贴， 使风能开发商能够加大投资规模并确保良好的收益。图 1- 1 表明了政府刺激与风能发展稳定性之间的关系。 如果一项业务没有利润， 公司就不能进行更大规模的投资。 为促进风电发展， 美国出台的一项激励政策是生产税减免 （ PTC）， 即风机的第一个十年服务期内， 对每千瓦时发电量给予一定的补贴。 目前的 PTC 减免额从每度电 1. 9 美分增加到 2. 1 美分。而且在美国经济复苏与再投资法案中， 针对该政策的有效期从 2009 年延长到 2012 年。 对于家庭住宅安装替代能源， 例如风能、 太阳热能及光伏发电等机组， 一些联邦及州也给予了这些项目一
18、定的财税刺激政策。 以天然气、 煤炭、 石油及核能为燃料的并网发电项目都曾经享受过多年的政府补贴。 国外的石油供应一度非常不稳定， 这恰恰促成了许多刺激政策的出台以及技术的革命。 一次最有影响的石油断供是由 1973 年石油危机造成的。1973 年， 石油输出国组织 （ OPEC） 的阿拉伯成员国宣布石油禁运， 以制裁美国在 1973 年阿以战争期间对以色列的军事支持。 这次石油禁运造成了发达国家多年的大规模燃料短缺及能源成本上升。 这2图 1- 1 政府刺激政策和风能发展稳定性之间的关系1. 1. 2风能的新时代期间， OPEC 成员国意识到他们可以联合起来， 控制成员国的石油总产量， 以增
19、加自己的利润。 这次石油危机让石油进口国意识到他们必须找到更好的解决方案， 以确保本国的能源安全。 欧洲国家， 例如丹麦， 德国及西班牙大规模推进公共及商业领域的风能项目， 加快本土资源的利用并减少对国外石油的依赖。 美国也在 20 世纪 70 年代推进了替代能源项目和能源储备计划。 但是随着国外原油供应在 80 年代趋于稳定， 美国政府又搁置了这些项目。 然而， 进入 21 世纪后， 原油市场的油价再次走高， 供应也变得更加不稳定。能源供应的不稳定及可能的气候变化问题让美国重新燃起在本土寻找替代能源的渴望。 风能技术的成熟使它在大规模装机时拥有了与其他能源相当的竞争力。 风电成本在 20 世
20、纪 80 90 年代初有了显著的下降。 据估计， 1993 年风电成本大约为每度电 7. 5 美分。 而现在的风电成本则为每度电 3. 5 美分。成本的大幅下降使得大规模利用风能具备了可行性。自 20 世纪 80 年代至今， 美国的装机容量飞速增加。 加利福尼亚州第一个开发了大型风电场。 到90 年代中期， 这些风电场生产了占全球总发电量三分之一的电能。 从 20 世纪 90 年代开始， 美国以及世界各地的风电场得到了广泛开发。 一些欧洲国家早在七八十年代就开始了大规模的公用发电项目。2008 年之前， 德国的风机总装机容量一直领先于世界上的其他国家， 直到 2008 年， 美国才以 2536
21、9 兆瓦 （ MW） 总装机量超越德国的 23902MW。 中国的总装机量在 2009 年开始接近美国， 并在年底实现超越。 图 1- 2 是截至 2010 年 1 月部分国家的风机总装机量。图 1- 2 截至 2010 年 1 月风电装机容量排名前 10 的国家3截至 2009 年年底， 总装机量最多的国家依次是： 中国、 美国、 德国、 西班牙和印度。 到 2009 年年底， 全球总装机量为 188. 2 吉瓦 （ GW）， 而 2008 年这个数字是 122. 2GW。1. 1. 3风电场项目风能在过去的一些年里实现了大跨步的发展， 而这也使得一些风机制造商对美国市场产生了极大的热情。
22、这些厂家包括通用电气 （ GE）、 维斯塔斯 （ Vestas）、 Clipper 风能、 西门子 （ Siemens） 和歌美飒 （ Gamesa） 等。 这些制造商利用现有的材料、 技术和人力资源逐渐扎根于美国。 美国的进口市场， 例如汽车市场， 也曾经有过类似的发展轨迹。 运输成本的降低， 以及进口关税的减免使得国外厂商在与本土厂商的竞标过程中更有竞争力。 这些风机制造商的加入令美国的风电场开发实现井喷式的发展。许多项目规模太大， 以至于单独一个风电制造商都无法在指定期限内完成交货。 德克萨斯州的 Horse Hollow 风能中心项目就是一个典型的例子， 这个项目由 291 台 GE
23、1. 5MW 和 130 台西门子 2. 3MW 的风机共同组成了一个满负荷发电量为 735. 5MW 的风电场。 而这个项目只是当前美国的众多风电场项目之一。并网型风力发电项目在 20 世纪 70 年代末期在欧洲国家兴起， 例如德国、 丹麦和西班牙。 加利福尼亚州则在 80 年代中期成为美国第一个开发并网级风电项目的州。 加利福尼亚州的夏季风况很好， 季风掠过山脉后， 形成了风电技术所需的理想区域。 这些区域， 例如 Tehachapi、 Altamont Pass 和 San Gorgo- nio Pass 都是美国第一批风电项目的故乡。 到 80 年代末期， 德克萨斯州成为了美国拥有最多
24、装机量的地区， 例如 Big Spring、 Roscoe、 Delaware Mountain、 Sweetwater 和 Horse Hollow 等项目都在德克萨斯州。据美国风能协会 （ AWEA） 估计， 截至 2011 年 8 月， 德克萨斯州的额定总装机量将超过 10135MW。 加利福尼亚州和德克萨斯州的风能一直保持快速发展， 且没有停止的迹象。 进入 21 世纪后， 爱荷华州、明尼苏达州和华盛顿也加入了并网级风电项目的开发行列。 随着越来越多的风电项目得以开发， 马萨诸塞州、 缅因州和新泽西州开始推进海上风电项目的开发。 从加利福尼亚州开发的第一个并网级风电项目开始到现在， 风
25、机的尺寸和效率都已经提高了很多。 风机变得越来越大， 这归功于材料技术的进步和叶片的发展。 1. 2 过去 10 年来的风能发展加州 Tehachapi 的山脊上图 1- 3 成百台塔架式风机布满在近 10 年来， 为了满足持续增长的可再生能源或者说绿色能源的需求， 风力发电机组在尺寸和复杂程度上都在变化。 20 世纪末期到 21 世纪早期， 主流风机的额定输出功率在 250kW 左右。 当然这些风机相比于 20 世纪 80 年代在加利福尼亚州和欧洲部分地区所盛行的 25kW 风机要大一些。 如果需要增加风电场的电量输出， 就只能在有限的区域内尽可能多地安装风机。 从图 1- 3 上我们可以看
26、到， 加州 Tehachapi 的一个山脊， 密密麻麻地布满了成百台的风机， 这些风机都安装在桁架式的塔架上。 这么拥挤的风场布局， 让人失去了观赏的心情。 为了能够更有效地利用有限的土地资源， 减少风机的数量是必然的选择。 为了增加风电场1. 2. 1叶片的变化的功率输出并减少风机的安装数量， 风机的物理尺寸和额定输出功率都需要增加。 从 2000 年开始， 许多风机的发电容量增加到 3MW （3000kW）。 图 1- 4 展示了从 70 年代开始风机尺寸的演变历程。 不断增加的输出功率减少了风电场风机的密度， 却给风电场运营公司和风机厂家带来了一些挑战。 这些挑战包括： 叶片的变化、 塔
27、筒设计的改善、 电能质量及项目附近居民能否接受。风机的发电量与风轮的扫掠面积直接相关。 这个原理对垂直轴和水平轴风机都有效。 两者之间的4312关系表达式为PI = 1 Av3 Cp式中， 是流动空气的密度； A 是整个风轮的扫掠面积； v 是气流的速度； Cp 是风轮的性能系数。图 1- 4 从 20 世纪 70 年代起风机尺寸的演进历程对于水平轴风机来说， 叶片的长度与风轮的扫掠面积之间的关系表达式为： A = r2 ， 在这里的 r 指的是叶片的长度。 为了增加风机的功率输出， 必须要增加叶片的长度。 Cp 是风轮从气流中吸收能量的效率。 这个数值从 15% 到理论上的最大值 59. 3
28、% （ 贝兹系数） 不等， 它取决于风轮的设计与气流的速度。 气流速度增加会减少风轮的 Cp 值， 这是因为风轮迎风侧气流的堆积。 这种堆积或者说是枕垫效应是由于塔筒和风轮对空气的阻力造成的。 为了便于理解这种效应， 可以想象一下溪水流过石头时的那种情形。 水流过石头时， 在石头表面隆起， 产生了一种扰动或者说是湍流。 你看不到空气的湍流， 但它确实存在着。 你也可以这样理解为什么 Cp 到不了 100% 。 如果风轮能够完全吸收空气的流动能量， 那么它就会相当于一个蓄气的大坝。 如果空气不能够穿越风轮， 风轮就不能够带动发电机旋转， 也就无法将旋转动能转化为电能了。 大部分风机的 Cp 值为
29、 30% 左右。 并网型风机的制造商通常会列出其机组在特定风速下的效率和功率输出值。例题：算出一个 3MW 风机的风轮扫掠面积和叶片长度。解瞬间功率输出的等式为假设条件如下：2机组的额定运行风速 A = 15m / s，PI （ W） = 1 Av3 Cp标准大气条件下 （ 海平面高度， 15 ） 的空气密度为： = 1. 225kg / m3 ， 且 Cp = 30%重新排列等式以便于求出这个扫掠面积的值， 我们可以得到A（ m2 ） = 3000000W3= 4837. 5m21 1. 225kg / m3 15m 0. 302 s A = r2重新整理这个等式我们可以求出 r （ 叶片的
30、长度）：r（ m） =4837. 5m2 = 39. 2m图 1- 6 成组的叶片从船上转运到拖车上的降低将需要更长的叶片以达到同样的瞬间功率输出。型号是 V80， 80 表示的是该风机的风轮直径为 80m。 叶片的设计长度取决于制造商估算的 Cp 值。 Cp为了实现 3MW 的瞬间功率输出， 叶片长度需要达到将近 40m。 可以在网上查到一些风机制造商的3MW 风机产品手册， 这些风机的叶片长度一般为 40 50m。 例如制造商维斯塔斯有一款 3MW 的风机这个例题说明了风机叶片长度与功率输出之间的关系。 风机的输出功率在过去的十年里从 125kW 增加到 3MW， 叶片长度相应的也从 10
31、m 增加到了 50m。 长度的 5 倍增长为叶片制造、 运输和装配带来了许多问题。 这些问题还包括材料强度、 重量、 弹性和叶尖速度的增加。 这些问题将在随后的文章里予以讨论。1. 制造问题图 1- 5 风机叶片的生产车间采用了开模组装为了制造这些大型叶片， 需要采购并加工更多的合成树脂、 玻璃纤维和碳纤维， 还有生产装配叶片所需的其他结构件。 加工这些叶片同样需要更大的生产设备、 加工设备和更大的生产车间。图 1- 5 是一个风机叶片的模具所在的生产车间。2. 运输问题运输 50m 的叶片并不是一项无法完成的任务， 但是运送它们穿越大洋、 铁路、 公路、 乡村小路及城市的街道， 的确存在了很
32、多挑战。 图 1- 6 展示了成组的叶片在运往风电场的途中， 正在从船上转移到拖车上。 风电场开发商经常需要花钱将沿途的交通灯和空中的电线拆除， 将一些弯道重新修整， 从而使叶片拖车能够穿过沿途的社区。 虽然这会干扰社区的日常生活， 但是通过适当的计划及争取社区的支持， 这些困难都可以得到有效克服。在叶片运输过程中， 需要清理这些道路， 以便于长长的叶片、 塔筒和吊车部件都可以在路上畅通无阻。3. 组装问题图 1- 7 整个风轮被组装到机舱上在风机吊装过程中， 需要在现场把叶片装配到轮毂上。 有时候需要把 3 只叶片组装到轮毂上之后， 再整体起吊安装到主轴上。 这需要两个吊车协同工作。 作者本
33、人曾经亲自见证过这个组装过程。 看到有经验的吊车司机和安装人员共同进行这项安装工作， 令人感觉非常神奇。 图 1- 7 就是一个组装好的风轮被整体吊装起来的照片。另外一个方法是将单只叶片逐个装到空中的轮毂上。 这项技术需要更多的安装时间， 同样也需要经验丰富并且有资质的吊车司机和安装人员。 如果不能安全精确地执行这项流程， 人员和设备很可能遭受伤害和破坏。 图 1- 8 展示了单只叶片被组装到轮毂上的场景， 而在此之前， 轮毂早就已经安装到了机舱上。未来的叶片将被设计成两节， 在现场安装塔筒期间， 才把这两节叶片用螺钉连接组装到一起。 这些叶片制造技术将会为叶片运输带来很大的便利。 风机吊装的
34、另一个复杂之处发生在海上风机的组装过程中。 这项工程需要一个自升式打桩驳船或者是稳定漂浮的平台， 只有这些设备才能够为风机的部件组装和吊车的运行提供可靠的支持。 图 1- 9 是风轮在海上的组装过程。 随着风机尺寸的持续增加， 海上项目变得越来越有吸引力。 我们将会在接下来的章节讨论海上风机。1. 2. 3功率控制系统1. 2. 2塔架总成图 1- 9 在海上组装风轮图 1- 8 轮毂装配完毕后， 再将叶片逐个组装到轮毂上风机的塔筒在 20 世纪 80 年代通常为桁架式塔架， 跟常见的信号塔结构类似。 图 1- 10 就是一个桁架式塔架。 一些风机厂家现在仍然在住宅自用或者小型商用风机中采用这
35、种设计。 桁架式塔架由许多小零件组装到一起， 非常便于运输和现场组装。 这种塔架也可以在车间就完成部分装配， 并将这些装配好的部分一起运输到现场。 虽然预组装的部件数量不尽相同， 但是相比于锥筒型塔架的安装来说， 现场组装这种塔架需要耗费大量的时间。 锥筒型塔架是由钢板卷制焊接而成， 形状类似锥形的圆筒。图 1- 11 是一组等待吊装的锥筒型塔架。 这项钢板焊接制造工艺与锅炉、 大型轮船和浮游平台的生产非常相似。 这种塔架组装起来非常方便， 一组熟练的工人加上一台吊车一天就能完成 3 4 节的吊装。 虽然这种塔架的生产车间距离现场很远， 需要用特制的车辆将塔架运到现场， 但是这会为现场节省很多
36、吊装时间， 而且这些车间生产的塔架部件是在严格控制质量和环境条件之下完成的。 这种塔架在过去的 10 年里已经成为并网型风机的标准配置。风机从流体 （ 空气） 中吸收能量， 并将其转化为电能， 这与核电、 天然气发电、 煤电、 生物质发电图 1- 10 桁架式塔架 图 1- 11 等待吊装的锥筒型塔架及水电项目有着基本相同的程序。 核能、 天然气、 煤和生物质发电机组是通过加热水产生高压的水蒸气， 这些水蒸气推动涡轮机旋转， 从而带动发电机发电。 水力发电机是通过控制水流， 推动涡轮机旋转， 然后带动发电机旋转， 输出电能。 风力发电机组则是利用太阳对地表的不均匀加热产生的气流发电。 这个自然
37、过程的缺点是风速和风向每天都不稳定， 而且随着季节的变化而变化。 而这种波动会导致功率输出和交流电频率输出忽高忽低。 发电机的输出功率和频率是输入的机械能 （ 力矩） 及风轮的旋转速度 RPM / （ r / min） 共同作用的结果。 风轮是风机发电的原动力， 它吸收的动能则来自于吹过叶片的气流。 发电机输出功率可以通过下面的公式计算：9. 549PI （ W） = 力矩（ Nm） RPM120而输出频率的计算公式则为f（ Hz） = RPM 磁 极 数这两个关系式都需要一个持续的转速以便于向电网输入电能。 如果一个涡轮机组吸收的是高压水蒸气或者水流的能量， 那么就可以通过控制这些流体的流动
38、来实现发电机的功率输出。 但是风的流动却无法用同样的方式控制， 所以风机的运行只能任由大自然摆布了。 虽然这种能量来源很不稳定， 但是风机制造商会采取一些措施去控制功率输出的质量。 一种办法是让风机只在特定的风速范围内运行。这种办法是采用一个同步发电机， 只有在风速合适的条件下才能并网发电。 另一种办法是先发出频率不稳定的交流电， 然后经变频系统控制后， 产生频率稳定的交流电。 这个变频系统用整流器电子电路将频率不稳定的交流电转化为直流电， 然后再将直流电通过逆变器转化成稳定的交流电。 这种办法可以用永磁或者励磁发电机生产出不断变化的交流电。 不稳定交流电是指交流电的频率在当地电网额定值的上下不断变化。 在美国、 加拿大和南美的部分国家， 电网的频率值是 60Hz， 而欧洲及其他国家则是使用 50Hz 的电网。 一些风机制造商利用双馈异步感应发电机和精密的电子变频设备来控制输出功率和频率。 这个系统允许发电机转速在更大的范围内变化， 比之前提到的同步发电机工作范围要大得多， 同时又能通过变频设备的反馈功能， 使风机的输出电压和频率能够满足电网的要求。一个风机， 配备 4 极的发电机和变速比为