風力發(fā)電畢業(yè)論文

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　目錄I</b></p><p><b>　　摘要1</b></p><p>　　ABSTRACT2</p><p><b>　　前言3</b></p><p

2、>　　第一章 風力發(fā)電的現狀背景和意義4</p><p>　　一 、風力發(fā)電的現狀4</p><p>　　二．風力發(fā)電的潛力5</p><p>　　三、發(fā)展風電刻不容緩6</p><p>　　第二章 風力發(fā)電機8</p><p>　　一.風力發(fā)電機主要類型8</p><p>　

3、　1. 1 恒速風力發(fā)電機8</p><p>　　1. 2有限變速風力發(fā)電機8</p><p>　　1. 3變速風力發(fā)電機9</p><p>　　(二)不同風力發(fā)電機的綜合比較10</p><p>　　2. 1 年能量利用率和經濟性的對比分析10</p><p>　　2. 2 不同類型風力發(fā)電機市場應用情況

4、11</p><p>　　第三章 風力發(fā)電控制技術13</p><p>　　3．2 變槳距風力發(fā)電技術13</p><p>　　3．3 主動失速／混合失速發(fā)電技術13</p><p>　　3．4 變速風力發(fā)電技術13</p><p>　　3.5風力發(fā)電系統的智能控制14</p><p>

5、;　　3.6 模糊控制14</p><p>　　3.7 神經網絡控制14</p><p>　　3.8技術發(fā)展趨勢展望15</p><p>　　第四章 未來發(fā)展的建議16</p><p><b>　　參考文獻17</b></p><p><b>　　致謝18</b>

6、</p><p><b>　　風力發(fā)電</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　風能是太陽能的一種轉換形式，是一種重要的自然能源。太陽照射到地球表面，地球表面各處受熱不同，產生溫差，從而引起大氣的對流運動形成風。據估計到達地球的太陽能中雖然只有大約2%轉化為風能，但其總量仍是十分可觀的。全球的

7、風能約為2.74×109MW，其中可利用的風能為2×107MW，比地球上可開發(fā)利用的水能總量還要大10倍。風能作為一種無污染、可再生的綠色能源，它對于解決全球性的能源危機和環(huán)境危機有著重要的意義。因此，風力發(fā)電成為各國學者研究的重點。目前，國內學者對大型風力發(fā)電的研究已日趨成熟，但對于實驗室風力發(fā)電機的研制還是比較欠缺的。</p><p>　　本次畢業(yè)設計的重點是擬設計簡易的風力發(fā)電實驗儀，該

8、設備能讓學生容易了解風力發(fā)電的原理，以及大致測算出影響風力發(fā)電的各個因素，方便以后的大學物理實驗教學，同時在制作和測試過程中對出現的一些現象進行深刻的思考，具有很強的實用性和趣味性。在研制的過程中，同時對風能的轉化功率，風速等影響發(fā)電的因素，進行測量，并與理論進行對比，進而得出影響效率的因素。</p><p><b>　　關鍵詞：風能發(fā)電；</b></p><p>　

9、　Instrument of wind power experiment</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Wind energy is the form of a conversion of solar energy is an important natural energy. Sun to the Earth's

10、surface, Earth's surface throughout the heat generated temperature difference, thus the formation of wind caused by atmospheric convection. According to the estimated solar energy reaching the Earth is only about 2%

11、conversion of wind energy, but its total is still very considerable. The global wind energy is about 2.74 × 109MW, which can make use of wind energy for the 2 × 107MW, the total</p><p>　　The focus

12、of this graduation project is intended to design a simple experiment instrument of wind power, the device allows students to easily understand the principle of wind power, as well as roughly estimated that the various fa

13、ctors affecting wind power, to facilitate future physics experiment teaching, while in the production the phenomenon of the emergence of some deep thinking and testing process, and has a strong practical and interesting.

14、 In the development of the process, while the conv</p><p>　　Key words: wind power generation;</p><p><b>　　前言</b></p><p>　　自然界的風是可以利用的資源，然而，我們現在還沒有很好的對它進行開發(fā)。這就向我們提出了一個課題：

15、我們如何開發(fā)利用風能？自然風的速度和方向是隨機變化的，風能具有不確定特點，如何使風力發(fā)電機的輸出功率穩(wěn)定，是風力發(fā)電技術的一個重要課題。迄今為止，已提出了多種改善風力品質的方法，例如采用變轉速控制技術，可以利用風輪的轉動慣量平滑輸出功率。由于變轉速風力發(fā)電組采用的是電力電子裝置，當它將電能輸出輸送給電網時，會產生變化的電力協波，并使功率因素惡化。因此，為了滿足在變速控制過程中良好的動態(tài)特性，并使發(fā)電機向電網提供高品質的電能，發(fā)電機和電網

16、之間的電力電子接口應實現以下功能：一，在發(fā)電機和電網上產生盡可能低的協波電波；二，具有單位功率因素或可控的功率因素；三，使發(fā)電機輸出電壓適應電網電壓的變化；四，向電網輸出穩(wěn)定的功率；五，發(fā)電機磁轉距可控。此外，當電網中并入的風力電量達到一定程度，會引起電壓不穩(wěn)定。特別是電網發(fā)生短時故障時，電壓突降，風力發(fā)電機組就無法向電網輸送能量，最終由于保護動作而從電網解列。在風能占較大比例的電網中，風力發(fā)電機組的突然解列，會導致電網的不穩(wěn)定。因此，

17、用合理的方法使風力發(fā)電機組</p><p>　　第一章 風力發(fā)電的現狀背景和意義</p><p>　　在不斷持續(xù)的能源緊張中，不少人想到了新能源利用。利用潔凈的能源（可再生能源）是人類社會文明進步的表現、是科學技術的發(fā)展、是環(huán)保理念的體現。潔凈能源指太陽能、風能、潮汐能、生物能等，這都是可再生取之不盡的能源，特別是風能技術最為成熟，經濟可行性較高，是一種較理想的發(fā)展能源。風是地球上的一種自

18、然現象，它是由太陽輻射熱引起的。風能是太陽能的一種轉換形式，是一種重要的自然能源。太陽照射到地球表面，地球表面各處受熱不同，產生溫差，從而引起大氣的對流運動形成風。據估計到達地球的太陽能中雖然只有大約2%轉化為風能，但其總量仍是十分可觀的。全球的風能約為2.74×109MW，其中可利用的風能為2×107MW，比地球上可開發(fā)利用的水能總量還要大10倍。 </p><p>　　我國風能資源總量約4

19、2億千瓦，技術可開發(fā)量約3億千瓦。目前東南沿海是最大風能資源區(qū)，風能密度為200W/M2～300W/M2，大于6m/s的風速時間全年3000h以上就可取得較大經濟效益。 </p><p>　　一 、風力發(fā)電的現狀</p><p>　　21世紀是可再生能源的世紀，由于風能非常豐富、價格非常便宜、能源不會枯竭，又可以在很大范圍內取得，非常干凈、沒有污染，不會對氣候造成影響，因而風力發(fā)電具有極大

20、的推廣價值。在中國，風能資源豐富的地區(qū)主要集中在北部、西北和東北的草原、戈壁灘以及東部、東南部的沿海地帶和島嶼上。這些地區(qū)缺少煤炭及其他常規(guī)能源，并且冬春季節(jié)風速高，雨水少；夏季風速小，降雨多，風能和水能具有非常好的季節(jié)補償。另外，在中國內陸地區(qū)，由于特殊的地理條件，有些地區(qū)具有豐富的風能資源，適合發(fā)展風電，比如江西省都陽湖地區(qū)以及湖北省通山地區(qū)。目前我國的風能利用方面與國際水平還在一定差距，但是發(fā)展很快，無論在發(fā)展規(guī)模上還是發(fā)展水平上

21、，都有很大提高。據資料顯示，2004年全國在建項目的裝機容量約150萬千瓦，其中正在施工的約42萬千瓦，可研批復的68萬千瓦，項目建議書批復的45萬千瓦，包括五個10萬千瓦特許權項目。</p><p>　　風電和水電具有不同步發(fā)生規(guī)律，風力發(fā)電高峰處于秋季與冬季，水利發(fā)電高峰期處于春季和夏季，風電和水電具有季節(jié)性特性，可實現季節(jié)性互補；風力發(fā)電是環(huán)保型可再生能源，可改善電源結構，替代一部分火電容量，節(jié)約煤炭，減少

22、污染，保護環(huán)境。 據初步測算，目前風電場造價成本約為8000～9000元/KW，機組（設備）占75%左右，基礎設施占20%，其它占5%。風能利用小時數在2700～3200小時，其風電成本約0.45～0.6元/千瓦時。假設：風電場造價成本為：9000元/KW，上網電價（并網收購電價）為：0.6元/KW（不含稅價），運行小時數（風能利用時間）為：3000小時，上網（并網）損耗為5%，風電場運行費用（年KW收入）10%，：則年KW發(fā)電收入=（

23、運行時數×上網損耗）×上網電價×運行費用，（3000×5%）×0.6元/KW×10%≈1539元/年（KW）。 </p><p><b>　　二．風力發(fā)電的潛力</b></p><p>　　長期以來，由于風電電價高于火電電價，作為清潔能源的風電對于解決能源短缺和環(huán)境保護問題的意義長期得不到應有的重視。事實上，

24、風電作為一項高新技術，具有著巨大的產業(yè)前景。而它作為新興能源，更對促進邊遠地區(qū)經濟發(fā)展有著巨大的作用。在電力緊張、能源緊缺的情況接踵而至的今天，我國應該重新認識風能的利用問題。 </p><p>　　首先，風力發(fā)電的潛力體現為風電電價的快速下降。截止到目前，風電電價正在快速下降，甚至已日趨接近燃煤發(fā)電的成本，經濟效益開始凸現。數據顯示，風力發(fā)電能力每增加一倍，其成本就下降15％?？v觀近幾年，風電增長一直保持在30

25、％以上，因而成本也正隨之不斷下降。目前，中國風電成本約在0.5元以上，隨著中國風力發(fā)電裝機的國產化和發(fā)電的規(guī)模化，風電成本可望再降。此外，風電外部成本幾乎為零，甚至低于核電成本。據初步測算，如果將內部成本和外部成本同時計入成本，風電將是當前世界上最經濟、最潔凈的能源。</p><p>　　其次，風電的潛力體現于風能資源的豐富性。據初步統計、中國陸地10米和海面15米可供開發(fā)的風力資源在幾億千瓦以上，相當于可開發(fā)水

26、能資源（3.9億千瓦）的2.5倍。而50米風力資源還會增大一倍。根據現有技術，地面 50－100米的風力資源都可開發(fā)利用。2003年，我國發(fā)電裝機容量為3.85億千瓦，專家認為，中國單靠風力發(fā)電就能將現有的電力生產翻一番。此外，風電技術正日臻成熟。隨著科學技術的發(fā)展，風電技術已經相當成熟。更大型、性能更好的機組的已開發(fā)并投人生產試運行，可利用的風速要求還會降低。</p><p>　　再者，風電工程的建設工期短，見

27、效快?；痣?、水電的建設工期需要用年來計算，而在有風場數據的前提下，風電項目只需要以周、月來計算。風場建設在短時間內即可完成，能夠解決我國電力短缺的燃眉之急。</p><p>　　另外，風電的發(fā)展對于遏制溫室效應具有重大的意義。據統計，風力發(fā)電每生產100萬千瓦時的電量，便能減少600噸二氧化碳的排放。因此，大力發(fā)展風能可以大幅度削減造成溫室效應的二氧化碳，緩解氣候變暖的狀況，并能有效地遏制沙塵暴災害，抑制荒漠化的

28、發(fā)展。 </p><p>　　除此之外，風電還可以滿足邊遠農村的獨立供電。目前，“大機組、大電網、高電壓”的模式難以有效解決西部地區(qū)分散性的電力需求。開發(fā)風力發(fā)電這樣的分散供電系統，可以較好地滿足這些地區(qū)發(fā)展對能源的要求，可以說，我國目前沒有聯上電網的農村是風力發(fā)電的巨大市場。</p><p>　　最后，風場也成旅游項目。風電場還能帶動當地經濟發(fā)展。內蒙古風電場就是很好的例子。它雖然不大，

29、但場面很壯觀，已發(fā)展成為旅游區(qū)。</p><p>　　三、發(fā)展風電刻不容緩</p><p>　　風電產業(yè)要全面健康可持續(xù)發(fā)展，需要解決的問題很多，但依靠科技進步來推動風電產業(yè)是擺在我們面前的現實課題。</p><p>　　首先，需建立以企業(yè)為主體、市場為導向、產學研技術結合的創(chuàng)新體系。對開展試點的企業(yè)應對其研發(fā)機構，研發(fā)人員，研發(fā)資金，研發(fā)項目，專利申請，產品品牌，

30、能力建設等方面提出具體要求和量化的指標。</p><p>　　第二，正確處理技術引進和技術創(chuàng)新的關系。采用自主研究開發(fā)和引進消化國外技術相結合的方式，是實現提高競爭能力的較好途徑。</p><p>　　第三，加強風電創(chuàng)新能力建設，建立風電公共技術服務平臺，共同對資源進行整合、共享、完善和提高，通過建立共享機制和管理程序逐步做到資源有效利用。</p><p>　　第四

31、，加速風電技術人才培養(yǎng)。目前已有一些高等院校準備設置風能專業(yè)或者風能專業(yè)方向，開設風能課程培養(yǎng)本科生和研究生。除了學校培養(yǎng)人才外，企業(yè)也應將人才培養(yǎng)和建立一支高素質的隊伍放在戰(zhàn)略地位，特別需要建立激勵機制和創(chuàng)造良好的環(huán)境，使技術隊伍能夠穩(wěn)定地成長。</p><p>　　中國風電行業(yè)發(fā)展比較迅速，但與國際風電行業(yè)的發(fā)展水平還有很大差距，國內的風電設備主要依靠進口，對外依賴性強，雖然風電成本已下降很多，但相比火電成本

32、的優(yōu)勢在短期內并不會明顯突出，風電行業(yè)的發(fā)展還有很多的阻礙因素。但是風電行業(yè)投資的高風險，必然會為風電行業(yè)發(fā)展帶來高收益，不論是風電產業(yè)的經濟效益、社會效益，還是中國目前奉行的可持續(xù)發(fā)展和節(jié)約戰(zhàn)略，都為風力發(fā)電行業(yè)提供了很大的發(fā)展空間?，F在，風能發(fā)電成本已經下降到1980年的1/5。隨著技術進步和環(huán)保事業(yè)的發(fā)展，風能發(fā)電在商業(yè)上將完全可以與燃煤發(fā)電競爭。</p><p><b>　　第二章 風力發(fā)電機&

33、lt;/b></p><p>　　一.風力發(fā)電機主要類型</p><p>　　根據風力發(fā)電機的運行特征, 風力發(fā)電機可分為恒速風力發(fā)電機( F ixed speed generator)、有限變速風力發(fā)電機(L imited variable speed generator) 和變速風力發(fā)電機(Variable speed generator).</p><p&g

34、t;　　1. 1 恒速風力發(fā)電機</p><p>　　恒速風力發(fā)電機, 采用了籠型異步發(fā)電機, 發(fā)電機通過變壓器直接接入電網. 因為籠型異步發(fā)電機只能工作在額定轉速之上很窄的范圍內, 所以通常稱之為恒速風力發(fā)電機. 并網運行時, 異步發(fā)電機需要從電網吸收滯后的無功功率以產生旋轉磁場, 這惡化了電網的功率因數, 易使電網無功容量不足, 影響電壓的穩(wěn)定性. 為此, 一般在發(fā)電機組和電網之間配備適當容量的并聯補償電容器

35、組以補償無功. 由于籠型異步發(fā)電機系統結構簡單、成本低且可靠性高, 比較適合風力發(fā)電這種特殊場合, 在風力發(fā)電發(fā)展的初期, 籠型異步發(fā)電機得到了廣泛的應用, 有效地促進了風電產業(yè)的興起. 隨著風力發(fā)電應用的深入, 恒速籠型異步發(fā)電機具有的一些固有缺點逐步顯現出來, 主要是籠型異步發(fā)電機轉速只能在額定轉速之上1% ~ 5% 內運行, 輸入的風功率不能過大或過小, 若發(fā)電機超過轉速上限, 將進入不穩(wěn)定運行區(qū). 因此, 在多數場合需將2臺分別

36、為高速和低速的籠型異步發(fā)電機組合使用, 以充分利用中低風速的風能資源. 另外, 風速的波動使風力機的氣動轉矩隨之波動, 因為發(fā)電機轉速不變, 風力機和發(fā)電機之間的軸承、齒輪箱將會承受巨大的機械摩擦和</p><p>　　1. 2有限變速風力發(fā)電機</p><p>　　有限變速風力發(fā)電機, 發(fā)電機采用繞線式異步發(fā)電機. 繞線式異步發(fā)電機轉子外接可變電阻, 其工作原理是通過電力電子裝置調整轉子

37、回路的電阻, 從而調節(jié)發(fā)電機的轉差率, 使發(fā)電機的轉差率可增大至10% , 實現有限變速運行, 提高輸出功率. 同時, 采用變槳距調節(jié)及轉子電流控制, 以提高動態(tài)性能, 維持輸出功率穩(wěn)定, 減小陣風對電網的擾動. 然而, 由于外接電阻消耗了大量能量, 電機效率降低了. 有些文獻也把這種發(fā)電系統稱為高轉差率異步發(fā)電機系統.</p><p>　　1. 3變速風力發(fā)電機</p><p>　　1)

38、 有刷雙饋異步發(fā)電機.</p><p>　　由雙饋異步發(fā)電機( Doub ly fed induction gener2ator, DFIG)構成的變速恒頻控制方案是在轉子電路實現的, 如圖5所示. 流過轉子回路的功率是雙饋發(fā)電機的轉速運行范圍所決定的轉差功率, 該轉差功率僅為定子額定功率的一小部分. 一般來說, 轉差率</p><p>　　為同步速附近30% 左右, 因此, 與轉子繞組相

39、連的勵磁變換器的容量也僅為發(fā)電機容量的30% 左右,這大大降低了變換器的體積和重量. 采用雙饋發(fā)電方式, 突破了機電系統必須嚴格同步運行的傳統觀念, 使原動機轉速不受發(fā)電機輸出頻率限制, 而發(fā)電機輸出電壓和電流的頻率、幅值和相位也不受轉子速度和瞬時位置的影響, 變機電系統之間的剛性連接為柔性連接. 相對于繞線式發(fā)電機, 雙饋發(fā)電機的轉子能量沒有被消耗掉, 而是可以通過變換器在發(fā)電機轉子與電網之間雙向流通. 變換器可以提供無功補償, 平滑

40、并網電流. 正是DF IG具有上述優(yōu)點, 目前大多數大可變速風力發(fā)電系統都采用這種方式, 例如Ves2tas, Gamesa, GE, Nordex等公司都有此類產品. 但其</p><p>　　控制系統也相對復雜, 尤其是雙向變換器的DFIG勵磁控制技術和雙向并網發(fā)電控制技術, 對于DFIG系統而言, 是至關重要的難點之一. 雙饋發(fā)

41、電機系統具有的缺點: 存在多級齒輪箱及滑環(huán)、電刷, 不可避免地帶來摩擦損耗, 增大了維護量及噪聲等; 在電網故障瞬間, 驟然變大的定子和轉子電流要求變換器增加保護措施, 增大了軟硬件投入, 而且大的故障電流增加了風力機的扭轉負荷.</p><p>　　2) 電勵磁同步發(fā)電機.</p><p>　　電勵磁同步發(fā)電機(Electr ically excited synchro2nous gen

42、erator, EESG)變速恒頻直驅風力發(fā)電系統如圖6所示, 電壓源型逆變器的直流側提供電機轉子繞組的勵磁電流, 發(fā)電機發(fā)出的是電壓和頻率都在變化的交流電, 經整流逆變后變成恒壓恒頻的電能輸入電網. 通過調節(jié)逆變裝置的控制信號可以改變系統輸出的有功功率和無功功率, 實時滿足電網的功率需要. 在變速恒頻直驅風力發(fā)電機組中, 整流逆變裝置的容量需要與發(fā)電機容量相等.采取直驅方式, 發(fā)電機運行在低速狀態(tài), 其電磁轉矩相對較大, 同時發(fā)電機極

43、對數較多, 意味著發(fā)電機的體積也較大. 但由于省去了齒輪箱, 系統的效率和可靠性都得到了提高. 變換器為全功率變換器, 在整個調速范圍能使并網電流平滑, 具有噪聲低、電網電壓閃變小及功率因數高等優(yōu)點. 該系統主要缺點是系統成本較高, 功率變換器損耗較大.</p><p>　　3) 永磁同步發(fā)電機.</p><p>　　永磁同步發(fā)電機( Permanent magnet synchronou

44、sgenerator, PMSG), 它采用的電機是永磁發(fā)電機, 無需外加勵磁裝置, 減少了勵磁損耗; 同時它無需電刷與滑環(huán), 因此具有效率高、壽命長、免維護等優(yōu)點. 在定子側采用全功率變換器, 實現變速恒頻控制. 系統省去了齒輪箱, 這樣可大大減小系統運行噪聲, 提高效率和可靠性, 降低維護成本. 所以, 盡管直接驅動會使永磁發(fā)電機的轉速很低, 導致發(fā)電機體積很大, 成本較高, 但其運行維護成本卻得到了降低. 采用直接驅動永磁發(fā)電機具

45、有傳動系統簡單、效率高以及控制魯棒性好等優(yōu)點, 因此具有越來越大的吸引力. 目前已有多家公司可以提供商業(yè)化的多極永磁風力發(fā)電機系統, 如Enercon,W inW ind等公司. 該系統的主要缺點是永磁材料價格較高, 且在高溫下易被去磁, 功率變換器容量與發(fā)電機容量相同, 變換器成本較高. 隨著風機單機容量的增大, 齒輪箱的高速傳動部件故障問題日益突出, 于是沒有齒輪箱而將主軸與低速多極同步發(fā)電機直接相接的直驅式布局應運而生. 但是,

46、低速多極發(fā)電機重量和體積均大幅增加. 為此, 采</p><p>　　(二)不同風力發(fā)電機的綜合比較</p><p>　　2. 1 年能量利用率和經濟性的對比分析</p><p>　　經濟成本是制約風力發(fā)電技術推廣的一個重要因素. 對于風電機組特別是大型發(fā)電機組來說, 其整個成本包括投資成本和運行成本.投資成本又分為風電機組成本、選址和安裝成本、包括銀行信貸在內的融

47、資成本以及項目初期的計劃和施工等雜項費用. 運行成本也可以分為風電機組運行和維修成本、保險成本、土地成本及項目管理成本. 由此可見, 風電機組的成本問題涉及很多因素.目前, 全球建設風力發(fā)電的造價大約為1 000美元/kW, 我國風力發(fā)電的初始投資從1994年的約12 000元/kW降低到8 000~ 9 000元/kW. 這個費用約為煤電單位造價的2~ 2. 5倍, 但是考慮到生物質能發(fā)電成本是煤電的2. 5~ 3倍, 太陽能發(fā)電成本

48、是煤電的11~ 18倍, 以及減少環(huán)保投入、降低能源損耗、舒緩運輸壓力等方面問題, 風力發(fā)電比其他新型發(fā)電方式的優(yōu)勢更多. 當前在風力發(fā)電的商業(yè)市場上占統治地位的毫無疑問雙饋感應發(fā)電機和多級增速齒輪概念. 但通過以上綜合比較可以看出, 永磁直驅發(fā)電機有望逐漸成為大型風力發(fā)電機組的主流, 并與DFIG風力發(fā)電機組競爭. 尤其是針對海上風電場來說, 體積巨大的直接驅動風力發(fā)電機</p><p>　　2. 2 不同類型

49、風力發(fā)電機市場應用情況</p><p>　　為了評估風力發(fā)電機的發(fā)展趨勢, 對不同類型風力發(fā)電機市場應用情況, 對商業(yè)市場上不同風力發(fā)電機制造商進行了有關考察.給出了來自多個國家和地區(qū)的公司生產的2MW以上功率等級的風力發(fā)電機, 包括Vestas, Gamesa, GE wind,Repower, Nordex等公司. 風力機類型、發(fā)電機型式、額定功率和風輪轉速等數據都是從有關公司的網站上獲得[大部分制造商采用了

50、齒輪箱增速的風力機類型. Vestas, Gamesa, GE wind, Repower,Nordex, E cotecn ia等公司制造的風力機采用了雙饋感應發(fā)電機及多級增速齒輪箱, 因此, 根據表4的統計表明, 當前在風力發(fā)電的商業(yè)市場上占統治地位的是雙饋感應發(fā)電機和多級增速齒輪概念, 而最常用的發(fā)電機為感應電機, 包括雙饋感應電機和鼠籠感應電機2種形式. Mu ltibrid和W inW ind 公司采用了單級齒輪增速的永磁同步

51、發(fā)電機, 而Enercon Zephyros公司生產的直接驅動風力機則分別采用了電勵磁同步發(fā)電機和永磁同步發(fā)電機.</p><p>　　國內發(fā)電機的工業(yè)基礎良好, 制造企業(yè)較多. 國內為大型風力發(fā)電機組配套生產發(fā)電機的企業(yè)主要有永濟電機、蘭州電機、湘潭電機、株洲時代、上海電機、大連天元、東風電機、南洋電機等. 目前, 北車集團永濟廠、蘭州電機、株洲南車電機、湘潭電機等企業(yè)已實現1. 5MW及以下發(fā)電機批量生產,

52、包括異步電機、異步雙饋電機、永磁電機等. 2008年, 全國風力發(fā)電機產能總計約5 400臺( 6 500MW)。</p><p>　　第三章 風力發(fā)電控制技術</p><p>　　由于自然風速的大小和方向的隨機變化，風力發(fā)電機組切入電網和切出電網、輸入功率的限制、風輪的主動對風以及對運動過程中故障的檢測和保護必須能夠自動控制。風力發(fā)電系統的控制技術從定槳距恒速運行至基于變槳距技術的變速運

53、行，已經基本實現了風力發(fā)電機組從能夠向電網提供電力到理想地向電網提供電力的最終目標。3．1 定槳距失速風力發(fā)電技術</p><p>　　定槳距風力發(fā)電機組于20世紀80年代中期開始進入風力發(fā)電市場，主要解決了風力發(fā)電機組的并網問題、運行安全性與可靠性問題。采用了軟并網技術、空氣動力剎車技術、偏行與自動解纜技術。槳葉節(jié)距角在安裝時已經固定，發(fā)電機轉速由電網頻率限制，輸出功率由槳葉本身性能限制。當風速高于額定轉速時，

54、槳葉能夠通過失速調節(jié)方式自動地將功率限制在額定值附近，其主要依賴于葉片獨特的翼型結構，在大風時，流過葉片背風面的氣流產生紊流，降低葉片氣動效率，影響能量捕獲，產生失速。由于失速是一個非常復雜的氣動過程，對于不穩(wěn)定的風況，很難精確計算出失速效果，所以很少用在MW級以上的大型風力發(fā)電機的控制上。</p><p>　　3．2 變槳距風力發(fā)電技術</p><p>　　從空氣動力學角度考慮，當風速過

55、高時，可以通過調整槳葉節(jié)距、改變氣流對葉片攻角，從而改變風力發(fā)電機組獲得的空氣動力轉矩，使輸出功率保持穩(wěn)定。采用變槳距調節(jié)方式，風機輸出功率曲線平滑，</p><p>　　在陣風時，塔筒、葉片、基礎受到的沖擊較失速調節(jié)型風力發(fā)電機要小很多，可減少材料使用率，降低整機重量。其缺點是需要～套復雜的變槳距機構，要求其對陣風的響應速度足夠快，減小由于風的波動引起的功率脈動。 </p><p>　　

56、3．3 主動失速／混合失速發(fā)電技術</p><p>　　這種技術是前兩種技術的組合。低風速時采用變槳距調節(jié)可達到更高的氣動效率，當風機達到額定功率后，風機按照變槳距調節(jié)時風機調節(jié)槳距相反方向改變槳距。這種調節(jié)將引起葉片攻角的變化，從而導致更深層次的失速，使功率輸出更加平滑，其綜合了前兩種方法的優(yōu)點。</p><p>　　3．4 變速風力發(fā)電技術</p><p>　　

57、變速運行是風機葉輪跟隨風速變化改變其旋轉速度，保持基本恒定的最佳葉尖速比，風能利用系數最大的運行方式。與恒速風力發(fā)電機組相比，變速風力發(fā)電技術具有低風速時能夠根據風速變化在運行中保持最佳葉尖速比獲得最大風能、高風速時利用風輪轉速變化儲存的部分能量以提高傳動系統的柔性和使輸出功率更加平穩(wěn)、進行動功率和轉矩脈動補償等優(yōu)越性。</p><p>　　3.5風力發(fā)電系統的智能控制</p><p>　

58、　風力發(fā)電系統的控制策略根據控制器的不同可分為兩大類：以數學模型為基礎的傳統控制方法和模擬人類智能活動及其控制與信息傳遞過程的智能控制。由于空氣動力學的不確定性和電力電子模型的復雜性，使風電機組成為一個復雜多變量非線性系統，具有不確定性和多干擾等特點，致使風力發(fā)電系統很難用數學模型來描述，所以傳統控制方法在風力發(fā)電系統中不適用。由于智能控制可充分利用其非線性、變結構、自尋優(yōu)等各種功能來克服系統的參數時變與非線性因素，因此各種智能控制方案

59、于近幾年被開始應用于風電機組控制領域。</p><p><b>　　3.6 模糊控制</b></p><p>　　模糊控制是一種典型的智能控制方法，其最大特點是將專家的經驗和知識表示為語言規(guī)則用于控制。它不依賴于被控對象的精確數學模型，能克服非線性因素影響，對被調節(jié)對象的參數具有較強的魯棒性。由于風力發(fā)電系統是一個隨機性的非線性系統，因此模糊控制非常適合于風力機的控制

60、。模糊控制在發(fā)電機轉速跟蹤、最大風能捕獲、發(fā)電機最大功率獲取以及風力發(fā)電系統魯棒性等方面取得了較好的控制效果?；\型異步發(fā)電機可采用模糊控制器跟蹤發(fā)電機轉速以實現最大空氣動力效率、計算輕載時磁鏈以實現發(fā)電機一逆變器效率優(yōu)化、實現發(fā)電機速度控制的魯棒性，可根據功率偏差及其變化取得在額定風速以下運行時的最大功率。變速恒頻無刷雙饋風力發(fā)電系統</p><p>　　采用自適應模糊控制模型，可實現較好的魯棒性和抗干擾能力，并

61、且利用模糊控制可實現最大風能捕獲并改善系統穩(wěn)定性。大部分文獻采用的是簡單模糊控制器，主要缺點是控制精度不高，會出現穩(wěn)態(tài)誤差，</p><p>　　需要專家知識，缺乏自適應能力。</p><p>　　3.7 神經網絡控制</p><p>　　人工神經網絡具有可任意逼近任何非線性模型的非線性映射能力，利用其自學習和自收斂性可作為自適應控制器。在風力發(fā)電系統中，神經網絡可

62、以用來根據以往觀察風速數據預測風速變化等方面。變槳距風力發(fā)電系統中可采用神經網絡控制器通過在線學習并修改 ． 特性曲線，實現風能的最大捕獲并減小機械負載力矩，根據風速數據和風力發(fā)電機動態(tài)特性可建立神經網絡參考自適應控制模型?；跀祿臋C器學習是現代智能技術中的重要方面，研究從觀測數據出發(fā)尋找規(guī)律，利用這些規(guī)律對未來數據或無法觀測的數據進行預測，來對工業(yè)過程進行有效控制。這些學習方法包括模式識別、神經網絡、支持向量機等。在風電系統中，可從

63、運行機組獲取大量重要數據，以對機組的動態(tài)特性和性能進行研究。因此，將上述基于數據驅動的機器學習方法與風能轉換系統的控制相結合，是解決風機控制問題的重要途徑之一。</p><p>　　3.8技術發(fā)展趨勢展望</p><p>　　為提高風力發(fā)電效率，降低成本，改善電能質量，減少噪聲，實現穩(wěn)定可靠運行，風力發(fā)電將向大容量、變轉速、直驅化、無刷化、智能化以及微風發(fā)電等方向發(fā)展：</p>

64、<p>　　(1)風力發(fā)電機大型化。這可以減少占地，降低并網成本和單位功率造價，有利于提高風能利用效率。</p><p>　　(2)采用變槳距和變速恒頻技術。變槳距和變速恒頻技術為大型風力發(fā)電機的控制提供了技術保障。其應用可減小風力發(fā)電機的體積、重量和成本，增加發(fā)電量，提高效率和電能質量。</p><p>　　(3)風力發(fā)電機直接驅動。直接驅動可省去齒輪箱，減少能量損失、發(fā)電

65、成本和噪聲，提高了效率和可靠性。 ’</p><p>　　(4)風力發(fā)電機無刷化。無刷化可提高系統的運行可靠性，實現免維護，提高發(fā)電效率。</p><p>　　(5)智能化控制。采用先進的模糊控制、神經網絡、模式識別等智能控制方法，可以有效克服風力發(fā)電系統的參數時變與非線性因素。</p><p>　　(6)采用磁力傳動技術和磁懸浮技術，使電機能夠“輕風起動，微風發(fā)電

66、”。</p><p>　　第四章 未來發(fā)展的建議</p><p>　　1、加強智能電網建設、發(fā)電企業(yè)和電網公司規(guī)劃溝通協調。</p><p>　　智能電網通過數碼技術提高電網的穩(wěn)定性及效率，可以應用在所有相關產業(yè)鏈，是新能源產業(yè)戰(zhàn)略的核心之一。電網公司和發(fā)電企業(yè)必須要加強合作，探討電網建設滯后和風力發(fā)電超前的問題。</p><p>　　2、按

67、照風電直供或者非并網解決風電并網難問題。</p><p>　　3、加大對風機的技術研發(fā)的支持，解決風機制造企業(yè)的低技術重復建設問題，加大重組的推動。淘汰落后的產能。</p><p>　　4、公司要積極通過與主要零部件供應商談判等多種方式，適當降低公司的采購成本并爭取取得較為寬松的付款方式。公司可以通過與供應商加強溝通，建立穩(wěn)定持續(xù)的供貨關系。未來的趨勢是風機制造企業(yè)需要通過并購、或者自己建

68、立一些關鍵零部件的生產企業(yè)，這樣，就能夠消除原材料供應對企業(yè)發(fā)展的掣肘。企業(yè)需要考慮在現在國家提倡行業(yè)企業(yè)做大做強，提高競爭力的前提下，加快縱向一體化的步伐。</p><p>　　5、風機制造企業(yè)可以適當的向風電場的建設等下游市場建立發(fā)展，規(guī)避一定的風機需求市場波動的風險。目前的風機制造企業(yè)主要是只負責風機的制造，并向這些國內的大型風力發(fā)電企業(yè)供應。目前主要是這種三方合作模式，即地方政府、電力企業(yè)以及風機制造企業(yè)

69、。這種風力開發(fā)模式固然是很好，但是不利于風機制造企業(yè)發(fā)揮主動性。風機制造企業(yè)在市場開發(fā)上的主動性不強，市場的競爭度不是很高。不利于風機制造企業(yè)的持續(xù)發(fā)展，未來有能力的企業(yè)可以考慮自己開發(fā)風場，或者對電力企業(yè)的風場開發(fā)進行股權投資，這樣，既能有利于產品銷售，又能在一定程度上分散風險。</p><p>　　6、積極引導風電企業(yè)在不同領域進行合理布局。風電開發(fā)要本著抓大不放小的原則。在大力發(fā)展大型風電場和大型風力機的同

70、時，不要放棄小型風力機的開發(fā)。離網型小型風力機是解決高山、牧民用電的重要手段之一。盡管它不會產生較大的經濟效益，但會帶來較大的社會效益，對減少貧困、發(fā)展經濟、和諧社會大有益處，在貧困以及邊遠山區(qū)仍然有著較廣的發(fā)展前景。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]盧為平.風力發(fā)電基礎.化學工業(yè)出版社，2011</p><

71、p>　　[2]金風1500kW風力發(fā)電機組介紹.金風公司產品資料，2008.</p><p>　　[3]金風1500kW風力發(fā)電機組運行維護手冊介紹.金風公司產品資料，2008.</p><p>　　[4]白公.維護電工技能手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2007.</p><p>　　[5]季田.基于單片機的濃縮風能型風力發(fā)電機調向控制系統[M].中國機械

72、工程 ，2003.</p><p>　　[6]姚興佳，宋俊.風力發(fā)電機組原理與應用[M].機械工業(yè)出版社，2009.</p><p>　　[7]張志英.風能與風力發(fā)電技術[M].北京化學工業(yè)出版社，2010.</p><p>　　[8]蘇紹禹.風力發(fā)電機設計與運行維護[M].中國電力出版社，2003.</p><p>　　[9]尹煉.全國風力

73、發(fā)電場培訓教材—風力發(fā)電[M].中國電力出版社，2002.</p><p>　　[10]倪瑋.風力發(fā)電系統[M].北京：機械工業(yè)出版社，2011.</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　經過半年的忙碌和工作，本次畢業(yè)設計已經接近尾聲，由于經驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有老師的督促指導，以及同學們的支持，想

74、要完成這個設計是難以想象的。</p><p>　　在這里首先要感謝**老師，本論文是在**老師的精心指導和熱情關懷下完成的。從課題的選擇、試驗方案的確定到論文的撰寫，老師給予了富有啟發(fā)性的指導，幫助我解決了課題中的許多問題。*老師嚴謹的治學態(tài)度、高尚的學術風范以及高深的專業(yè)知識造詣都給了我諸多教益，這些我都會受益終生。</p><p>　　同時還要感謝各任課老師，他們在講壇上充滿智慧的談吐