風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制模型的建立和仿真分析畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書

1風(fēng)力發(fā)電起源于20世紀(jì)70年代，技術(shù)成熟于80年代，自90年代以來(lái)風(fēng)力發(fā)22006年6月3第一章風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的基本原理1.1風(fēng)力發(fā)電的基本原理的原理說(shuō)起來(lái)非常簡(jiǎn)單，最簡(jiǎn)單的風(fēng)力發(fā)電機(jī)可由葉片和發(fā)電機(jī)1.1.2風(fēng)力發(fā)電的特點(diǎn)風(fēng)向發(fā)電機(jī)(1)可再生的潔凈能源發(fā)電機(jī)風(fēng)力發(fā)電是一種可再生的潔凈能(2)建設(shè)周期短圖1-1風(fēng)力發(fā)電原理圖圖1-1風(fēng)力發(fā)電原理圖(3)裝機(jī)規(guī)模靈活(4)可靠性高機(jī)組可靠性從80年代的50%提高到了98%,高于火力發(fā)電且機(jī)組壽命可達(dá)20年。(5)造價(jià)低從國(guó)外建成的風(fēng)電場(chǎng)看，單位千瓦造價(jià)和單位千瓦時(shí)電價(jià)都低于火力發(fā)電，和(6)運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單現(xiàn)代中大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的自動(dòng)化水平很高，完全可以在無(wú)人職守的情況下正常4(7)實(shí)際占地面積小(8)發(fā)電方式多樣化機(jī)組形成互補(bǔ)系統(tǒng)，還可以獨(dú)立運(yùn)行，因此對(duì)于解(9)單機(jī)容量小由于風(fēng)能密度低決定了單臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組容量不可能很大，與現(xiàn)在的火力發(fā)電1.2風(fēng)資源及風(fēng)輪機(jī)概述(1)風(fēng)的起源的公轉(zhuǎn)軸之間存在66.5°的夾角，因此對(duì)地球上不同地點(diǎn)太陽(yáng)照射角度是不同的，(2)風(fēng)的參數(shù)風(fēng)速是指某一高度連續(xù)10min所測(cè)得各瞬時(shí)風(fēng)速的平均值。一般以草地上空(3)風(fēng)能的基本情況15風(fēng)能的大小實(shí)際就是氣流流過(guò)的動(dòng)能，因此可以推導(dǎo)出氣流在單位時(shí)間內(nèi)垂直w=0.5pV31.3風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)與組成風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，按其容量分可分為：小型(10kw以下)、中型(10—100kw)和大型(100kw以上)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。按主軸與地面相對(duì)前世界各國(guó)風(fēng)力發(fā)電機(jī)最為成功的一種形式的國(guó)家很少，主要原因是垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)效率低，需啟動(dòng)設(shè)備，同時(shí)還有些技術(shù)61.3.2水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)及附屬部件(機(jī)艙機(jī)座回轉(zhuǎn)體制動(dòng)器等)組成的。葉片是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組最關(guān)鍵的部件，現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電機(jī)上每個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的測(cè)量長(zhǎng)度大約為20米葉片數(shù)通常為2枚或3枚，大部分轉(zhuǎn)子葉片用玻璃纖維強(qiáng)化塑料(GRP)制造。葉片可分為變漿距和定漿距兩種葉片，其作用都是為了調(diào)速，當(dāng)風(fēng)力達(dá)到風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)的額定風(fēng)速時(shí)，在風(fēng)輪上就要采取措施，以保證風(fēng)力發(fā)電有夾渣、砂眼、裂紋等缺陷，并按槳葉可承受的最大離心力載荷來(lái)設(shè)計(jì)。主軸也稱低速軸，將轉(zhuǎn)子軸心與齒輪箱連接在一起，由于承受的扭矩較大，其轉(zhuǎn)速一般小于50r/min,一般由40Cr或其他高強(qiáng)度合金鋼制成。7(3)增速器(4)聯(lián)軸器增速器與發(fā)電機(jī)之間用聯(lián)軸器連接，為了減少占地空間，往往聯(lián)軸器與制動(dòng)器(5)制動(dòng)器(6)發(fā)電機(jī)機(jī)的性能好壞直接影響整機(jī)效率和可靠性。大型風(fēng)電機(jī)(100-150千瓦)通常產(chǎn)生690伏特的三相交流電。然后電流通過(guò)風(fēng)電機(jī)旁的變壓器(或在塔內(nèi)),電壓被提高②永磁發(fā)電機(jī)，常用在小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)上。現(xiàn)在我國(guó)已經(jīng)發(fā)明了交流電壓(8)調(diào)速裝置8(9)調(diào)向(偏航)裝置(10)風(fēng)力發(fā)電機(jī)微機(jī)控制系統(tǒng)1(11)電纜扭纜計(jì)數(shù)器XX本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書9世界上第一個(gè)關(guān)于風(fēng)輪機(jī)風(fēng)輪葉片接受風(fēng)能的比較完整的理論是1919年由A貝茨(Betz)建立的。貝茨理論的建立依據(jù)的假設(shè)條件是假定風(fēng)輪是理想的，能全部接受風(fēng)能并且沒(méi)有輪轂，葉片是無(wú)限多，對(duì)氣流沒(méi)有任何阻力。而空氣流是連續(xù)的，不可壓縮的，葉片掃掠面上的氣流是均勻的，氣流速度的方向不論在葉片前或流經(jīng)葉片后都是垂直葉片掃掠面的(或稱為是平行風(fēng)輪軸線的),滿足以上條件的風(fēng)輪稱為“理如圖1-3所示，我們分析一個(gè)放置在移動(dòng)的空氣中的“理想風(fēng)輪”葉片上所受到的力及移動(dòng)的空氣對(duì)風(fēng)輪葉片所做的功。風(fēng)吹到葉片上所做的功是將風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為葉片轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械能，則有V?<V?,S?>S?。如果假設(shè)空氣是不可壓縮的，由連續(xù)條件可得由流體力學(xué)可知?dú)饬鞯膭?dòng)能為設(shè)單位時(shí)間內(nèi)氣流流過(guò)載面積為s的氣體的體積為V,則V=sv。如果以表示空氣密度，該體積的空氣質(zhì)量m=psv,此時(shí)氣體所具有的動(dòng)能為從風(fēng)能公式可以看出風(fēng)能的大小與氣流密度和通過(guò)的面積成正比，與氣流速度成正比，其中和V隨地理位置、海拔、地形等因素而變。風(fēng)作用在葉片上的力由歐拉定理求得式中空氣當(dāng)時(shí)的密度風(fēng)輪所接受的功率為所以經(jīng)過(guò)風(fēng)輪葉片的風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化式中P=△TXX本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書因此，風(fēng)作用在風(fēng)輪葉片上的力F和風(fēng)輪輸出的功率P分別為風(fēng)速V?是給定的，P的大小取決于V?,P是V?的函數(shù)，對(duì)P微分求最大值得令其等于0,求解方程得16/27=0.593,Cp稱作貝茨功率系數(shù)而正是風(fēng)速為V的風(fēng)能T,故Cp=0.593,說(shuō)明風(fēng)吹在葉片上，葉片上所能獲得的最大功率Pmax為風(fēng)吹過(guò)葉片掃掠面積S的風(fēng)能的59.3%。貝茨理論說(shuō)明理想的風(fēng)能對(duì)風(fēng)輪葉片做功的最高效率是59.3%。通常風(fēng)輪機(jī)風(fēng)輪葉片接受風(fēng)能的效率達(dá)不到59.3%,一般根據(jù)葉片的數(shù)量、葉片的翼形、功率等情況取0.25-0.45。貝茨理論提供了風(fēng)能的基本理論，但在討論風(fēng)輪機(jī)的能量轉(zhuǎn)換與控制時(shí)有幾個(gè)特性系數(shù)具有特別重要的意義。(1)風(fēng)能利用系數(shù)C風(fēng)輪機(jī)從自然風(fēng)能中吸到能量的大小和程度可以用風(fēng)能利用率系數(shù)Cp表示XX本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書為了表示風(fēng)輪在不同的風(fēng)速中的狀態(tài)用葉片的葉尖圓周速度與風(fēng)速之比來(lái)衡量稱為葉尖速比低速風(fēng)輪取較小值；高速風(fēng)輪取較大值。為了便于把氣流作用下的風(fēng)輪機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩和推力進(jìn)行比較常以為變量作成轉(zhuǎn)矩和推力的變化曲線，因此轉(zhuǎn)矩和推力也要無(wú)因次化。圖2●13風(fēng)輪的典型Cp—λ特性曲線1.4.3異步發(fā)電機(jī)基本原理(1)異步發(fā)電機(jī)基本原理發(fā)電機(jī)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中最關(guān)鍵的零部件，是將風(fēng)能最終轉(zhuǎn)變成電能的設(shè)備。發(fā)電機(jī)的性能好壞直接影響整機(jī)效率和可靠性。使用異步機(jī)作為風(fēng)力發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)并聯(lián)的優(yōu)點(diǎn)是：發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單成本低并網(wǎng)控制容易，缺點(diǎn)是要從電網(wǎng)吸收無(wú)功功率以提供自身的勵(lì)磁。這一缺點(diǎn)可以通過(guò)在發(fā)電機(jī)端并聯(lián)電容器來(lái)改善。由于風(fēng)電場(chǎng)的特殊性，它的并網(wǎng)和解列的操作十分頻繁，而且由于投資成本的XX本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書限制以及管理、維修等方面的優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在大多數(shù)的大型風(fēng)電場(chǎng)都采用異步發(fā)電機(jī)作為主力機(jī)型。本論文的研究對(duì)象中使用也是異步發(fā)電機(jī)，下面我們對(duì)異步機(jī)做以下的簡(jiǎn)單介紹。異步電機(jī)一般稱感應(yīng)電機(jī)即可作為發(fā)電機(jī)也可作為電動(dòng)機(jī)。異步機(jī)作為電動(dòng)機(jī)應(yīng)用非常廣泛異步機(jī)作為發(fā)電機(jī)的情況則比較少。但由于異步發(fā)電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單價(jià)格便宜堅(jiān)固耐用維修方便啟動(dòng)容易并網(wǎng)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)在大中型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中得到廣泛應(yīng)用。異步發(fā)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和同步發(fā)電機(jī)的一樣，也是由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。異步機(jī)的定子與同步機(jī)基本相同，其轉(zhuǎn)子可分為繞線式和鼠籠式，繞線式異步機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組和定子繞組相同，鼠籠式異步機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組是由端部短接的銅條或鑄鋁制成像鼠籠一樣。異步機(jī)是利用電磁感應(yīng)原理通過(guò)定子的三相電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)并與轉(zhuǎn)子繞組中的感應(yīng)電流相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩以進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換。通常異步機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速總是略低于或略高于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n?與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n之間的差為轉(zhuǎn)差，轉(zhuǎn)差n與同步轉(zhuǎn)速n,的比值稱為轉(zhuǎn)差率用S表示轉(zhuǎn)差率是表證異步機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的一個(gè)基本變量。此時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩的方向與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向和旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)兩者的方向相反即電磁轉(zhuǎn)矩為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。此時(shí)轉(zhuǎn)子從原動(dòng)機(jī)吸收機(jī)械功率通過(guò)電磁感應(yīng)由定子輸出電功率電機(jī)處于發(fā)電機(jī)狀風(fēng)輪額定轉(zhuǎn)速風(fēng)輪額定轉(zhuǎn)速是風(fēng)輪在額定風(fēng)速時(shí)的轉(zhuǎn)速。風(fēng)輪額定轉(zhuǎn)速也是風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)的重要參數(shù)之一。它是由葉尖速比及發(fā)電機(jī)功率決定的參數(shù)。發(fā)電機(jī)額定功率發(fā)電機(jī)的額定功率是發(fā)電機(jī)在額定功率因數(shù)下連續(xù)運(yùn)行而輸出的功率它是由用戶提出或由不同的使用目的而確定的。它是風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)的最基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。單位為KW;也有用視在功率表示的單位為KVA。發(fā)電機(jī)是交流還是直流微小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)常用直流發(fā)電機(jī)中、大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)常用交流發(fā)電機(jī)。這要視cosφ=P/S發(fā)電機(jī)在額定功率輸出及額定負(fù)載下定子繞組與轉(zhuǎn)子繞組允許的最高溫度與額式中P——發(fā)電機(jī)的極對(duì)數(shù)；第二章風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)模型的建立我們的目的是希望通過(guò)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，采取必要的手段使我們的系統(tǒng)在規(guī)定2.1風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本控制要求風(fēng)速超過(guò)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組額定風(fēng)速以上時(shí)，為確保風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輸出功率不再增風(fēng)速超過(guò)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組額定風(fēng)速以上時(shí)，為確保風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輸出功率不再增偏轉(zhuǎn)90度對(duì)風(fēng)控制：機(jī)組在大風(fēng)速或超轉(zhuǎn)速工作時(shí)→降低風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的功率(3)控制保護(hù)要求主電路保護(hù)：變壓器低壓側(cè)三相四線進(jìn)線處設(shè)置低壓配電低壓斷路器→維護(hù)操2.2風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理能到電能的能量轉(zhuǎn)換過(guò)程，在考慮風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制目標(biāo)時(shí)應(yīng)結(jié)合它們的運(yùn)行方式，(1)控制系統(tǒng)保持風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安全可靠運(yùn)行同時(shí)高質(zhì)量地將不斷變化的風(fēng)能(2)控制系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)、狀態(tài)監(jiān)控顯示(3)利用計(jì)算機(jī)智能控制實(shí)現(xiàn)機(jī)組的功率優(yōu)化控制定槳距恒速機(jī)組主要進(jìn)行軟(4)大于開(kāi)機(jī)風(fēng)速并且轉(zhuǎn)速達(dá)到并網(wǎng)轉(zhuǎn)速的條件下風(fēng)力發(fā)電機(jī)組能軟切入自動(dòng)并網(wǎng)保證電流沖擊小于額定電流。當(dāng)風(fēng)速在4～7m/s之間切入小發(fā)電機(jī)組(小于300kW)并網(wǎng)運(yùn)行當(dāng)風(fēng)速在7～30m/s之間切入大發(fā)電機(jī)組(大于500kW)并網(wǎng)運(yùn)大風(fēng)情況下當(dāng)風(fēng)速達(dá)到停機(jī)風(fēng)速時(shí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組應(yīng)葉尖限速脫網(wǎng)抱液壓機(jī)械閘樣在小風(fēng)自動(dòng)脫網(wǎng)停機(jī)后5分內(nèi)不能軟切并網(wǎng)。當(dāng)風(fēng)速小于停機(jī)風(fēng)速時(shí)為了避免風(fēng)力發(fā)電機(jī)組長(zhǎng)期逆功率運(yùn)行造成電網(wǎng)損耗應(yīng)狀態(tài)下(大風(fēng)停機(jī)、斷電和故障等)均應(yīng)抱閘。余時(shí)間(運(yùn)行期間、正常和故障停機(jī)期間)均處于歸位狀態(tài)。(1)主要技術(shù)參數(shù)主發(fā)電機(jī)輸出功率(額定)P(KW)發(fā)電機(jī)最大輸出功率1.2P(KW)工作風(fēng)速范圍4正25m/s額定風(fēng)速V.(m/s)切入風(fēng)速(1min平均值)4m/s切出風(fēng)速(1min平均值)25m/s風(fēng)輪轉(zhuǎn)速N(r/min)發(fā)電機(jī)輸出電壓V口10%并網(wǎng)最大沖擊電流(有效值)01.51(2)控制指標(biāo)及效果電纜纏繞2.5圈自動(dòng)解纜手動(dòng)操作響應(yīng)時(shí)間超電壓保護(hù)范圍欠電流保護(hù)范圍風(fēng)輪轉(zhuǎn)速極限發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速極限發(fā)電機(jī)過(guò)功率保護(hù)值發(fā)電機(jī)過(guò)電流保護(hù)值大風(fēng)保護(hù)風(fēng)速系統(tǒng)接地電阻防雷感應(yīng)電壓來(lái)是90°,現(xiàn)在恢復(fù)為0°,風(fēng)輪開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)。計(jì)算機(jī)開(kāi)始時(shí)監(jiān)測(cè)各個(gè)參數(shù)、輸入，判斷其中相位補(bǔ)償?shù)淖饔迷谟谑构β室驍?shù)保持在0.95至0.99之間。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的變距系統(tǒng)主要包括兩種控制方式，即并網(wǎng)前的速度控制與并網(wǎng)變槳距風(fēng)輪的葉片在靜止時(shí)節(jié)距角為90°,這時(shí)氣流對(duì)葉片不產(chǎn)生力矩，整個(gè)葉片實(shí)際上是一塊阻尼板。當(dāng)風(fēng)速達(dá)到起動(dòng)風(fēng)速時(shí)，葉片向0度方向轉(zhuǎn)動(dòng)，直到氣流風(fēng)向當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后電機(jī)并入電變化不大，主要取決于電機(jī)的轉(zhuǎn)差，電了優(yōu)化功率曲線，在進(jìn)行功率控制的同時(shí)通過(guò)轉(zhuǎn)子電流控制器對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)差進(jìn)行風(fēng)輪轉(zhuǎn)差調(diào)到很小(1%),轉(zhuǎn)速在同步速風(fēng)向停止?fàn)顟B(tài)差要調(diào)整到很大(10%),使葉尖速比停止?fàn)顟B(tài)(2)變距控制[7]變槳距控制系統(tǒng)實(shí)際上是一個(gè)隨動(dòng)圖2-1不同節(jié)距角時(shí)的槳葉截面2.3風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的控制策略功率變換器的絕對(duì)極限和常用上限的差風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的各種控制策略在國(guó)內(nèi)外大中型并網(wǎng)發(fā)電的風(fēng)力發(fā)電機(jī)中均有應(yīng)功率變換器的絕對(duì)極限和常用上限的差風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的各種控制策略在國(guó)內(nèi)外大中型并網(wǎng)發(fā)電的風(fēng)力發(fā)電機(jī)中均有應(yīng)2.3.1風(fēng)輪機(jī)的氣動(dòng)特性181風(fēng)輪機(jī)通過(guò)葉片捕獲風(fēng)能，將風(fēng)能0XX本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書尖速比可表示為R為葉片半徑(m);V為來(lái)流的線性風(fēng)速(m/s)。根據(jù)風(fēng)機(jī)葉片的空氣動(dòng)力特性，風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率Cp是尖速比λ和槳矩β的函數(shù)，即β的關(guān)系可用圖2-3來(lái)表示。由圖中可見(jiàn)，對(duì)于同一個(gè)Cp值風(fēng)輪機(jī)可能運(yùn)行在A和B兩個(gè)點(diǎn)，它們分別對(duì)應(yīng)于風(fēng)20圖2-3風(fēng)輪的典型Cp-TSR特性曲線輪機(jī)的高風(fēng)速運(yùn)行區(qū)和低風(fēng)速運(yùn)行區(qū)，當(dāng)風(fēng)速發(fā)生變化時(shí)風(fēng)輪機(jī)的運(yùn)行點(diǎn)將要發(fā)生變化。在恒頻應(yīng)用中，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化只比同步轉(zhuǎn)速高百分之幾，但風(fēng)速的變化范圍可以很寬。按(2-1)式，尖速比便可以在很寬范圍內(nèi)變化(取決于葉片設(shè)計(jì)),風(fēng)輪機(jī)捕獲風(fēng)力可以寫成Cp是風(fēng)輪機(jī)的功率系數(shù)。由(2-2)式可知，風(fēng)機(jī)整體設(shè)計(jì)和相應(yīng)的運(yùn)行控制策略應(yīng)在追求Cp最大的情況下進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，便可增加其輸出功率。如圖2-4所示是理想風(fēng)輪機(jī)的功率曲線。從理論上講風(fēng)輪機(jī)組的輸出功率是無(wú)限大的，它是風(fēng)速立方的函數(shù)。但在實(shí)際應(yīng)用中，它卻受到了如下的限制：(1)功率限制：由于構(gòu)成電路的所有電氣元件都受到了功率限制；(2)轉(zhuǎn)速限制：由于系統(tǒng)中的齒輪箱、電機(jī)都存在轉(zhuǎn)速的上限。因而風(fēng)輪機(jī)的運(yùn)行存在三個(gè)典型區(qū)：在低風(fēng)速段，按恒定Cp途徑控制風(fēng)輪機(jī)直XX本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書到轉(zhuǎn)速達(dá)到極限；然后按恒定轉(zhuǎn)速控制風(fēng)輪機(jī)，直到功率最大；功率最大后，風(fēng)輪機(jī)按恒定功率控制。6圖2-4理想風(fēng)輪機(jī)組功率特性曲線2.3.2定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)的控制策略傳統(tǒng)概念的風(fēng)力發(fā)電機(jī)一般都是上風(fēng)向、三葉片的風(fēng)輪機(jī)，通過(guò)齒輪增速箱來(lái)驅(qū)動(dòng)異步發(fā)電機(jī)，并與電網(wǎng)相連來(lái)發(fā)電的。風(fēng)輪機(jī)的功率調(diào)節(jié)完全依靠葉片的氣動(dòng)特性的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組稱為定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。風(fēng)輪機(jī)吸收的功率隨風(fēng)速不停地變化，發(fā)電機(jī)工作于同步轉(zhuǎn)速附近，而風(fēng)電機(jī)組的設(shè)計(jì)一般在額定功率時(shí)風(fēng)輪的轉(zhuǎn)換效率Cp在最佳區(qū)段。當(dāng)風(fēng)速超過(guò)額定風(fēng)速時(shí)，為了保持發(fā)電機(jī)輸出功率恒定，必須通過(guò)葉片失速效應(yīng)特性來(lái)降低Cp值，以維持輸出功率的恒定。對(duì)于定槳距系統(tǒng)，發(fā)電機(jī)正常工作的滑差小于1%,允許滑差范圍一般在5%以內(nèi)，而風(fēng)速的變化范圍卻很大。從變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)圖2-5:風(fēng)輪機(jī)組功率行性曲線在低風(fēng)速段。通常系統(tǒng)設(shè)計(jì)有兩個(gè)不同功率、不同極機(jī)則工作于低風(fēng)速區(qū)，由此來(lái)調(diào)整尖速比λ,實(shí)現(xiàn)追求Cp最大下的整體運(yùn)行控制。定槳矩風(fēng)機(jī)的功角一般設(shè)定在0°,在不同風(fēng)頻密度的2.3.3變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)的控制策略為了盡可能提高風(fēng)輪機(jī)風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率和保證風(fēng)輪機(jī)輸出功率平穩(wěn)，風(fēng)輪機(jī)將進(jìn)槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的功率調(diào)節(jié)不完全依靠葉片的氣動(dòng)特性，主要依靠與葉片相匹配系統(tǒng)，通常采用典型的PID轉(zhuǎn)速、功圖2-6風(fēng)機(jī)調(diào)整目標(biāo)功率曲線距風(fēng)輪機(jī)的起動(dòng)風(fēng)速較定槳距風(fēng)輪機(jī)低，但率fe=fn+fr?？刂苀k的值以使fe等于電網(wǎng)頻率。這一點(diǎn)與鼠籠式轉(zhuǎn)子電流頻率IGBT管，一般通過(guò)查表獲得調(diào)節(jié)信號(hào)：風(fēng)速5~7m/s,風(fēng)機(jī)工作于同步轉(zhuǎn)速以下(1100~1500RHM);風(fēng)速7~9m/s風(fēng)機(jī)工作于同步轉(zhuǎn)速附近(15作方式一致；風(fēng)速9~15m/s,風(fēng)機(jī)工作于同步轉(zhuǎn)速以上(1500~1625RFM);風(fēng)速2.4.1變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)電機(jī)組的起動(dòng)狀態(tài)(轉(zhuǎn)速控制)、欠功率控制(不控制)和額定功率狀態(tài)(功率控制)。(1)起動(dòng)狀態(tài)器按一定的速度上升斜率給出速度參考值，變槳距系統(tǒng)根據(jù)給定的速度參考值，調(diào)(2)欠功率狀態(tài)欠功率狀態(tài)是指發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)后，由于風(fēng)速低于額定風(fēng)速，發(fā)電機(jī)在額定功即根據(jù)風(fēng)速的大小，調(diào)整發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)差率，使其盡量運(yùn)行在最佳葉尖速比上，以優(yōu)(3)額定功率狀態(tài)距控制方式中，將轉(zhuǎn)速控制切換為功率控制，變距系統(tǒng)開(kāi)始根據(jù)發(fā)電機(jī)的功率信號(hào)發(fā)電機(jī)功率發(fā)電機(jī)功率功率控制器節(jié)距轉(zhuǎn)速給定速度變距圖2-7傳統(tǒng)的秋槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制框圖系統(tǒng)由風(fēng)速低頻分量和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制，風(fēng)速的高頻分量產(chǎn)生的機(jī)械能波動(dòng)，通過(guò)迅速改變發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)進(jìn)行平衡，即通過(guò)轉(zhuǎn)子電流控制器對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)差率進(jìn)行控制，當(dāng)風(fēng)速高于額定風(fēng)速時(shí)，允許發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速升高，將瞬變的風(fēng)能以風(fēng)輪動(dòng)能的形制器的任務(wù)主要是根據(jù)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速給出相應(yīng)的功率曲線，調(diào)整發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)差率，并確定速度控制器B的速度給定。節(jié)距的給定參考值由控制器根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)給出。如圖2-8所示，B電網(wǎng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速電流給定控制器制器A節(jié)距控制器發(fā)電機(jī)B風(fēng)速圖2-8新型變槳距控制系統(tǒng)分布圖當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并入電網(wǎng)前，由速度控制器A給出；當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并入電網(wǎng)后由速度控制B給出。(2)變距控制器的輸出信號(hào)經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后變成電壓信號(hào)控制比例閥(或電液伺服閥),驅(qū)動(dòng)液壓活塞桿位移活塞桿位移察繞位移轉(zhuǎn)換為節(jié)距信號(hào)節(jié)距給定節(jié)距圖2-9變槳距控制系統(tǒng)(3)速度控制器A速度速地增大時(shí)能夠快速起動(dòng)。(4)速度控制器B額定的速度給定值是1569r/min,相應(yīng)的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)差率是4%。如果風(fēng)速和功率輸出一直低于額定值，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)差率將降低到2%,節(jié)距控制將根據(jù)風(fēng)速調(diào)整到最佳狀態(tài)，以優(yōu)化葉尖速比。如果風(fēng)速高于額定值，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速通過(guò)改變節(jié)距來(lái)跟蹤相應(yīng)的速度給定值。功率XX本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書2.4.3功率控制葉尖速比優(yōu)化節(jié)距給定節(jié)距及速度感應(yīng)傳感器速度非線性化速度出速度給定濾波器風(fēng)速濾波器計(jì)時(shí)器控制器轉(zhuǎn)速圖2-11速度控制器B(1)功率控制系統(tǒng)功率控制系統(tǒng)如圖2-12所示，它由兩個(gè)控制環(huán)節(jié)組成。外環(huán)通過(guò)測(cè)量轉(zhuǎn)速產(chǎn)生速度出速度入電功率測(cè)量轉(zhuǎn)速計(jì)時(shí)器圖2-12功率控制系統(tǒng)(2)轉(zhuǎn)子電流控制器原理18]轉(zhuǎn)子電流控制器由快速數(shù)字式PI控制器和一個(gè)等效變阻器構(gòu)成。它根據(jù)給定的電流值，通過(guò)改變轉(zhuǎn)子電路和電阻來(lái)改變發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)差率。在額定功率時(shí)，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)差率能夠從1%到10%(1515到1650r/min)變化，相應(yīng)的轉(zhuǎn)子平均電阻從0到100%變化。當(dāng)功率變化即轉(zhuǎn)子電流變化時(shí)，PI調(diào)節(jié)器迅速調(diào)整轉(zhuǎn)子電阻，使轉(zhuǎn)子電定，從而使功率輸出保持不變。電流給定異步發(fā)電機(jī)功率轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速WW三相整流橋IGBT限電壓保護(hù)過(guò)電壓保護(hù)驅(qū)動(dòng)板電源控制單元信號(hào)過(guò)電壓保護(hù)板AYY圖2-13轉(zhuǎn)子電流控制器原理圖從電磁轉(zhuǎn)矩的關(guān)系式來(lái)說(shuō)明轉(zhuǎn)子電阻與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)差率的關(guān)系。發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為式中P—電機(jī)極對(duì)數(shù)；U?—定子額定相電壓；R?—折算到定子側(cè)的轉(zhuǎn)子每相電阻；式中只要R?/S不變，電磁轉(zhuǎn)矩T就可以不變，發(fā)電機(jī)的功率可保持不變。當(dāng)風(fēng)速變大時(shí)，風(fēng)輪及發(fā)電機(jī)上的轉(zhuǎn)速上升，即發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)差率S增大，只要改變發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子電阻即可保持輸出功率不變。RCC控制單元有效地減少了變槳距機(jī)構(gòu)的動(dòng)作頻率及動(dòng)作幅度，使得發(fā)電機(jī)的輸出功率保持平衡，實(shí)現(xiàn)了變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在額定風(fēng)速以上的額定功率輸出，有效地減少了風(fēng)力發(fā)電機(jī)因風(fēng)速的變化而造成的對(duì)電網(wǎng)的不良影響。2.5變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)模型的建立在控制選擇器的模型中，當(dāng)輸入的時(shí)間值低于1秒時(shí)，輸出為低水平輸出值0;當(dāng)輸入的時(shí)間值超過(guò)1秒時(shí)，輸出為高水平輸出值1。0圖2-14系統(tǒng)控制選擇器模型根據(jù)系統(tǒng)控制選擇器來(lái)實(shí)現(xiàn)在w和1之間的選擇，利用乘法器乘以轉(zhuǎn)速的基準(zhǔn)(1)選擇器參數(shù)：選擇器功能是當(dāng)運(yùn)行時(shí)間在0到所設(shè)域值時(shí)，由B通道輸入，(2)選擇器A、B端輸入?yún)?shù)：A端輸入變量發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速w;B端輸入常數(shù)(3)乘法模塊輸入?yún)?shù)：乘法模塊功能是把兩個(gè)輸入相乘后在輸出。在軟件環(huán)境中輸入同步轉(zhuǎn)速314rad/s。(4)時(shí)鐘脈沖ONT控制參數(shù)：時(shí)鐘脈沖控制是由一個(gè)時(shí)間信號(hào)模型與一個(gè)單信號(hào)輸入比較儀組成，其功能是當(dāng)輸入時(shí)間信號(hào)低于所設(shè)域值時(shí)，輸出Lowoutputlevel通道所設(shè)值，當(dāng)輸入時(shí)間信號(hào)高于所設(shè)域wW圖2-15風(fēng)輪機(jī)轉(zhuǎn)速控制模型2.5.3發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制的模型(在發(fā)電機(jī)并網(wǎng)前)WF發(fā)電機(jī)WF發(fā)電機(jī)ModelExciterMass9發(fā)電機(jī)圖2-16發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制的模型及參數(shù)(1)槳距角控制輸入量模型根據(jù)控制選擇器來(lái)選擇異步發(fā)電機(jī)的有功功率反饋值或給定值為槳距角控制功(2)槳距角控制功率的參照量(Pref)模型以發(fā)電機(jī)的額定功率作為控制系統(tǒng)功率輸入的參照量，由實(shí)際值與其進(jìn)行比較，根據(jù)所得值的大小可以判斷功率輸出是否穩(wěn)定，從而可以通過(guò)改變槳距角進(jìn)行功率AWirB圖2-17槳距角控制輸入模型圖2-18槳距角控制功率的參照量(Pref)模型(3)槳距角控制比例積分環(huán)節(jié)模型古古B圖2-19比例積分控制器模型的參數(shù)圖2-20傳遞函數(shù)的參數(shù)00圖2-21節(jié)距限制的參數(shù)(4)濾波器模型及參數(shù)濾波器對(duì)比例積分器輸出的波形進(jìn)行修整，以便出現(xiàn)諧波分量對(duì)系統(tǒng)造成不良影圖2-22濾波器模型及參數(shù)(5)槳距角調(diào)整限制環(huán)節(jié)模型FF十角度限制Beta圖2-23槳距角調(diào)整限制環(huán)節(jié)模型由槳距角輸出反饋值和經(jīng)濾波器濾波后的輸入值進(jìn)行比較后，輸入微分限制和Orderoftransferfunction.NoXX本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書的參數(shù)圖2-25微分器環(huán)節(jié)傳遞函的參數(shù)圖2-26槳距角的角度限制參數(shù)以上是對(duì)完整的風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)模型的建立過(guò)程，通過(guò)以上模型可以對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)速控制和功率控制，使風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行在安全穩(wěn)定的狀態(tài)。第三章樣例系統(tǒng)模型的建立3.1風(fēng)速模型的建立3.1.1風(fēng)能的數(shù)學(xué)模型風(fēng)能作用于風(fēng)輪機(jī)的槳葉上，是風(fēng)力發(fā)電機(jī)的原動(dòng)力，為了能較準(zhǔn)確的描述自然界的風(fēng)能變化的特點(diǎn)，在工程上一般采用簡(jiǎn)化的四分量模型來(lái)模擬風(fēng)速隨時(shí)間變化的特征。(1)基本風(fēng)Vw基本風(fēng)可以由風(fēng)電場(chǎng)測(cè)量所得的威布爾分布參數(shù)近似確定式中AπK表示威布爾分布尺度參數(shù)和形狀參數(shù)；在實(shí)際與仿真時(shí)我們近似認(rèn)為Vwβ是一個(gè)不隨時(shí)間變化的分量，也就是取Vβ為一個(gè)常數(shù)。VwG用于表述風(fēng)速的突然變化，在三個(gè)時(shí)間段內(nèi)有不同的風(fēng)速，陣性風(fēng)變化過(guò)程如圖3-2所示。XX本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(3)漸變風(fēng)VwRXX本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書t≥T?k+T圖3-3漸變風(fēng)隨時(shí)間變化曲線圖(4)隨機(jī)噪聲風(fēng)vwNVwN用以描述在指定的高度的風(fēng)速變化的隨機(jī)風(fēng)的特性，由許多諧波分量構(gòu)成其表達(dá)式為式中△w——隨機(jī)分布的離散間距；——第I個(gè)分量的初相角為0~2P;之間分布的隨機(jī)量；s(第I個(gè)分量的振幅。式中K——地表摩擦系數(shù)；F——攏動(dòng)范圍m2;相對(duì)高度的平均風(fēng)速(m/s)。(5)綜合風(fēng)速表達(dá)式v綜合風(fēng)速表達(dá)式即是對(duì)前面的四個(gè)分量風(fēng)速表達(dá)式的求和，其表達(dá)式如下T圖3-4綜合風(fēng)速模型(1)外部風(fēng)速輸入控制模型參數(shù)外部風(fēng)速輸入控制模型(如圖3-5所示)是調(diào)節(jié)外加風(fēng)速的模型，它可以隨意陣行風(fēng)Vwc用于描述風(fēng)速的突然變化，根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)可以給出其最大值Vax=2m/s,起始時(shí)間3s,持續(xù)周期為1s,陣性風(fēng)數(shù)量為1個(gè)。如圖3-7所示。漸變風(fēng)w用于描述風(fēng)速的逐漸變化，根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)可以給出其最大值Vmx=2m/s,起始時(shí)間為4s,持續(xù)周期為1s,陣性風(fēng)數(shù)量為1.5個(gè)，如圖3-8所示。圖3-7陣行風(fēng)輸入?yún)?shù)34圖3-8漸變風(fēng)輸入?yún)?shù)實(shí)際數(shù)據(jù)可以給出其噪聲分量數(shù)為50個(gè)，如圖3-9所示。Noisexndoa5WP圖3-10風(fēng)輪機(jī)模型圖3-11風(fēng)輪機(jī)輸入?yún)?shù)0XX本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書圖3-13齒輪箱速比控制模型輸入?yún)?shù)3.3異步發(fā)電機(jī)模型的建立異步電機(jī)一般稱為感應(yīng)電機(jī)，既可作為發(fā)電機(jī)使用也可作為電動(dòng)機(jī)使用。由于異步發(fā)電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、堅(jiān)固耐用、維修方便、啟動(dòng)容易、并網(wǎng)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，在大中型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中得到廣泛應(yīng)用。3.3.1發(fā)電機(jī)控制選擇器參數(shù)(1)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速控制參數(shù)輸入同步轉(zhuǎn)速(標(biāo)么值)的99%,即為0.99。0CSWAT圖3-14異步發(fā)電機(jī)模型選擇開(kāi)關(guān)StoT控制是用于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制和轉(zhuǎn)矩控制選擇的控制器，選擇開(kāi)關(guān)模型是當(dāng)選擇1時(shí)，異步發(fā)電機(jī)由轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速控制，當(dāng)選擇0時(shí)，異步發(fā)電機(jī)由輸入機(jī)械轉(zhuǎn)矩控制。它是由一個(gè)時(shí)間信號(hào)模型與一個(gè)單信號(hào)比較儀來(lái)控制。圖3-15選擇開(kāi)關(guān)StoT控制模型當(dāng)輸入值低于0.5秒時(shí)，輸出為低水平輸出值1;當(dāng)輸入值超過(guò)0.5秒時(shí)，輸出為高水平輸出值0.輸入為自然數(shù)，則輸出整數(shù)NumberofCoherentMachMLSFSRMnsaturatedMagnetizingReactanceotorUnsaturatedMutualReactecondCageUnsaturatedReac3.23[p.u.]圖3-17異步發(fā)電機(jī)參數(shù)A岸1BCCC岸1CB圖3-18無(wú)窮大系統(tǒng)模型ABC圖3-20普通三相斷路器模型及參數(shù)(2)有同步監(jiān)視的斷路器ABC圖3-22斷路器分合控制選擇器模型當(dāng)輸入時(shí)間值低于1秒時(shí)，輸出為低水平輸出值1;當(dāng)輸入時(shí)間值超過(guò)1秒時(shí)，BBBBBABB 圖3-23斷路器分合控制選擇器模型輸入?yún)?shù)AnimationStates圖3-24圖3-25(1)#1主變壓器模型及參數(shù)圖3-26#1主變壓器模型及參數(shù)(2)#2主變壓器模型及參數(shù)AA日WndingVoltaoesACC##1.0[sec]1.25[pu]1[%]33圖3-27#2主變壓器模型及參數(shù)無(wú)窮大系統(tǒng)模型及參數(shù)RAA圖3-28電網(wǎng)(三相電壓源)模型及參數(shù)第四章風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)的模擬仿真結(jié)果分析在低于額定風(fēng)速的條件下，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本控制目標(biāo)是跟蹤C(jī)pmax曲線，以獲4.1.1風(fēng)速模擬仿真分析(1)風(fēng)速模型輸出及參數(shù)設(shè)置Displaytitleonicon?在前面我們已經(jīng)討論過(guò)，風(fēng)是近似的服從威布速的曲線波動(dòng)很大，在3s和4s時(shí)分別又受到陣行風(fēng)與漸變風(fēng)的影響，波形也出現(xiàn)了相應(yīng)的波動(dòng)，其綜合風(fēng)速的最大值可達(dá)到15.96m/s。所示說(shuō)，用以上的四個(gè)風(fēng)的分量在一定的程度上是可以大體的描述風(fēng)的波形，但在一些細(xì)節(jié)上還需要進(jìn)一步修正，所以它的使用范圍是有限的，只是可以用在一些要求的精確程度不高的模型的XX本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書圖4-2綜合風(fēng)速模型模擬仿真結(jié)果4.1.2風(fēng)輪機(jī)模擬仿真分析圖4-3風(fēng)輪機(jī)機(jī)械轉(zhuǎn)矩輸出及參數(shù)設(shè)置己圖4-4風(fēng)輪機(jī)機(jī)械轉(zhuǎn)矩模擬仿真結(jié)果(1)機(jī)械轉(zhuǎn)矩輸出及仿真結(jié)果如圖4-3和圖4-4所示。(2)機(jī)械功率輸出及仿真結(jié)果如圖4-5和圖4-6所示。(3)仿真結(jié)果分析如圖4-3和圖4-4曲線所示，風(fēng)輪機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩和輸出功率都是標(biāo)么值，則它們的曲線是完全一致的，在0-3s時(shí)變槳距控制系統(tǒng)在調(diào)節(jié)槳葉節(jié)距使轉(zhuǎn)矩和功率輸出逐漸達(dá)到穩(wěn)定，由于又突然受到在3s與4s分別受到陣行風(fēng)與漸變風(fēng)的影響，從而使波形在這兩個(gè)時(shí)間有的突變，之后繼續(xù)達(dá)到穩(wěn)定。Displaytitleonicon?6(2)發(fā)電機(jī)有功功率輸出及仿真結(jié)果分析異步發(fā)電機(jī)有功功率輸出及參數(shù)設(shè)置如圖4-8,由于異步發(fā)電機(jī)只能輸出有功功率，根據(jù)電力系統(tǒng)對(duì)異步機(jī)作為電動(dòng)機(jī)狀態(tài)的有關(guān)規(guī)定，它的基本參量的正方向異步發(fā)電機(jī)有功功率仿真結(jié)果分析線有很小的下降，然后又達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。NNNNNNNNNameforRealPower(+=in)(p.u.)ameforOutputMechanicalTorque(p.U)PQwPPNo2圖4-8異步發(fā)電機(jī)有功功率輸出及參數(shù)設(shè)置P圖4-9異步發(fā)電機(jī)有功功率模擬仿真結(jié)果(3)發(fā)電機(jī)無(wú)功功率輸出及仿真結(jié)果分析異步發(fā)電機(jī)無(wú)功功率輸出及參數(shù)設(shè)置如圖4-9,由于作為異步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁的無(wú)功功率只能從電網(wǎng)吸收，根據(jù)電力系統(tǒng)對(duì)異步機(jī)作為電動(dòng)機(jī)狀態(tài)的有關(guān)規(guī)定，它的基本參量的正方向是按電動(dòng)機(jī)狀態(tài)定義的，則無(wú)功功率輸出為正值。0圖4-10異步發(fā)電機(jī)無(wú)功功率輸出及參數(shù)設(shè)置Q圖4-11異步發(fā)電機(jī)無(wú)功功率模擬仿真結(jié)果異步發(fā)電機(jī)無(wú)功功率仿真結(jié)果分析在1s時(shí)異步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)，由于采用的是直接并網(wǎng)，在并網(wǎng)時(shí)出現(xiàn)了很大的沖擊電流，導(dǎo)致無(wú)功功率在1s時(shí)發(fā)生突變，然后無(wú)功功率下降并逐漸達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。無(wú)功功率穩(wěn)定值為0.315MVar。在3s和4s分別受到陣行風(fēng)和漸變風(fēng)的影響，無(wú)功功率的曲線有很小的上升，然后又達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。在0~1s時(shí)無(wú)功功率為零，主要原因是雖然發(fā)電機(jī)端加了電容給發(fā)電機(jī)補(bǔ)償無(wú)功，但此時(shí)發(fā)電機(jī)端沒(méi)有電壓，則電容兩端也沒(méi)有電壓，因此這段時(shí)間發(fā)電機(jī)并未得到無(wú)功補(bǔ)償，即此時(shí)無(wú)功功率曲線為零。(4)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速輸出及仿真結(jié)果分析圖4-12異步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速模擬仿真結(jié)果異步發(fā)電機(jī)在0.5s前對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，則這段時(shí)間轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在0.99,此時(shí)異步電機(jī)運(yùn)行在電動(dòng)機(jī)狀態(tài)；在0.5s以后對(duì)異步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)距速開(kāi)始上升，并超過(guò)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速標(biāo)玄值1,異步電機(jī)此時(shí)運(yùn)行在發(fā)電機(jī)狀態(tài)，之后(5)發(fā)電機(jī)機(jī)械轉(zhuǎn)矩輸出及仿真結(jié)果分析DefaultMin/MaxLi圖4-13異步發(fā)電機(jī)機(jī)械轉(zhuǎn)矩輸出及參數(shù)設(shè)置等于機(jī)械功率Pm除以轉(zhuǎn)軸的角速度Ω,即T=P/2fe 圖4-17異步發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)三相電壓輸出及參數(shù)設(shè)置>K由NK如圖4-18所示，在發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)前低壓側(cè)電壓為0,在1S時(shí)發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)，XX本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書≤≤KVVK圖4-20低壓母線和高壓母線的線電壓輸出及仿真結(jié)果低壓母線和高壓母線的線電壓仿真結(jié)果分析在正常運(yùn)行時(shí)，低壓母線和高壓母線電壓均從0迅速上升并均達(dá)到各自的額定值，然后一直保持穩(wěn)定。低壓母線電壓穩(wěn)定在0.69KV左右，高壓母線電壓穩(wěn)定在121KV左右。(3)低壓母線相電流輸出及仿真結(jié)果分析并網(wǎng)前電流為0,在1s時(shí)斷路器合閘并網(wǎng)，出現(xiàn)很大的沖擊電流，其沖擊電流值達(dá)到11KA,最后開(kāi)始衰減至0.07KA,然后又開(kāi)始上升，最后趨于穩(wěn)定，其電流最大穩(wěn)定值為0.64KA。b圖4-21低壓電流輸出及參數(shù)設(shè)置aabb圖4-22低壓母線相電流輸出及仿真結(jié)果圖4-23變槳距控制系統(tǒng)模擬仿真結(jié)果風(fēng)輪機(jī)啟動(dòng)時(shí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組開(kāi)始自動(dòng)運(yùn)行于風(fēng)輪葉尖本來(lái)值90°,即槳矩角初始值為90度，在機(jī)組起動(dòng)的過(guò)程中逐漸變小，這樣葉片4.2低于額定風(fēng)速時(shí)控制的模擬仿真結(jié)果分析發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制器是一個(gè)六階的動(dòng)態(tài)模型，W用時(shí)間控制選擇器來(lái)選擇發(fā)電機(jī)使用轉(zhuǎn)速控>發(fā)電機(jī)在準(zhǔn)備起動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)速為0,發(fā)電機(jī)并網(wǎng)前由于風(fēng)輪機(jī)的機(jī)械轉(zhuǎn)矩在不斷升漸變風(fēng)影響了發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速出現(xiàn)了風(fēng)輪機(jī)轉(zhuǎn)速控制是根據(jù)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速反饋值和器乘以轉(zhuǎn)速的基準(zhǔn)值314rad/s得到風(fēng)輪機(jī)轉(zhuǎn)速的值，輸入到風(fēng)輪機(jī)并對(duì)風(fēng)輪機(jī)的轉(zhuǎn)出機(jī)械轉(zhuǎn)矩，但是由于風(fēng)模型的輸入的風(fēng)速有波動(dòng)，所以風(fēng)輪機(jī)的輸出后，在3s時(shí)受到的陣性風(fēng)和4s時(shí)受到漸變風(fēng)的影響而出現(xiàn)了明顯的突變，可見(jiàn)風(fēng)風(fēng)輪機(jī)的機(jī)械功率是低風(fēng)速時(shí)風(fēng)輪產(chǎn)生的氣動(dòng)功率，與風(fēng)速和瞬時(shí)C值有關(guān)，功率極限取作恒定的話，功率輸出如圖4-26所示輸出曲線完全一致，這樣電功率輸出的變化可從起點(diǎn)跟蹤，在起動(dòng)區(qū)電功率是負(fù)值風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳距控制系統(tǒng)在發(fā)電機(jī)準(zhǔn)備起動(dòng)XX本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書小到45度，處于待起動(dòng)狀態(tài)；然后在起動(dòng)風(fēng)速持續(xù)10秒時(shí)，槳距角再?gòu)?5度逐漸變小。在槳距變小的過(guò)程中，葉片吸收風(fēng)功率在逐漸的增加，同樣葉片的轉(zhuǎn)速也逐漸圖4-27并網(wǎng)后風(fēng)輪機(jī)轉(zhuǎn)矩受風(fēng)影響的模擬仿真結(jié)果加快，則風(fēng)輪機(jī)的輸出功率在不斷增大，帶動(dòng)異步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而發(fā)出電來(lái)。根據(jù)圖4-5所示我們可知風(fēng)輪機(jī)在并網(wǎng)前，槳距角已經(jīng)變到8度左右，風(fēng)輪機(jī)吸收的功槳葉節(jié)距角>圖4-28變槳距控制模擬仿真結(jié)果率已接近額定功率。在發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)后，在1.4s時(shí)槳矩角變?yōu)榱闱冶３植蛔儯@電壓和低壓側(cè)電流均為0,這時(shí)變槳距系統(tǒng)的節(jié)距給定值由發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)控制4.3高于額定風(fēng)速時(shí)控制的模擬仿真結(jié)果分析4.3.1發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制模擬仿真結(jié)果分析發(fā)電機(jī)如果在起動(dòng)前給定了一個(gè)起動(dòng)轉(zhuǎn)速的于額定風(fēng)速時(shí)，發(fā)電機(jī)由轉(zhuǎn)速的控制轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)矩的發(fā)電機(jī)并網(wǎng)前由于風(fēng)輪機(jī)的機(jī)械轉(zhuǎn)矩在不斷w圖4-30高于額定風(fēng)速時(shí)異步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速W>圖4-31發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后高于額定風(fēng)速時(shí)轉(zhuǎn)速控制模擬仿真結(jié)果4.3.2風(fēng)輪機(jī)轉(zhuǎn)速控制模擬仿真結(jié)果分析高于額定風(fēng)速時(shí)，風(fēng)輪機(jī)的轉(zhuǎn)速是根據(jù)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速反饋值乘以轉(zhuǎn)速的基準(zhǔn)值314rad/s得到的，然后輸入到風(fēng)輪機(jī)并對(duì)其轉(zhuǎn)速進(jìn)行相應(yīng)控制的。由于風(fēng)模型的輸入具有一定的波動(dòng)性，使得受到一定的影響。在3s時(shí)受到的陣性風(fēng)和4s時(shí)受到漸變風(fēng)的影響，風(fēng)輪機(jī)輸出的機(jī)械轉(zhuǎn)矩和電磁轉(zhuǎn)矩出現(xiàn)了明顯的突變，可見(jiàn)風(fēng)的變化對(duì)風(fēng)輪機(jī)轉(zhuǎn)矩的輸出是有直接影響的。風(fēng)輪機(jī)的機(jī)械功率是低風(fēng)速時(shí)風(fēng)輪產(chǎn)生的氣動(dòng)功率，與風(fēng)速和瞬時(shí)C值有關(guān)，功率極限取作恒定的話，電磁功率輸出如圖4-33所示。電磁功率的輸出曲線大于機(jī)械功率的輸出曲線，這樣電功率輸出的變化可從起點(diǎn)跟蹤，在起動(dòng)區(qū)電功率是負(fù)值，說(shuō)明是作電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的區(qū)域。圖4-32高于額定風(fēng)速時(shí)風(fēng)輪機(jī)轉(zhuǎn)矩模擬仿真結(jié)果4.3.3變槳距控制模擬仿真結(jié)果分析度變化時(shí)在保持風(fēng)力發(fā)電機(jī)恒定的功率輸出，通過(guò)調(diào)們能夠通過(guò)使用PI比例積分和DAC干攏調(diào)節(jié)控制來(lái)改變槳葉節(jié)距角的方法來(lái)控制槳葉節(jié)距角>態(tài)時(shí)，發(fā)電機(jī)電壓和低壓側(cè)電流均呈正弦規(guī)律變由發(fā)電機(jī)的有功功率信號(hào)來(lái)控制，根據(jù)功率反饋值的跟蹤來(lái)使xX本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書的轉(zhuǎn)速是一個(gè)負(fù)的偏差，風(fēng)葉最初的節(jié)距是3度左右。當(dāng)風(fēng)輪機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到給定值時(shí)，葉片的節(jié)距就會(huì)增加以抵御風(fēng)速增加的作用，則風(fēng)速的增加會(huì)使葉尖速比降低，使風(fēng)輪機(jī)的轉(zhuǎn)速提升，這時(shí)控制器增大了節(jié)距角，則減小了槳葉的攻角，使得氣流沒(méi)有在槳葉表面產(chǎn)生分離?？刂破鲿?huì)在狂風(fēng)時(shí)將節(jié)距角增加，這樣將迅速減少轉(zhuǎn)矩系數(shù)，造成空氣動(dòng)力轉(zhuǎn)矩的下降，從而使風(fēng)輪減速。如果風(fēng)速繼續(xù)增大，則風(fēng)輪的節(jié)距角會(huì)繼續(xù)增大，直到風(fēng)力發(fā)電機(jī)不能承受的風(fēng)速出現(xiàn)時(shí)，槳距角變?yōu)?0度后自動(dòng)停機(jī)。a圖4-35高于額定風(fēng)速時(shí)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)電壓、電流模擬仿真結(jié)果[4]王承煦張?jiān)?風(fēng)力發(fā)電.中國(guó)電力出版社.2002[7]S.M.B.Wilmshurst.ControlstrategiesforWindturbines.Wi[8]E.A.Bossnyi.Adaptivepitchcontrolfora250kWWind[9]R.Chedid,F.Mradand[10]李東東，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)與仿真分析.水電能源科學(xué).2006年.第24卷第1心的一PSCAD(電力系統(tǒng)CAD)是一個(gè)以圖形為基礎(chǔ)的電力系統(tǒng)模擬工具族，而A.1.2RTDS軟件簡(jiǎn)介的電壓和電流信號(hào)的放大可以模擬系統(tǒng)故障并觀察繼電器的響應(yīng)，繼電器的觸頭可由于PSCAD嚴(yán)格遵守工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，如UNIX、以態(tài)網(wǎng)、形式，確保這一軟件能在不同的微機(jī)工作站上運(yùn)用了專門的技巧，允許高性能的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器或輕載的工作站被安排用作大量的數(shù)據(jù)建議使用的系統(tǒng)至少應(yīng)具備16MB的內(nèi)部RAM。安裝的PSCAD軟件需占用不到(1)安裝和管理手冊(cè)(2)文件管理系統(tǒng)手冊(cè)(6)單曲線繪圖手冊(cè)(7)多曲線繪圖手冊(cè)(8)用戶圖形界面手冊(cè)當(dāng)用戶涉及PSCAD時(shí)所遇到的第一個(gè)軟件模塊就是文件管理系統(tǒng)。采用一種工程算題/文件的分層結(jié)構(gòu)來(lái)表示用戶進(jìn)行電力系統(tǒng)模擬研究的數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)。如果得到授權(quán)可以進(jìn)入該數(shù)據(jù)庫(kù)，這樣，局部網(wǎng)上的不同用戶可以共享同一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)。從文件管理軟件模塊可以直接進(jìn)行諸如備份、儲(chǔ)存、文件編緝、拷貝和刪除等操作。通過(guò)選擇文件管理模塊屏幕右上角的菜單可調(diào)用PSCAD的其它軟件模塊，很多情況下將所有的軟件模塊同時(shí)激活，有些模塊的圖像可能暫時(shí)隱藏在正在處理的模塊圖像之下。建模程序包是PSCAD程序族中最有起作用的模塊。借助于建模模塊包，用戶可以用圖形的方法建立需要進(jìn)行模擬研究的電力系統(tǒng)模型。通過(guò)選擇不同的功能，建模包可以為EMTDC或RTDS模擬研究準(zhǔn)備必需的文件。側(cè)),通過(guò)將各個(gè)元部件的模型進(jìn)行互連便完成了電力系統(tǒng)模型的建立過(guò)程。不同元量互聯(lián)元部件的電力系統(tǒng)模型同樣很容易得到當(dāng)用戶完成了模型構(gòu)筑時(shí)，可以通過(guò)基于PS格式的激光打印機(jī)或者可以接受HP-的確定架空輸電線和電纜的行波模型所需數(shù)據(jù)的計(jì)算過(guò)程是相當(dāng)復(fù)雜的。為了確定變換矩陣、模式傳輸時(shí)間和波阻抗，需要進(jìn)行特征值分析。為了完成這種分析，需要使用T-LINE和CABLE模塊。通過(guò)功能選擇可以產(chǎn)生單頻率模式模型或者完全的頻率相關(guān)行波模型。架空線模型所需要的數(shù)據(jù)有導(dǎo)線的空間相對(duì)位置以及導(dǎo)線的半徑和電阻率。對(duì)于電纜，每一導(dǎo)電層和絕緣層的半徑和特性都是必需的。由T-LINE和CABLE模塊所產(chǎn)的運(yùn)行模塊中的EMTDC操作員控制臺(tái)軟件模塊和RTDS控制臺(tái)軟件模塊可分別為運(yùn)行EMTDC和RTDS提供控制操作功能和數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)功能。軟件中提供了完善的使用界面，允許使用者安裝、啟動(dòng)或停止一個(gè)模擬算題，并可在模擬過(guò)程中與之進(jìn)行通訊。由于采用多種儀表和模擬過(guò)程數(shù)據(jù)在線繪圖，允許使用者獲得相關(guān)模擬算題的即時(shí)反饋。使用者所激發(fā)的動(dòng)態(tài)過(guò)程，如整定值改動(dòng)、開(kāi)關(guān)操作以及故障觸發(fā)可以通過(guò)操縱滑觸頭、電位器、開(kāi)關(guān)和按鈕進(jìn)行。EMTDC和RTDS所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)的分析和繪圖是通過(guò)單曲線繪圖模塊進(jìn)行的?？梢詫?duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)尺整定和通用格式整定。對(duì)于繪圖用的數(shù)據(jù)可直接進(jìn)行傅里葉分析。如果要處理大量的數(shù)據(jù)，可以通過(guò)編程的辦法形成自動(dòng)處理順序。線組合安排在單張紙上。使用者可以直接處理曲線并在紙面上添加需要的文字說(shuō)明并可繪制其它美化標(biāo)志。用。用戶可以通過(guò)調(diào)用隨EMTDC主程序一起提供的庫(kù)程序模塊或利用用戶自己開(kāi)發(fā)的元部件模型有效地組裝任何可以想象出的電力系統(tǒng)模型和結(jié)構(gòu)。EMTDC的最大的特點(diǎn)之一是可以較為簡(jiǎn)單地模擬復(fù)雜電力系統(tǒng)，包括直流輸電系統(tǒng)和其相關(guān)的控制系統(tǒng)。(1)利用文件管理系統(tǒng)生成一個(gè)工程和算題名(2)利用建模模塊建立電力系統(tǒng)模型(3)利用運(yùn)行模塊進(jìn)行EMTDC模擬計(jì)算(4)通過(guò)單曲線繪圖對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行分析并利用多曲線繪圖模塊產(chǎn)生可直接用于研究報(bào)告的模擬結(jié)果圖形sXX本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書B(niǎo).2風(fēng)力發(fā)電樣例系統(tǒng)模型圖1BwWconnkokkrkkBkAABcccTWWw應(yīng)w8wt匹世世也kk你們好!敬禮學(xué)生：田敏2006年6月10日第二章世界風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀2.1全球風(fēng)力發(fā)電綜述盡管全球風(fēng)力發(fā)電發(fā)展歷史不長(zhǎng)，但在過(guò)去20多年的時(shí)間內(nèi)，已在開(kāi)發(fā)成功55千瓦風(fēng)機(jī)；到了1985年則開(kāi)發(fā)出110千瓦風(fēng)機(jī)；進(jìn)入90年代，出現(xiàn)了250千瓦風(fēng)機(jī)；90年代中期又有600千瓦風(fēng)機(jī)，現(xiàn)在兆瓦級(jí)達(dá)到2500千瓦。丹麥?zhǔn)侨蝻L(fēng)電設(shè)備制造最主要國(guó)家之一，其風(fēng)機(jī)制造商銷售的風(fēng)機(jī)單機(jī)平均容量2000年為861千瓦，2001年已經(jīng)達(dá)到遞增，從1995年的480萬(wàn)千瓦增加到2002年的3100萬(wàn)千瓦，增長(zhǎng)了5.5倍(見(jiàn)表2-1),是世界上增長(zhǎng)最快的能源。年度表2-1全球風(fēng)機(jī)裝機(jī)容量銷售容量(MW)總裝機(jī)容量(MW)資料來(lái)源：歐洲風(fēng)能協(xié)會(huì)、美國(guó)風(fēng)能協(xié)會(huì)等相關(guān)資料措施，因而風(fēng)電裝機(jī)容量增長(zhǎng)迅速。2002年，新增風(fēng)電裝機(jī)的93%來(lái)自于歐洲和美國(guó)。鑒于風(fēng)電裝機(jī)容量迅速增長(zhǎng)的趨勢(shì)，歐洲風(fēng)能協(xié)會(huì)于2002年將歐洲風(fēng)能計(jì)劃2010年的發(fā)展目標(biāo)從4000萬(wàn)千瓦修正到了6000在丹麥，盡管2001年是弱風(fēng)年，但全國(guó)風(fēng)力發(fā)電仍達(dá)到43億千瓦時(shí)，相當(dāng)于其全國(guó)電力消耗總量的13%左右。2002年，丹麥風(fēng)電約占全國(guó)電力消費(fèi)總量的18%-19%。從2002年開(kāi)始，丹麥還將新建5個(gè)裝機(jī)容量為15-16萬(wàn)千瓦的風(fēng)電場(chǎng)。丹麥風(fēng)機(jī)制造業(yè)2001年又一次改寫了歷史記錄，所有風(fēng)機(jī)制造企業(yè)共銷售了345萬(wàn)千瓦的風(fēng)機(jī)，比上年增長(zhǎng)了美國(guó)和德國(guó)是丹麥風(fēng)機(jī)制造業(yè)最大的兩個(gè)市場(chǎng)，超過(guò)60%的丹麥風(fēng)電機(jī)在美國(guó)，過(guò)去5年內(nèi)，風(fēng)電年均增長(zhǎng)24.5%02002年新增風(fēng)電裝機(jī)41萬(wàn)千瓦，累計(jì)裝機(jī)達(dá)到470萬(wàn)千瓦。2003年預(yù)計(jì)將新增裝機(jī)110-140萬(wàn)千瓦，到年底累計(jì)裝機(jī)將達(dá)到600萬(wàn)千瓦左右。美國(guó)政府更長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)是將風(fēng)電從目前占全國(guó)電力供應(yīng)量1%的份額提高到2020年不低于6%的作為世界上風(fēng)電裝機(jī)最多和發(fā)展最快的國(guó)家，德國(guó)2002年新增裝機(jī)320萬(wàn)千瓦，累計(jì)超過(guò)1200萬(wàn)千瓦，已提前達(dá)到其2010年風(fēng)電發(fā)展2.2.1德國(guó)風(fēng)力發(fā)電發(fā)展?fàn)顩r00NumberofinstalledunitsinGermany*2,000Accumul00圖2,-2,德國(guó)風(fēng)力發(fā)電已安裝機(jī)組數(shù)量l4在北海水深20米處建設(shè)一座總功率為100萬(wàn)千瓦的大型風(fēng)電場(chǎng)，計(jì)劃2.2.2德國(guó)風(fēng)力發(fā)電發(fā)展趨勢(shì)其次，風(fēng)機(jī)向大型化兆瓦級(jí)發(fā)展。1989年，德國(guó)風(fēng)機(jī)的單臺(tái)平均標(biāo)稱功率僅為145千瓦，而2002年已經(jīng)達(dá)到1400千瓦，增大了約10倍115。早期風(fēng)機(jī)的葉片直徑只有15米，現(xiàn)在葉片直徑已經(jīng)達(dá)到100米，甚至更大。2002年，德國(guó)所安裝的風(fēng)機(jī)中由70%為兆瓦級(jí)風(fēng)機(jī)，其中2兆瓦或以上的風(fēng)機(jī)280臺(tái)，占同期安裝風(fēng)機(jī)總標(biāo)稱功率的18%161。可以預(yù)料，在未來(lái)幾年內(nèi)，2-3兆瓦的風(fēng)機(jī)將是主打產(chǎn)品。海轉(zhuǎn)移。2002年，65%的風(fēng)電產(chǎn)自內(nèi)陸平原區(qū)，只有8%是產(chǎn)自沿海地區(qū)。還有，風(fēng)電的投資主體由早期的以農(nóng)場(chǎng)主為主的個(gè)體私人向?qū)ｉT以經(jīng)營(yíng)風(fēng)電為目的的企業(yè)協(xié)會(huì)和經(jīng)營(yíng)者聯(lián)合會(huì)轉(zhuǎn)移。這是由購(gòu)買市場(chǎng)上銷售的大型風(fēng)機(jī)需要大額資金和德國(guó)政府正在推行的大規(guī)模風(fēng)電生產(chǎn)計(jì)劃的現(xiàn)實(shí)決定的。最后，德國(guó)政府對(duì)風(fēng)力發(fā)電實(shí)施鼓勵(lì)政策，正是政府的資助對(duì)風(fēng)力發(fā)電市場(chǎng)的發(fā)展和風(fēng)力發(fā)電技術(shù)進(jìn)步起到了決定性作用，使風(fēng)電能夠蓬勃發(fā)展。具體資助政策(171包括：一是風(fēng)電上網(wǎng)，法律規(guī)定電網(wǎng)公司必須允許風(fēng)電上網(wǎng)，并統(tǒng)一收購(gòu)風(fēng)電。二是資金補(bǔ)貼，政府為每臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組提供一定的資金補(bǔ)貼。它刺激了風(fēng)電發(fā)展和風(fēng)機(jī)制造企業(yè)改進(jìn)技術(shù)，只有機(jī)組賣給用戶并且并網(wǎng)發(fā)電后，制造商才能得到政府的資助。此外，某些州還提供額外補(bǔ)貼，數(shù)額在風(fēng)機(jī)價(jià)格的20%至45%。三是提高上網(wǎng)電價(jià)，電網(wǎng)公司支付的風(fēng)電上網(wǎng)電價(jià)不低于最終售電價(jià)格的90%。四是發(fā)電補(bǔ)貼，從1991年開(kāi)始，對(duì)風(fēng)電提供一定的補(bǔ)貼。五是融資，德國(guó)銀行(DAB)為風(fēng)電提供融資。2.3風(fēng)力發(fā)電技術(shù)大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)向優(yōu)良的發(fā)電質(zhì)量、減少材料利用率、減少噪音降低成本、提高效率的方向發(fā)展。經(jīng)過(guò)20多年的不斷發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的技術(shù)形式逐步形成了目前最為常見(jiàn)的水平軸、三葉片、上風(fēng)向和管式塔的統(tǒng)一形式。進(jìn)入21世紀(jì)，隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，新材料的涌現(xiàn)和不斷完善，世界風(fēng)力發(fā)電技術(shù)又向前邁進(jìn)了一大步。一般來(lái)說(shuō)，在12-16m/s的風(fēng)速區(qū)，大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率輸出可達(dá)到額定值。超過(guò)此風(fēng)速區(qū)，必須降低葉輪的能量捕獲，使功率輸出保持在額定容量附近，同時(shí)減少葉片承受負(fù)荷和整個(gè)風(fēng)機(jī)受到的沖擊，保證風(fēng)機(jī)不受損害。當(dāng)前普遍采用的限制功率輸出方式有以下幾種1181。失速調(diào)節(jié)方式依賴于葉片獨(dú)特的翼型結(jié)構(gòu)，一般用于恒速運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)中。在大風(fēng)時(shí)，流過(guò)葉片背風(fēng)面的氣流產(chǎn)生紊流，降低葉片氣動(dòng)效率，影響能量捕獲，產(chǎn)生失速。IMGlassber葉片制造公司首先在失速型葉片上獲得突破，成為目前最大的一家風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片生產(chǎn)廠家。由于失速是一個(gè)非常復(fù)雜的氣動(dòng)過(guò)程，對(duì)于不穩(wěn)定的風(fēng)況，很難精確地計(jì)算出失速效果，所以很少用在MW級(jí)以上的大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的控制上，但有些制造商憑借在小型和中型風(fēng)力發(fā)電機(jī)上的一些設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，可以很可靠地計(jì)算出失速效果。所以直到今天，一些M級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)制造商仍然沿用失速調(diào)節(jié)方式。變距調(diào)節(jié)方式是通過(guò)改變?nèi)~片迎風(fēng)面與縱向旋轉(zhuǎn)軸的夾角，從而影響葉片的升力和阻力，限制大風(fēng)時(shí)風(fēng)機(jī)輸出功率的增加，保持輸出功率恒定。變距調(diào)節(jié)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)在陣風(fēng)時(shí)，塔筒、葉片、基礎(chǔ)受到的沖擊較之失速調(diào)節(jié)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)要小得多，可減少材料使用率，降低整機(jī)重量。由于變距調(diào)節(jié)型風(fēng)機(jī)在低風(fēng)速時(shí)，可使槳葉保持良好的攻角，比失速調(diào)節(jié)型風(fēng)機(jī)有更好的能量輸出，因此比較適合于平均風(fēng)速較低的地區(qū)安裝。變距調(diào)節(jié)的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，當(dāng)風(fēng)速達(dá)到一定值時(shí)，失速型風(fēng)機(jī)必須停機(jī)，而變距型風(fēng)機(jī)可以逐步變化到一個(gè)槳葉無(wú)負(fù)載的全翼展模式位置，避免停機(jī)，增加風(fēng)機(jī)發(fā)電量。變距調(diào)節(jié)的缺點(diǎn)是對(duì)陣風(fēng)反應(yīng)要求靈敏。失速調(diào)節(jié)型風(fēng)機(jī)由于風(fēng)的振動(dòng)引起的功率脈動(dòng)比較小，而變距調(diào)節(jié)型風(fēng)機(jī)則比較大，尤其對(duì)于采用變距方式的恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)，這種情況更明顯，這樣就要求風(fēng)機(jī)的變距系統(tǒng)對(duì)陣風(fēng)的響應(yīng)速度要足夠快，才可以減輕此現(xiàn)象。這種調(diào)節(jié)方式是前兩種功率調(diào)節(jié)方式的組合。在低風(fēng)速時(shí)，采用變距調(diào)節(jié)，可達(dá)到更高的氣動(dòng)效率；當(dāng)風(fēng)機(jī)達(dá)到額定功率后，風(fēng)機(jī)按照變距調(diào)節(jié)時(shí)風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)槳距相反的方向改變槳距，這種調(diào)節(jié)將引起葉片攻角的變化，從而導(dǎo)致更深層次的失速，可使功率輸出更加平滑。2.3.2變速運(yùn)行變速運(yùn)行即風(fēng)機(jī)葉輪跟隨風(fēng)速的變化改變其旋轉(zhuǎn)速度，保持基本恒定的最佳葉尖速比，風(fēng)能利用系數(shù)CP最大。相對(duì)于恒速運(yùn)行而言，變速運(yùn)行有如下優(yōu)點(diǎn)。(1)系統(tǒng)效率高。變速運(yùn)行風(fēng)機(jī)以最佳葉尖速比、最大功率點(diǎn)運(yùn)行，提高了風(fēng)力機(jī)的運(yùn)行效率，與恒速恒頻風(fēng)電系統(tǒng)相比，年發(fā)電量一般可提高20%以上。恒速運(yùn)行風(fēng)機(jī)的年運(yùn)行小時(shí)數(shù)小于變速運(yùn)行風(fēng)機(jī)的年運(yùn)行小時(shí)數(shù)，輸出功率上限也低于變速運(yùn)行方式。(2)能吸收陣風(fēng)能量，把能量存儲(chǔ)在機(jī)械慣性中，減少陣風(fēng)沖擊對(duì)風(fēng)機(jī)帶來(lái)的疲勞損壞，減少機(jī)械應(yīng)力和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，延長(zhǎng)風(fēng)機(jī)壽命。當(dāng)風(fēng)速(3)可使變槳距調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單化。變速運(yùn)行放寬對(duì)槳距控制響應(yīng)速度的要求在低風(fēng)速時(shí)，槳距角固定，高風(fēng)速時(shí)，調(diào)節(jié)槳距角限制最大輸出功率。2.3.3發(fā)電機(jī)風(fēng)電系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)向高可靠性，低維護(hù)量，減少組件，降低成本，效率高，集成度高的方向發(fā)展，主要有以下3種形式。(1)異步發(fā)電機(jī)以恒速運(yùn)行，采取失速調(diào)節(jié)或主動(dòng)失速調(diào)節(jié)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，主要采用異步感應(yīng)電機(jī)，發(fā)電機(jī)直接聯(lián)入電網(wǎng)，容量大時(shí)，也可通過(guò)晶閘管控制的軟投入法接入電網(wǎng)。在同步速附近合閘并網(wǎng)，沖擊電流較大，另外需要電容無(wú)功補(bǔ)償。變速運(yùn)行時(shí)，變頻器在定子側(cè)，容量與發(fā)電機(jī)容量相當(dāng)，大約為發(fā)電機(jī)容量的125%這種機(jī)型比較普遍，各大風(fēng)力發(fā)電機(jī)制造商如VestasBonus(2)雙饋發(fā)電機(jī)雙饋發(fā)電機(jī)一般用于變速運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)中，可配合槳葉變距調(diào)節(jié)。最大的優(yōu)點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)能量雙向流動(dòng)，同時(shí)又具有同步機(jī)的優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)風(fēng)速的變化和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化，調(diào)整轉(zhuǎn)子電流頻率的變化，實(shí)現(xiàn)變速恒頻控制，這種控制方案是在轉(zhuǎn)子電路中實(shí)現(xiàn)。流過(guò)轉(zhuǎn)子電路的功率是由交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速運(yùn)行范圍所決定的轉(zhuǎn)差功率，僅為定子額定功率的一小部分。變頻器的容量減小，可實(shí)現(xiàn)有功、無(wú)功功率的靈活控制。(3)同步發(fā)電機(jī)在與電網(wǎng)合閘前，為避免電流沖擊和轉(zhuǎn)軸受到突然的扭矩，同步發(fā)電機(jī)需要滿足一定的并聯(lián)條件，端電壓、頻率與電網(wǎng)相同。合閘瞬間，風(fēng)力發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)的回路電勢(shì)為零，相序與電網(wǎng)相序相同。傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)一般都采用同步發(fā)電機(jī)，可進(jìn)行有功功率和無(wú)功功率調(diào)節(jié)，而在大型并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)中，同步發(fā)電機(jī)應(yīng)用并不廣泛，主要原因是價(jià)格貴，基于變速運(yùn)行、變距調(diào)節(jié)的直驅(qū)同步發(fā)電機(jī)或雙饋異步發(fā)電機(jī)己成為現(xiàn)在大多數(shù)風(fēng)機(jī)制造商開(kāi)發(fā)研究的新技術(shù)，取消增速機(jī)構(gòu)，采用風(fēng)力機(jī)對(duì)發(fā)電機(jī)的直接驅(qū)動(dòng)方式和發(fā)電機(jī)的無(wú)刷化是兩個(gè)值得注意的發(fā)展趨勢(shì)。 直接驅(qū)動(dòng)是通過(guò)增加發(fā)電機(jī)的制造成本獲取系統(tǒng)效率和運(yùn)行可靠性的提高，從風(fēng)電系統(tǒng)總體效益上考慮是可取的。齒輪傳動(dòng)不僅降低了風(fēng)電轉(zhuǎn)換效率和產(chǎn)生噪聲，是造成系統(tǒng)機(jī)械故障的主要原因，而且為減少機(jī)Jeumont,Mtoores公司都在發(fā)展這門技術(shù)。發(fā)電機(jī)的無(wú)刷化可提高系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性和實(shí)現(xiàn)免維護(hù)，因此一直是電機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)。電勵(lì)磁的同步電機(jī)和繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機(jī)皆需要通過(guò)滑環(huán)和電刷實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)子繞組電流的控制。滑環(huán)與電刷之間流過(guò)較大的電流而其相對(duì)運(yùn)動(dòng)靠滑動(dòng)接觸，除了機(jī)械磨損之外，還有電腐蝕，特別對(duì)于長(zhǎng)期運(yùn)行在具有潮濕、鹽霧等氣候條件下的電機(jī)，滑環(huán)電刷的磨損就更為嚴(yán)重，不僅需要定期維護(hù)而且是容易產(chǎn)生故障的部位。綜合無(wú)刷化和直接驅(qū)動(dòng)這兩方面的要求，在變速恒頻風(fēng)電系統(tǒng)中最具應(yīng)用前景的是兩種電機(jī)：永磁電機(jī)和無(wú)刷雙饋電機(jī)。有些公司正在研制一種中間產(chǎn)品，采用變速變距、單級(jí)齒輪箱，這樣既避免了基于雙饋發(fā)電機(jī)的高齒輪傳輸比(1500-180rpm)高轉(zhuǎn)速發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)，同時(shí)，單級(jí)齒輪箱使永磁同步發(fā)電機(jī)低轉(zhuǎn)速運(yùn)行，電機(jī)可以設(shè)計(jì)得小而輕。風(fēng)機(jī)輸出電壓達(dá)到3000-4000V,2.4海上風(fēng)力發(fā)電人們普遍感覺(jué)到海面上的風(fēng)比陸地上大，能否利用海上風(fēng)能資源發(fā)電受到關(guān)注。從20世紀(jì)70年代后期到整個(gè)80年代，許多歐洲國(guó)家對(duì)海上風(fēng)電的可行性都進(jìn)行過(guò)探討。海上風(fēng)電的發(fā)展大致可以分為以下幾個(gè)時(shí)期：1977-1988年，國(guó)家級(jí)海上風(fēng)能資源潛力和相關(guān)技術(shù)的研究，論證建設(shè)海上風(fēng)電場(chǎng)的可能性；1990-1998年，歐洲范圍內(nèi)海上風(fēng)能資源潛力的評(píng)估，一些擁有中型風(fēng)機(jī)的近海風(fēng)電場(chǎng)相繼建成；1999-2005年大型海上風(fēng)電示范工程的建設(shè)和大型海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的技術(shù)開(kāi)發(fā)；2005年以后為大型海上風(fēng)電場(chǎng)的規(guī)模化發(fā)展時(shí)期。海上風(fēng)電最初的研究是在一些海港建立試驗(yàn)性的風(fēng)電場(chǎng)，如在比利時(shí)西部的Zeebrugge港·丹麥的Ebeltoft港和英格蘭的Blyth港。這些風(fēng)電場(chǎng)是由中型風(fēng)電機(jī)機(jī)組組成，運(yùn)行于海洋環(huán)境，但都是建在堤壩或已經(jīng)存在的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上。1990年在瑞典Nogersund安裝了世界上第一臺(tái)海上風(fēng)電機(jī)組，容量220kW,位于離岸350m,水深6m處，輪毅高度海Vindeby附近，由Elkraft公司建成世界上第一座海上風(fēng)電場(chǎng)，該風(fēng)建成由10臺(tái)Vestas500千瓦風(fēng)電機(jī)組的海上風(fēng)電場(chǎng)，這些海上風(fēng)電場(chǎng)的建成運(yùn)行提供了很多在建造、安裝、成本和能源生產(chǎn)等方面有價(jià)值的信息和經(jīng)驗(yàn)。1996年荷蘭在海堤內(nèi)的須德海淡水中建立了風(fēng)電場(chǎng)，瑞典于1997年建設(shè)了由5臺(tái)600千瓦風(fēng)電機(jī)組的海上風(fēng)電場(chǎng)。2001年丹麥的兩個(gè)部門EIsam和EItra在北海日德蘭半島(Jutland)開(kāi)始建設(shè)HornsRev海上風(fēng)電場(chǎng)，安裝80臺(tái)由Vestas公司提供的海上風(fēng)電機(jī)組，單機(jī)容量2兆瓦，總裝機(jī)容量160兆瓦，2002年12月所有風(fēng)力機(jī)安裝完畢投入試運(yùn)行。HornsRev海上風(fēng)電場(chǎng)離岸14-20公里，水深范圍6.5-13.5米，風(fēng)電場(chǎng)占用面積約20平方公里。該風(fēng)電場(chǎng)將成為世界上第一座真正的大型海上風(fēng)電場(chǎng)，預(yù)計(jì)每年的發(fā)電量約為6億千瓦時(shí)。同期Sams海上風(fēng)電場(chǎng)的10臺(tái)風(fēng)電機(jī)組也安裝完畢投入試運(yùn)行，2003年5月Frederik-shavn風(fēng)電場(chǎng)4臺(tái)風(fēng)電機(jī)組安裝完成，在一種特殊的桶形基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)(bucketfoundation)上安裝了一臺(tái)Vestas的3兆瓦樣機(jī)，另外3臺(tái)安也開(kāi)始實(shí)施示范性商業(yè)海上風(fēng)電場(chǎng)計(jì)劃。已建成的海上風(fēng)電場(chǎng)的信息如表2-2所示。2.4.2海上風(fēng)力發(fā)電的優(yōu)勢(shì)首先是海上風(fēng)能資源比陸上大。不但風(fēng)速高，比平原沿岸高20%,發(fā)電量可增加70%,海上很少有靜風(fēng)期，能更有效地利用風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電容量。海水表面粗糙度低，海平面摩擦力小，因而風(fēng)切變，即風(fēng)速隨高度的變化小，不需要很高的塔架，可降低風(fēng)電機(jī)組成本。另外海上風(fēng)的湍流強(qiáng)度低，海面與其上面的空氣溫度差比陸地表面與其上面的空氣溫差小，又沒(méi)有復(fù)雜地形對(duì)氣流的影響，作用在風(fēng)電機(jī)組上的疲勞載荷減少可延長(zhǎng)使用壽命。一般估計(jì)在陸上設(shè)計(jì)壽命20年的風(fēng)電機(jī)組在海上可達(dá)25-30年。組的土地面積有限，且單機(jī)容量越來(lái)越大，高達(dá)70m的龐然大物對(duì)自然第三個(gè)原因是在20世紀(jì)末，兆瓦級(jí)風(fēng)電機(jī)組達(dá)到商品化，可為海上風(fēng)電場(chǎng)提供所需要的大型機(jī)組，開(kāi)始研制專門用于海上的3-5兆瓦機(jī)組，表明技術(shù)上是可行的。另外，由于海上面積遼闊，項(xiàng)目規(guī)?？勺龃?，一般在100兆瓦以上，距離海岸較遠(yuǎn)不影響景觀，吸引了電力公司參加開(kāi)發(fā)。在距離海岸30km和水深40m的范圍內(nèi)，總的來(lái)說(shuō)歐洲海上風(fēng)能儲(chǔ)量比目前歐盟的用電量還大。表2-2海上風(fēng)電場(chǎng)發(fā)展情況10國(guó)風(fēng)電機(jī)風(fēng)機(jī)型號(hào)總裝機(jī)容時(shí)間瑞瑞典丹麥荷蘭丹麥荷蘭瑞典英國(guó)瑞典丹麥瑞典丹麥丹麥丹麥丹麥愛(ài)爾蘭英國(guó)1452751117VestasV902-254葉片轉(zhuǎn)速增加10%,使風(fēng)機(jī)的有效性增加5%-6%。在陸地上葉片轉(zhuǎn)速商業(yè)運(yùn)行的大型海上風(fēng)電機(jī)組容量為1.5-2.5兆瓦，葉片直徑范圍為65-80米，最大的葉尖速度可達(dá)80米每秒。正在研制單機(jī)容量更大的樣方向。表2-3給出一些生產(chǎn)商已推出的最大海上風(fēng)電機(jī)組的技術(shù)參數(shù)信表2-3海上風(fēng)電機(jī)組的技術(shù)參數(shù)(21生產(chǎn)商風(fēng)機(jī)型號(hào)額定功率葉輪葉輪轉(zhuǎn)333333功率調(diào)節(jié)變槳距調(diào)節(jié)失速變槳距調(diào)節(jié)變槳距調(diào)節(jié)主動(dòng)失速調(diào)節(jié)變槳距調(diào)節(jié)變槳距調(diào)節(jié)局)標(biāo)準(zhǔn)方法，目前的技術(shù)水平和20年設(shè)計(jì)壽命，估測(cè)的發(fā)電成本是府規(guī)劃到2030年風(fēng)電要占全國(guó)總裝機(jī)容量的一半，即5.50GW到100MW距離Lubeck灣15公里的波羅的海中；400MW項(xiàng)目在距離HeIgoland島17公里的海域，最終規(guī)模將達(dá)到1.2GW,采用單機(jī)容量?jī)?nèi)朦古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書3.1我國(guó)發(fā)展風(fēng)力發(fā)電的可行性分析3.1.1我國(guó)風(fēng)力資源狀況蟻+223圖3-1我國(guó)陸地風(fēng)力資源分布圖”從各省市來(lái)看，我國(guó)風(fēng)力資源豐富的省區(qū)見(jiàn)表3-1,中國(guó)風(fēng)能分區(qū)以及占全國(guó)面積的百分比見(jiàn)表3-2。表3-1中國(guó)風(fēng)力盜源比較豐富的省區(qū)省區(qū)風(fēng)力資源(萬(wàn)MW)省區(qū)風(fēng)力資源(萬(wàn)MW)內(nèi)蒙古6178山東394新疆3433山西293遼寧606海南64區(qū)域豐富區(qū)較豐富可利用區(qū)貧乏區(qū)指標(biāo)年有效風(fēng)功率密≥200200-1503.5m/shr數(shù)8眾所周知，我國(guó)的機(jī)械工業(yè)基礎(chǔ)還是比較好的，完全有能力滿足風(fēng)電裝備生產(chǎn)制造要求。在風(fēng)電機(jī)組設(shè)備關(guān)鍵部件的生產(chǎn)方面，我國(guó)有蘭州產(chǎn)符合風(fēng)電機(jī)要求的變級(jí)異步發(fā)電機(jī)的能力，并具有批量生產(chǎn)的實(shí)力吸收和創(chuàng)新提高，推動(dòng)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備國(guó)產(chǎn)化。在第4批國(guó)債技術(shù)改造項(xiàng)提供貼息補(bǔ)助；按要求4個(gè)示范項(xiàng)目，第一次面向國(guó)內(nèi)制造廠家批量采比兩年前有了大幅度降低，從每千瓦7000元以上降到了4000-5000元左3.2.1裝機(jī)容量自1986年5月山東榮成建成我國(guó)第1個(gè)并網(wǎng)型風(fēng)電場(chǎng)開(kāi)始，到圖3-3我國(guó)1990-2002年全國(guó)各年風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量1990-2002年全國(guó)每年新增風(fēng)電裝機(jī)容量0年由圖3-4可看出，我國(guó)的風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)大體可分為3個(gè)階段：首先，1986-1990年是我國(guó)并網(wǎng)風(fēng)電項(xiàng)目的探索和示范階段，其特點(diǎn)是項(xiàng)目規(guī)模小，單機(jī)容量小。在此期間共建立了4個(gè)風(fēng)電場(chǎng)，安裝風(fēng)電機(jī)組32臺(tái)0.843W。第二，1991-1995年為示范項(xiàng)目取得成效并逐步推廣階段。共建立了5個(gè)風(fēng)電場(chǎng)，安裝風(fēng)電機(jī)組131臺(tái)，裝機(jī)容量為33.285MW,最大百分比/%的百分比/%I遼寧2新疆3廣東4內(nèi)蒙古5浙江6吉林7甘肅8河北9山東92002年底我國(guó)各省、自治區(qū)的風(fēng)電裝機(jī)情況見(jiàn)表3-3。遼寧、新疆、廣東和內(nèi)蒙古是我國(guó)風(fēng)電發(fā)展最快的4個(gè)省份，占全國(guó)