风力发电机组电气控制系统研究的毕业论文.docx

《风力发电机组电气控制系统研究的毕业论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《风力发电机组电气控制系统研究的毕业论文.docx（51页珍藏版）》请在第一文库网上搜索。

1、风力发电机组电气控制系统研究的毕业论文目录第一章绪论11. 1研究背景与研究意义1. 2风力发电机组电气控制系统研究的进展21. 3本文的工作要点与内容.2第二章风力发电机组相关理论介2.1风力机的空气动力学特性.42. 1. 1风能计算公式2. 1. 2风力机的输出功率42. 1. 3风力机的特性系数 42.2定桨距失速型风电机组.52.2.1 定桨距风力发电机组结构2. 2.2定桨距风机功率特性.62. 2.3定桨距风电机组中异步发电机的选用-.72.3定桨距失速型风电机组运行过程分析1. 3.1待机状态 82. 3.2风力发电机组的并网.82 .3. 3大小电机之间的切换3. 3 . 4

2、脱网停机94. .3. 5双速发电机功率曲线 .95. 4本章小结 10第三章定桨距失速型风电机组直接并网分析6. 1异步风力发电机几种并网方式.113. 1. 1直接并网方式 113. 1.2准同期并网方式 113. 1. 3 降压并网方式 123. 1. 4采用可控硅软并网技术123.2异步风力发电机组直接并网过渡过程分析 123 .3失速型异步风力发电机组大小电机仿真模型的建立133 .4异步风力发电机组直接并网过渡过程仿真分析3 .4 . 1小发电机直接并网过程仿真分析3.4.2大发电机直接并网过程仿真分析华北电力大学硕士学位论文3.5风力发电机组软并网控制系统性能要求-.213. 6

3、本章小结 .21第四章定桨距失速型凤电机组软并网分析.223.1 软并网系统结构及主电路分析223.2 软并网装置主电路的结构组成 224. 2. 1软并网系统主电路结构225. 2.2软并网系统主电路分析244.3可控硅触发方式的选择264 . 4风电机组软并网系统的控制方法 284.5软并网控制系统仿真分析304. 5. 1小电机软切入过程仿真304.5.2大电机软切入过程仿真304. 5.3软并网控制系统仿真结果分析344. 6本章小结 34第五章软并网系统设计 355. 1软并网系统的硬件实现5. 1. 1同步信号的获取 365. 1. 2电流有效值取样5. 1.3 A/D转换电路5.

4、 1. 4单片微机控制晶闸管交流调压电路5. 1. 5触发驱动电5.2 可控硅移相触发控制装置的软件结构与流程图一405.3 可控硅移相触发控制装置的主要软件功能介绍415.3.1 发电机定子电流的采样与控制415.3.2 可控硅触发脉冲的同步与移相.425.4 主电路主要器件参数的设计与计算.435.4.1 可控硅参数的设计 435 .4 .2可控硅瞬态抑制电路参数的设计.455 . 5本章小结46第六章结论与展望.47参考文献48致谢在学期间发表的学术论文和参加科研情况11华北电力大学硕士学位论文第一章绪论1.1 研究背景与研究意义随着经济的不断发展，人类对能源的需求也越来越大，能源短缺已

5、经成为制约各国经济发展的一个重要因素。人类正在努力寻找清洁高效的可再生能源来以此减轻对常规能源的依赖。风能是一种无污染可再生能源，且其具有资源丰富的特点。风能发电是目前最具大规模开发前景新能源之一1。1973年世界发生石油危机以来，发达国家为寻找石油的替代能源，在风力发电技术的研究和开发方面技入相当大的人力和资金，充分综合空气动力学、新材料、新型电机、电力电子技术、计算机、自动控制及通信技术等方面的成果，开创了风能利用的新时期。为促进风力发电的发展，各国对风力发电的开发和利用都提供相关的优惠政策，比如德国、美国和丹麦等国开发建立了风力新能源的测量及计算机模拟系统，发展了变桨距控制及失速控制的风

6、力机设计理论：西欧、美国和印度等风力发电比较发达的国家，为保持风力发电快速和稳定的发展，提供制定比较高的风电上网电价、对购买风电机组的用户进行补贴，以及减免赋税等优惠的政策。在这些优惠条件的扶持下，风力发电得到门夬速稳定的发展。2004年全球装机总量达到47616MW ,风力发电量己经占到世界总电量的0.05%0 2004年底，欧盟国家风电装机达3420. 5万千瓦。德国是目前风电装机容量最大的国家，截止到2004年12月，己装机容量达16628. 8MW ,其发电量已达到全国总电力需求的0.62% ,占全世界风力发电总量的33%以上。印度2004年底累计风电装机容量达到2985MW ,在风能

7、利用规模方面排世界第5位。根据欧洲风能协会的估测，到2020年风力发电将占世界电力总量的12% ,届时世界风电的装机容量将达到1.23TTWI2。在欧洲，因为风能资源丰富的陆地面积十分有限，而海岸线附近的海域风能资源丰富，面积辽阔，适合更大规模开发风电。欧洲各国从近几年开始大规模建设海上风电场，为风力发电的发展开拓了更广阔的空间。我国是世界上风力资源较为丰富的国家之一，据估计全国可供开发利用的风能约为2. 5亿kW 0有沿海（山东、浙江、福建、广东）和东北至西北（包括内蒙古、新疆、甘肃）两大风带，风的质量很好，为开发风力发电提供了基础环境和条件。但我国长期以火电为主，能源结构单一。为缓解我国能

8、源短缺的局面，以及改善我国能源结构，保护生态环境，促进人口、资源、环境的可持续发展，风力发电正在成为本世纪能源更新的先驱。为进一步促进风力发电的发展，我国已于2006年1月1日T始实施可再生能源法），采纳了有关风力发电强制上网、全额收购、分类定价雪原则。这一法律的实施，必将有力地促进风能等可再生能源的开发。国家有关部门提出的风电发展目标，到2010年达到400万千瓦，到2050年后，我国的风力发电在电源结构中的比例将达到10% ,成为重要的能源组成部分。除了国家提供的政策扶持，我国风电发展另一个关键因素就是实现风电设备的国产化。我们看到，一边是风电需求大增，但另一边却是高昂的进口设备和维修费用

9、，这大大阻碍了我国风电的开发利用。目前风电研发技术的落后成为我国风电发展的主要障碍之一。过去我国对风电设备的基础性研究重视不够，大多依赖进口国外技术、仿制国外成熟机组，没有形成完全自主的设计体系。据中国风能协会提供的最新统计，截至2004年，我国风电设备累计市场份额中，国产设备只占18% ,进口设备占82% ,其中以丹麦NEG Micon的份额最大，占到了累计总装机的30%。而风电设备在我国风电建设总成本中占80% ,同时进口设备均价比国产化设备贵30%巧，使风电成本难有下降空间，提高我们自己的风力发电技术水平，促进风电设备的国产化，己经成为发展风力发电的迫切需求。1.2 风力发电机组电气控制

10、系统研究的进展电气控制系统是风力发电机组运行的核心，是机组安全可靠运行以及实现最佳运行的保证。人们对它的研究也在不断的深人。风电机组电气控制系统研究的进展与电子线路、计算机控制技术、传感器技术、信号处理技术以及通讯技术的进步密不可分。从20世纪70年代末风电机组商品化以来，中心控制系统的电气实现经历了从模拟电子器件到微机控制两个大的发展阶段。从19世纪末第一台现代风力发电机组在丹麦诞生，到20世纪80年代初，风力发电机组中心控制系统的实现都局限于采用模拟电子器件。到80年代中后期，随着计算机技术的发展及其在控制领域的应用，基于微处理器的风力发电机组控制系统开始逐渐兴起。进入90年代，由于微处理

11、器在电力电子、数据采集、信号处理、工业控制等领域的应用，采用微处理器对风力发电机组进行控制已成为必然选择。具体来说，早期的55kW级以下机组的控制系统是靠模拟电子器件来实现的：100-200kW级风电机组控制系统采用模拟电子器件或单片机实现20世纪90年代以来商品化的300kW、600kW以及兆瓦级风电机组电控系统为基于单片机、数字信号处理器或可编程逻辑控制器的微机控制，机组运行的可靠性及自动化程度越来越高。现在国外一些公司的600kW以上的机组己实现了运行的自动监控和无人值守，其控制的智能化程度很高，维护和操作十分简便4。1.3 本文的工作要点与内容（一）介绍风力发电机组控制系统的相关知识，

12、以便为并网型异步风电t控制系统的总体设计与控制策略的制定奠定必要的理论基础。（二）在相关文献的基础上，分析异步风力发电机并网冲击电流产生原理、软并网装置主电路，并对异步风力发电机直接并网过程进行仿真分析，以明确软并网控制系统的性能要求。（三）搭建异步风力发电机软并网仿真模型，并对异步风力发电软并网过程进行仿真分析，将其结果与直接并网的结果进行对比与分析。（四以600kW失速型机组的软并网装置为基础，设计可控硅移相触发控制电路的硬件实现方案，并提出风电机组电量采集的实现方案。第二章风力发电机组相关理论介绍风力发电技术发展至今，其相关理论己基本成熟。了解风电机组的相关基础理论是其控制系统总体设计以

13、及具体控制策略制定的基础。本章将对风电机组的相关知识进行介绍，如风力机的空气动力学特性，以及风电机组的结构和功率特性以及风电机组的并、脱网运行过程。2. 1风力机的空气动力学特性2.1.1 凤能计算公式风力发电机组中，风轮的作用是实现风能到机械能的转化。根据风能计算公式（2-1）,风能的大小与气流密度p和气流通过的面积s成正比，与气流速度v的立方成正比。2. 1.2风力机的输出功率由于流经叶轮后的风速不可能为零，所以通过叶轮的风能只能部分被叶轮吸收，转化为叶轮旋转的机械能。贝兹(Betz)理论给出了理想叶轮的最大理论效率，即贝兹极限俨0.5 93，这说明风力机从自然风中所获取的能量是有限的。其

14、中,Pm为风力机实际输出机械功率，p为空气密度，S为叶轮扫风面积，v为风力机上游风速，Cp为功率利用系数。实际应用中因为Cp随风速，叶轮转速以及风力机叶片参数而变化，所以达不到理论最大值0. 593。不同的叶轮有不同的风能利用系数曲线，一般由叶片生产厂家提供。2. 1. 3风力机的特性系数为反映叶轮在不同风速下的状态，叶尖圆周线速度与风速之比来衡量，称为叶尖速比Z.4华北电力大学硕士学位论文式中，n和co分别表示叶轮的转速和角速度。叶尖速比儿是风力机的重要参数之一，直接影响叶片捕获的能量，并影响功率利用系数Cp。2.2定桨距失速型风电机组近些年来，风力发电的主流机型主要有定桨距失速调节、变桨距调节、主动失速调节与变速恒频4种。各种机型的叶轮均采用水平轴、三叶片，上风向布置:额定转速约27r/min。舱内机械采用沿轴线布置的结构:控制系统均使用微处理器，对前三种机组采用了晶闸管恒流软切入技术，并且采用了双速电机:对定桨距失速型机组，用叶尖扰流器作为气动刹车。液压系统作为变距系统、制动系统及叶尖气动刹车的执行机构6。尽管在兆瓦级风力发电机组的设计中，己经开始采用变桨距和变速恒频技术，但由此增加了控制系统与伺服系统的复杂性，也对机组的成本