【正文】 XX 本科畢業(yè)設計說明書 1 畢業(yè)設計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設計（論文），是我個人在指導教師的指導下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構的學位或學歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。 作 者 簽 名： 日 期： 指導教師簽名： 日 期： 使用授權說明 本人完全了解 大學關于收集、保存、使用畢業(yè)設計（論文）的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版本；學校有權保存畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務；學校可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績热荨? 作者簽名： 日 期： XX 本科畢業(yè)設計說明書 2 學位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交 的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學位論文版權使用授權書 本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權 大學可以將 本學位論文的全部或部分內容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。 涉密論文按學校規(guī)定處理。 作者簽名： 日期： 年 月 日 導師簽名： 日期： 年 月 日 XX 本科畢業(yè)設計說明書 3 注 意 事 項 （論文）的內容包括： 1）封面（按教務處制定的標準封面格式制作） 2）原創(chuàng)性聲明 3）中文摘要（ 300 字左右）、關鍵詞 4）外文摘要、關鍵詞 5）目次頁（附件不統(tǒng)一編入） 6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結論 7） 參考文獻 8）致謝 9）附錄（對論文支持必要時） ：理工類設計（論文）正文字數(shù)不少于 1萬字（不包括圖紙、程序清單等），文科類論文正文字數(shù)不少于 萬字。 ：任務書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復印件）。 、圖表要求： 1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯別字，不準請他人代寫 2）工程設計類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計算機繪制，所有圖紙應符合國家技術標準規(guī)范。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準用徒手畫 3）畢業(yè) 論文須用 A4 單面打印，論文 50 頁以上的雙面打印 4）圖表應繪制于無格子的頁面上 5）軟件工程類課題應有程序清單，并提供電子文檔 1）設計（論文） 2）附件：按照任務書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復印件）次序裝訂 XX 本科畢業(yè)設計說明書 4 引 言 隨著 世界工業(yè)化進程的不斷加快，使得能源消耗逐漸增加，全球工業(yè)有害物質的排放量與日俱增，從而造成氣候異常、災害增多、惡性疾病的多發(fā)，因此，能源和環(huán)境問題成為當今世界所面臨的兩大重要課題。由能源問題引發(fā)的危機以及日益突出的環(huán)境問題，使人們認識到開發(fā)清潔的可再生能 源是保護生態(tài)環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展的客觀需要。 可以說，對風力發(fā)電的研究和進行這方面的畢業(yè)設計對我們從事風力發(fā)電事業(yè)的同學是有著十分重大的理論和現(xiàn)實意義的，也是十分有必要的。 風力發(fā)電起源于 20世紀 70 年代，技術成熟于 80年代，自 90 年代以來風力發(fā)電進入了大發(fā)展階段。隨著風力發(fā)電容量的不斷增大，控制方式從基本單一的定槳距失速控制向全槳葉變距控制和變速控制發(fā)展。前人在風輪機的空氣動力學原理和能量轉換原理的基礎上 ,系統(tǒng)分析了定槳距風力發(fā)電機組、變槳距風力發(fā)電機組、變速風力發(fā)電機組的基本控制要求和控制策略，并對并網(wǎng)型風力 發(fā)電機組的變槳距控制技術進行了一定的研究。變槳距風力發(fā)電機組的主要控制是在起動時對風輪轉速的控制和并網(wǎng)后對輸入功率的控制。通過變距控制可以根據(jù)風速來調整槳葉節(jié)距角，以滿足發(fā)電機起動與系統(tǒng)輸出功率穩(wěn)定的雙重要求。但由于對運行工況的認識不足，對變槳距控制系統(tǒng)的設計不能滿足風力發(fā)電機組正常運行的要求，更達不到優(yōu)化功率曲線和穩(wěn)定功率輸出的要求。 本篇論文主要介紹了風力發(fā)電機組的基本控制要求和控制策略 ,在變槳距風力發(fā)電機組控制系統(tǒng)仿真方面作了初步的探究和 研究 。 通過 控制系統(tǒng)保持了風力發(fā)電機組的安全可靠運行， 并 實現(xiàn)了穩(wěn)定 機組輸出功率和優(yōu)化功率曲線的控制 功能 。 利用 控制系統(tǒng)使風力發(fā)電系統(tǒng)在規(guī)定的時間內不出故障或少出故障，并在出故障之后能夠以最快的速度修復系統(tǒng)使之恢復正常工作。 本篇論文主要是通過 PSCAD/EMTDC 仿真軟件，建立風力發(fā)電系統(tǒng)控制模型以及完整的風力發(fā)電樣例系統(tǒng)模型，對自建的風力發(fā)電系統(tǒng)控制模型進行仿真分析，利用運行模塊進行 EMTDC 模擬計算，驗證風力發(fā)電系統(tǒng)控制模型的可用性，并且通過單曲線繪圖對模擬結果進行分析，并利用多曲線繪圖模塊產生可直接用于研究報告的模擬結果圖形。 本文在編寫過程中， 受到栗文義老師的大力支持和精心指導，在此表示衷心的感謝。 風力發(fā)電技術和 PSCAD/EMTDC 仿真等的相關知識對我們來講都是平時很少接觸XX 本科畢業(yè)設計說明書 5 和涉及的，而且，這些學科中的很多東西都是較為前沿的。由于本人的理論水平及實踐經(jīng)驗所限、編寫時間倉促，書中錯誤疏漏之處難免，敬請老師不咎指正。 田 敏 2020 年 6月 XX 本科畢業(yè)設計說明書 6 第一章 風力發(fā)電系統(tǒng)的基本原理 風力發(fā)電的基本原理 風力發(fā)電的基本原理 風能具有一定的動能，通過風輪機將風能轉化為機械能 ， 拖動發(fā)電機發(fā)電。 風力發(fā)電 的原理是利用風帶動風車葉片旋轉 ， 再 通 過增速 器 將旋轉的速度提 高 來促使發(fā)電機發(fā)電 的 。依據(jù)目前的風車技術 ， 大約 3m/s 的 微風速度便可以開始發(fā)電。 風力發(fā)電的原理說起來非常簡單 ， 最簡單的風力發(fā)電機可由葉片 和發(fā)電機兩部分構成如圖 11所示?？諝?流動的動能作用在葉輪上 ， 將動能轉換成機械能 ， 從而推動 片 葉旋轉 ， 如果將葉輪的轉軸與發(fā)電機的轉軸相連就會帶動發(fā)電機發(fā)出電來。 風力發(fā)電的特點 （ 1）可再生的潔凈能源 風力發(fā)電是一種可再生的潔凈能源，不消耗化石資源也不污染環(huán)境，這是火力發(fā)電所無法比擬的優(yōu)點。 （ 2）建設周期短 一 個十兆 瓦級的風電場建設期不到一年。 （ 3）裝機規(guī)模靈活 可根據(jù)資金情況決定一次裝機規(guī)模，有一臺資金就可以安裝一臺投產一臺。 （ 4）可靠性高 把現(xiàn)代高科技應用于風力發(fā)電機組使 其 發(fā)電可靠性大大提高，中、大型風力發(fā)電機組可靠性從 80 年代的 50%提高到了 98%，高于火力發(fā)電且機組壽命可達 20 年。 （ 5）造價低 從國外建成的風電場看，單位千瓦造價和單位千瓦時電價都低于火力發(fā)電，和常規(guī)能源發(fā)電相比具有競爭力。我國由于中大型風力發(fā)電機組全部從國外引進，造價和電價相對比火力發(fā)電高，但隨著大中型風力發(fā)電機組實現(xiàn)國產化、產業(yè)化，在不久的將來風力發(fā)電的造價和電價都將低于火力發(fā)電。 （ 6）運行維護簡單 現(xiàn)代中大型風力發(fā)電機的自動化水平很高，完全可以在無人職守的情況下正常工XX 本科畢業(yè)設計說明書 7 作，只需定期進行必要的維護，不存在火力發(fā)電的大修問題。 （ 7）實際占地面積小 發(fā) 電機組與監(jiān)控、變電等建筑僅占火電廠 1%的土地，其余場地仍可供農、牧、漁使用。 （ 8）發(fā)電方式多樣化 風力發(fā)電既可并網(wǎng)運行，也可以和其他能源如柴油發(fā)電、太陽能發(fā)電、水利發(fā)電機組形成互補系統(tǒng)，還可以獨立運行，因此對于解決邊遠地區(qū)的用電問題提供了現(xiàn)實可行性。 （ 9）單機容量小 由于風能密度低決定了單臺風力發(fā)電機組容量不可能很大，與現(xiàn)在的火力發(fā)電機組和核電機組無法相比。另外風況是不穩(wěn)定的，有時無風有時又有破壞性的大風，這都是風力發(fā)電必須解決的實際問題。 風資源及風輪機 概述 風資源概述 （ 1）風的起源 風的形成乃是空氣流動的結果。風就是水平運動的空氣 ， 空氣運動主要是由于地球上各緯度所接受的太陽輻射強度不同而形成的。大氣的流動也像水流一樣 ， 是從壓力高處往壓力低處流 ， 太陽能正是形成大氣壓差的原因。由于地球自轉軸與圍繞太陽的公轉軸之間存在 66． 5176。 的夾角 ， 因此對地球上不同地點太陽照射角度是不同的 ，而且對 同一地點一年中這個角度也是變化的。地球上某處所接受的太陽輻射能 與該地點太陽照射角的正弦成正比。 （ 2）風的參數(shù) 風向和風速是兩個描述風的重要參數(shù)。風向是指風吹來的方向 ， 如果風是從 東 方吹來就稱為 東 風。 風速是表示風移動的速度即單位時間內空氣流動所經(jīng)過的距離。 風速是指某一高度連續(xù) 10min 所測得各瞬時風速的平均值。一般以草地上空 10m高 處 的 10min 內風速的平均值為參考。 風玫瑰圖是一個給定地點一段時間內的風向分布圖。通過它可以得知當?shù)氐闹鲗эL向。 （ 3）風能的基本情況 [1] ○ 1 風能的特點 XX 本科畢業(yè)設計說明書 8 風能的特點主要有：能量密度低 、 不穩(wěn)定性 、 分布不均勻 、 可再生 、 須在有風地帶 、 無污染 、 分布廣泛 、 可分散利用 、 另外不須能源運輸 、 可和其它能源相互轉換等。 ○ 2 風能資 源的估算 風能的大小實際就是氣流流過的動能 ， 因此可以推導出氣流在單位時間內垂直流過單位截面積的風能 ， 即風功率為 V??? (11) 式中 ? 為風能 (w)； ? 為空氣密度 (kg/m )； v 為風速 (m/s)。 由于風速是一個隨機性很大的量 ， 必須通過一段時 間的觀測來了解它的平均狀況 ， 一個地方風能潛力的多少要視該地常年平均風能密度的大小。因此需要求出在一段時間內的平均風能密度 ， 這個值可以將風能密度公式對時間積分后平均來求得。在風速 V 的概率分布 p(V)知道后 ， 平均風能密度還可根據(jù)下式求得 30. 5 ( )V P V dV??? （ 12） 風輪機 的 理論 [4] 風輪機又稱 為 風車 ， 是一種將風能轉換成機械能、電能或熱能的能量轉換裝置。風輪機的類型很多通常將其分為水平軸風輪機垂直軸風輪機和特殊 風輪機三大類。但應用最廣的還是前兩種類型的風輪機。 風力發(fā)電機的結構與組成 風力發(fā)電機的分類 [5] 風力發(fā)電機組是將風能轉化為電能的裝置，按其容量分可分為：小型（ 10kw 以下）、中型（ 10— 100kw）和大型（ 100kw 以上）風力發(fā)電機組。按主軸與地面相對位置又可分為：水平軸風力發(fā)電機組和垂直軸風力發(fā)電機組。 水平軸風力發(fā)電機是目前世界各國風力發(fā)電機最為成功的一種形式，主要優(yōu)點是風輪可以架設到離地面較高的地方，從而減少了由于地面擾動對風輪動態(tài)特性的影響。它的主要機械部件都在機艙中，如 主軸、齒輪箱、發(fā)電機、液壓系統(tǒng)及調向裝置等。而生產垂直軸風力發(fā)電機的國家很少，主要原因是垂直軸風力發(fā)電機效率低，需啟動設備，同時還有些技術問題尚待解決。 在本文中以后不做 特殊 說明時所指的風力發(fā)電機組即為大中型的水平軸風力發(fā)電機組。 XX 本科畢業(yè)設計說明書 9 水平軸風力發(fā)電機的結構 大中型風力發(fā)電機組是由葉片、輪轂、主軸、增速齒輪箱、調向機構、發(fā)電機、塔架、控制系統(tǒng)及附屬部件（機艙機座回轉體制動器等）組成的。 (1)機艙 機艙包 含 著風 力發(fā) 電機的關鍵設備 ， 包括齒輪箱、發(fā)電機 等 。 (2)風輪 葉片安裝在輪轂上稱作風 輪 ， 它包括葉片、輪轂、主軸等。風輪是風力發(fā)電機接受風能的部件。 葉片是風力發(fā)電機組最關鍵的部件， 現(xiàn)代風 力發(fā) 電機上每個轉子葉片的測量長度大約為 20 米 葉片數(shù)通常為 2 枚或 3 枚， 大部分轉子葉片用