【正文】 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文）風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩系統(tǒng)控制畢業(yè)論文目 錄摘 要 IAbstract II第一章 緒論 1 風(fēng)能 1 風(fēng)能的特點(diǎn) 2 風(fēng)能的特點(diǎn) 2 風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展 3 中國風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展概況及前景 3 國外風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展概況及前景 6 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)概述及其發(fā)展現(xiàn)狀 9第二章 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)與基本理論 12 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組總體概述 12 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)及各組成部分的功能 12 風(fēng)力機(jī)分類 16 風(fēng)力機(jī)的工作原理及其受力分析 18 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng) 21 變槳距控制理論研究 23 風(fēng)力發(fā)電機(jī)變槳距技術(shù)介紹 23 變槳距控制理論 24 變槳距控制過程 25第三章 風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)簡介 27 轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 27 風(fēng)力機(jī)輸出功率特性 27 風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速特性曲線 28 轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的測量 28 轉(zhuǎn)矩測量方法 29 應(yīng)變測量原理 29 轉(zhuǎn)速測量方法 32第四章 轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 34 系統(tǒng)設(shè)計(jì)總方案 34 各模塊的的工作原理 35 功率模塊 35 增量式編碼器 38 接近開關(guān) 39 PLC的簡介 41 硬件主電路圖 48第五章 轉(zhuǎn)矩控制軟件設(shè)計(jì)與系統(tǒng)仿真分析 49 轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖 49 主程序 50 結(jié)果與分析 57第六章 總結(jié)與展望 58參考文獻(xiàn) 60致謝 6160內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文）第一章 緒論能源是人類生存的基本要素，國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要物資基礎(chǔ)。由于化石資源的日益枯竭和人類對(duì)全球環(huán)境惡化的倍加關(guān)注，風(fēng)能作為取之不盡、用之不竭的清潔綠色能源已深受全世界的重視。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)也隨之得到迅猛發(fā)展，兆瓦級(jí)變速恒頻變槳距風(fēng)力機(jī)組已經(jīng)成為當(dāng)今國際社會(huì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主流產(chǎn)品。我國風(fēng)力發(fā)電起步較晚，但由于國家政府的重視，正大力發(fā)展風(fēng)力發(fā)電及其相關(guān)的技術(shù)研究。隨著風(fēng)電技術(shù)的進(jìn)步和風(fēng)電場的開發(fā)，我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)開始形成。目前風(fēng)電場的全年發(fā)電量近8億度，已形成產(chǎn)值20多億元，在社會(huì)經(jīng)濟(jì)生活中產(chǎn)生了一定的影響，不僅對(duì)當(dāng)?shù)啬茉垂?yīng)結(jié)構(gòu)和減少環(huán)境污染產(chǎn)生了影響，而且對(duì)促進(jìn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和增加新的就業(yè)機(jī)會(huì)也做出了實(shí)際貢獻(xiàn)。 風(fēng)能能源危機(jī)以來，人們的綠色環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)，世界風(fēng)電事業(yè)迅速發(fā)展，裝機(jī)容量迅速增加，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)不斷擴(kuò)大。中國是耗能大國，而石油、煤炭已不能滿足日益增長的能源需求。在各種能源中，風(fēng)能是利用起來比較簡單的一種，它不同于煤、石油、天然氣，需要從地下采掘出來；也不同于水能，必須建造大壩來推動(dòng)水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)；也不像核能那樣，需要昂貴的裝置和防護(hù)設(shè)備。風(fēng)能是太陽能的一種轉(zhuǎn)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(chǎn)生溫差，從而引起大氣對(duì)流運(yùn)動(dòng)形成風(fēng)。據(jù)估計(jì)到達(dá)地球的太陽能中雖然只有大約2％轉(zhuǎn)化為風(fēng)能，但其總量仍是十分可觀的。，其中可利用的風(fēng)能為2X107MW，比地球上可開發(fā)利用的水能總量還要大10倍。我國風(fēng)能資源儲(chǔ)量豐富，據(jù)初步估算我國陸上離地面10m高度層的風(fēng)能資源總儲(chǔ)量為32260000MW，可開發(fā)量為2530000MW；近海（水深不超過10m）區(qū)域，離海10m高度層的風(fēng)能儲(chǔ)量約為7500000MW。因此從宏觀上看，我國具備大規(guī)模發(fā)展風(fēng)力發(fā)電的資源條件。 風(fēng)能的特點(diǎn)礦物燃料在利用過程中排放COSONO、CO等氣體，造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染，導(dǎo)致溫室效應(yīng)，產(chǎn)生酸雨等現(xiàn)象。目前，各國對(duì)環(huán)境保護(hù)、能源短缺等問題日益關(guān)注，均在努力發(fā)展風(fēng)力發(fā)電，促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展，減少有害氣體排放。風(fēng)力發(fā)電既有效地利用了自然資源，又保護(hù)了自然環(huán)境，還解決了偏遠(yuǎn)地區(qū)人們的用電需求。 風(fēng)能的特點(diǎn)雖然風(fēng)能是一種取之不盡、用之不竭、清潔無污染的可再生能源，且蘊(yùn)藏量巨大，但是，利用風(fēng)能發(fā)電比用水力發(fā)電困難得多，這是由于風(fēng)能具有以下特點(diǎn)：(1)風(fēng)能的能量密度小。為了得到相同的發(fā)電容量,風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)輪尺寸比相應(yīng)的水輪機(jī)大幾十倍。~ kW/m2。(2)風(fēng)能的穩(wěn)定性差。風(fēng)能屬于過程性能源，具有隨機(jī)性、間歇性、不穩(wěn)定性，風(fēng)速和風(fēng)向經(jīng)常變動(dòng)，它們對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工況影響很大。一般風(fēng)力發(fā)電機(jī)的起動(dòng)風(fēng)速約3m/s，停機(jī)風(fēng)速約25m/s，即3~25 m/s為有效風(fēng)力區(qū)，在有效風(fēng)力區(qū)內(nèi)，為得到較穩(wěn)定的輸出電能，風(fēng)力發(fā)電機(jī)必須加裝調(diào)速、調(diào)向和剎車等調(diào)節(jié)和控制裝置，這對(duì)10kW以下小型機(jī)組比較簡單，對(duì)于100kW以上的中大型機(jī)組，就增加了許多實(shí)際困難。(3)風(fēng)能不能儲(chǔ)存。對(duì)于單機(jī)獨(dú)立運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，要保證不間斷地供電，必須配備相應(yīng)的儲(chǔ)能裝置。10kW以下小型機(jī)組，一般配置蓄電池，或與其他形式的能源如太陽能PV光伏電站、柴油發(fā)電機(jī)組等構(gòu)成混合發(fā)電系統(tǒng)。對(duì)于大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，雖然可以采用飛輪儲(chǔ)能或壓縮空氣等儲(chǔ)能措施，但目前幾乎全部考慮與大電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行，以避開儲(chǔ)能問題。(4)風(fēng)輪的效率較低。％，實(shí)際效率會(huì)更低一些，統(tǒng)計(jì)顯示，~，~。顯然，要提高風(fēng)輪的出力，只有靠增大風(fēng)輪的半徑，或裝在風(fēng)速較大的地點(diǎn)。對(duì)風(fēng)電場而言，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的年平均利用小時(shí)數(shù)不能低于2000小時(shí)，即單機(jī)容量為660kW的風(fēng)電機(jī)組年發(fā)電量不能低于1320MWh才具有商業(yè)開發(fā)價(jià)值。若能達(dá)到2500小時(shí)，則該風(fēng)電場具有良好的商業(yè)開發(fā)價(jià)值，超過3000小時(shí)的風(fēng)電場稱為優(yōu)秀風(fēng)電場。風(fēng)電最大缺點(diǎn)是不穩(wěn)定，大量建設(shè)風(fēng)電會(huì)給電網(wǎng)調(diào)度帶來困難，需要統(tǒng)一的電網(wǎng)進(jìn)行管理和調(diào)度。風(fēng)能利用上的困難，使得風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的技術(shù)和管理出現(xiàn)了一些特殊問題。實(shí)際上，風(fēng)電系統(tǒng)所發(fā)出的電能，若不加以控制，并不具備太大的商業(yè)使用價(jià)值，若直接并入電網(wǎng)，是對(duì)電網(wǎng)的一種污染—絕大多數(shù)情況下，只對(duì)電網(wǎng)的諧波有貢獻(xiàn)，直接影響局部電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。近年來由于控制技術(shù)、電力電子技術(shù)及新材料技術(shù)的飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，為風(fēng)能的利用創(chuàng)造了有利條件，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)也得到了長足進(jìn)步。 風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展 中國風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展概況及前景中國人口眾多，能源資源相對(duì)匱乏。中國人口占世界總?cè)丝诘?0％，己探明的煤炭儲(chǔ)量占世界儲(chǔ)量的11％、％、％，人均能源資源占有量不到世界平均水平的一半，石油僅為十分之一。中國擁有的石油、天然氣剩余可采儲(chǔ)量人均都在世界40位之后，且勘探開發(fā)成本持續(xù)上升；煤炭的剩余可采儲(chǔ)量也不足百年之用。但中國現(xiàn)在己是世界上第三大能源生產(chǎn)國和第二大能源消費(fèi)國，中國能源消費(fèi)排放的二氧化碳約占各種溫室氣體總排放量的80％。中國溫室氣體排放量約占全世界總排放量的13％，僅次于美國之后居世界第二位。中國按人均和全國面積平均，溫室氣體排放量很低，但中國隨著能源消費(fèi)量增加而引起的溫室氣體排放量的增加正引起全球的矚目。國際能源組織預(yù)計(jì)中國二氧化碳排放量有可能在2030年前后超過美國。中國是世界環(huán)發(fā)大會(huì)《聯(lián)合國氣候變化框架公約》的簽字國，有義務(wù)根據(jù)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，努力減緩溫室氣體排放的增長率，因此中國政府十分重視和強(qiáng)調(diào)發(fā)展?jié)崈裟茉醇夹g(shù)。，近年來己建成26處風(fēng)力發(fā)電場，1994年并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組裝機(jī)30MW，年發(fā)電量7500萬kWh，到2000年底，并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組裝機(jī)容量己達(dá)到344MW，年發(fā)電量約86億kWh，同時(shí)還有13萬臺(tái)小型獨(dú)立運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)在廣大牧區(qū)、海島、有風(fēng)無電的邊遠(yuǎn)地區(qū)運(yùn)行。風(fēng)力發(fā)電作為我國電力結(jié)構(gòu)中的新型分布式供電系統(tǒng)，以其靈活、實(shí)用的方式，為經(jīng)濟(jì)發(fā)展注入活力，取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益和巨大的社會(huì)效益。近幾年來我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展。到2007年底，中國風(fēng)電裝機(jī)將達(dá)到500萬kW，提前3年完成原定2010年的目標(biāo)，中國政府目前公布的風(fēng)電發(fā)展目標(biāo)是2020年將達(dá)到3000萬kW。 2002~2007年全國風(fēng)電總裝機(jī)容量中國的風(fēng)電資源不僅豐富，而且分布基本均勻。東南沿海及其島嶼、青藏高原、西北、華北、新疆、內(nèi)蒙古和東北部分地區(qū)都屬于風(fēng)能儲(chǔ)藏量比較豐富的地區(qū)，而甘肅、山東、蘇北、皖北等地區(qū)也有相當(dāng)大比例的風(fēng)能資源可以有效利用。我國陸地上從新疆、甘肅、寧夏到內(nèi)蒙古，是一個(gè)大風(fēng)力帶；同時(shí)還有許多大風(fēng)口，如張家口地區(qū)，鄱陽湖湖口地區(qū)、云南大理等。這些為風(fēng)能的集中開發(fā)利用提供了極大的便利。我國風(fēng)能資源開發(fā)利用較早，但早期主要是以分散、小規(guī)模試驗(yàn)和示范形式，規(guī)?；L(fēng)力發(fā)電場的建設(shè)始于上世紀(jì)90年代，大體可分為三個(gè)階段：第一階段是1986～1990年，是我國風(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；第二階段是1991～1995年，為示范項(xiàng)目取得成效并逐步推廣階段；第三階段是1996年后，為擴(kuò)大建設(shè)規(guī)模階段。截至2005年底，我國除臺(tái)灣省外建成風(fēng)電場62個(gè)，安裝風(fēng)電機(jī)組1864臺(tái)，排在世界第8位、亞洲第2位。1976年我國第一臺(tái)國產(chǎn)18kW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并人浙江省泗礁島電網(wǎng)試運(yùn)行，1983年山東榮城引進(jìn)3臺(tái)Vestas55kW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，1986年新疆達(dá)板城安裝1臺(tái)Micon100kW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，1989年新疆達(dá)板城安裝13臺(tái)Bonus150kW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，內(nèi)蒙古朱日和安裝5臺(tái)美國Windpower100kW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。2004年，我國新裝機(jī)的風(fēng)力發(fā)電容量為197MW，總裝機(jī)容量為760MW。國家政策對(duì)于風(fēng)電的大力扶持，為我們進(jìn)一步描繪了風(fēng)電行業(yè)未來的發(fā)展藍(lán)圖。在首屆中國能源國際國鋒論壇”發(fā)布的《中國新能源產(chǎn)業(yè)年度報(bào)告》中已經(jīng)明確指出：中國將大幅度提高新能源在整個(gè)能源消費(fèi)中的比例，2050年中國30%以上的能源需求將依靠新能源來滿足，其中，風(fēng)力發(fā)電在30年后發(fā)電裝機(jī)可能超過核電，成為第三大發(fā)電電源，2050年后可能超過水電，成為第二大主力發(fā)電電源。據(jù)中國風(fēng)能協(xié)會(huì)公布的數(shù)據(jù)，截至2006年底，我國已建成91個(gè)風(fēng)力發(fā)電場，總裝機(jī)容量2599兆瓦。 國家發(fā)改委日前(9月4日)發(fā)布《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》?！兑?guī)劃》稱，預(yù)計(jì)實(shí)現(xiàn)2020年可再生能源中長期規(guī)劃任務(wù)，將需總投資約2萬億元?！兑?guī)劃》指出，要逐步提高優(yōu)質(zhì)清潔可再生能源在能源結(jié)構(gòu)中的比例，力爭到2010年使可再生能源消費(fèi)量達(dá)到能源消費(fèi)總量的10%左右，到2020年達(dá)到15%左右。目前，可再生能源規(guī)模只有8%。我國風(fēng)電發(fā)展勢頭迅猛，預(yù)計(jì)2020年前全球風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)將以20％的增長率增長。歐洲風(fēng)能協(xié)會(huì)和綠色和平組織進(jìn)一步確認(rèn)：，占2020年總發(fā)電量的12%。 中國風(fēng)能協(xié)會(huì)理事長賀德馨在向“2007世界太陽能大會(huì)”提交的論文中說，2010年之前，我國將進(jìn)入風(fēng)力發(fā)電大發(fā)展時(shí)期賀德馨指出，預(yù)計(jì)到2010年底，中國發(fā)電總裝機(jī)容量將達(dá)到5000兆瓦，電力行業(yè)的高速發(fā)展將帶動(dòng)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)步入快車道。從2010年到2020年，我國將掌握自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的兆瓦級(jí)風(fēng)電機(jī)組的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)。到2020年，我國風(fēng)電裝機(jī)容量將達(dá)到3萬兆瓦，并沖擊5萬兆瓦，屆時(shí)風(fēng)電的成本將接近傳統(tǒng)發(fā)電方式。到2030年，我國風(fēng)電總裝機(jī)容量將達(dá)到10萬兆瓦，風(fēng)電將作為重要的清潔能源，逐漸成為我國電力供應(yīng)的支柱之一，廣泛應(yīng)用于工業(yè)和其他領(lǐng)域。 國外風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展概況及前景1973年發(fā)生石油危機(jī)以后，西方發(fā)達(dá)國家為尋求替代石化燃料的能源，在風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的研究與應(yīng)用上投入了相當(dāng)大的人力和資金，充分綜合利用空氣動(dòng)力學(xué)、新材料、新型電機(jī)、電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制及通信技術(shù)等方面的最新成果，開創(chuàng)了風(fēng)能利用的新時(shí)期。德國、美國、丹麥等國開發(fā)建立了評(píng)估風(fēng)力資源的測量及計(jì)算機(jī)模擬系統(tǒng)，發(fā)展了變槳距控制及失速控制的風(fēng)力機(jī)設(shè)計(jì)理論，采用了新型風(fēng)力機(jī)葉片材料及葉片翼型，研制出了變極、變滑差、變速恒頻及低速永磁等新型發(fā)電機(jī)，開發(fā)了由微機(jī)控制的單臺(tái)和多臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組成的機(jī)群的自動(dòng)控制技術(shù)，從而大大提高了風(fēng)力發(fā)電的效率和可靠性。風(fēng)電場是大規(guī)模利用風(fēng)能的有效方式，20世紀(jì)80年代初在美國加利福尼亞州興起。而海岸線附近的海域風(fēng)能資源豐富，風(fēng)力強(qiáng)，風(fēng)速均勻，可大面積采獲能量，適合大規(guī)模開發(fā)風(fēng)電。然而在海上建造難度也大：巨大的基座必須固定入海底30m深度，才能使裝置經(jīng)受得住狂風(fēng)惡浪的沖擊；水下的驅(qū)動(dòng)裝置和電子部件必須得能防止高鹽度海水的腐蝕；與陸地連接還得需要幾公里長的海底電纜。從風(fēng)電裝機(jī)容量看，占德國發(fā)電裝機(jī)容量的33%，居世界第1位。，居世界第2位。美國風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量已達(dá)261萬kW，居世界第3位。丹麥風(fēng)電技術(shù)也很先進(jìn)。印度風(fēng)電增