【正文】 內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文）風力發(fā)電機轉矩系統(tǒng)控制畢業(yè)論文目 錄摘 要 IAbstract II第一章 緒論 1 風能 1 風能的特點 2 風能的特點 2 風力發(fā)電的發(fā)展 3 中國風力發(fā)電的發(fā)展概況及前景 3 國外風力發(fā)電的發(fā)展概況及前景 6 風力發(fā)電技術概述及其發(fā)展現(xiàn)狀 9第二章 風力發(fā)電機的結構與基本理論 12 風力發(fā)電機組總體概述 12 風力發(fā)電機的結構及各組成部分的功能 12 風力機分類 16 風力機的工作原理及其受力分析 18 風力發(fā)電機組的控制系統(tǒng) 21 變槳距控制理論研究 23 風力發(fā)電機變槳距技術介紹 23 變槳距控制理論 24 變槳距控制過程 25第三章 風力發(fā)電機轉矩控制系統(tǒng)簡介 27 轉矩控制系統(tǒng)的設計 27 風力機輸出功率特性 27 風力機轉矩與轉速特性曲線 28 轉矩與轉速的測量 28 轉矩測量方法 29 應變測量原理 29 轉速測量方法 32第四章 轉矩控制系統(tǒng)硬件電路設計 34 系統(tǒng)設計總方案 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 39 PLC的簡介 41 硬件主電路圖 48第五章 轉矩控制軟件設計與系統(tǒng)仿真分析 49 轉矩控制系統(tǒng)軟件設計流程圖 49 主程序 50 結果與分析 57第六章 總結與展望 58參考文獻 60致謝 6160內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（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)濟發(fā)展的主要物資基礎。由于化石資源的日益枯竭和人類對全球環(huán)境惡化的倍加關注，風能作為取之不盡、用之不竭的清潔綠色能源已深受全世界的重視。風力發(fā)電技術也隨之得到迅猛發(fā)展，兆瓦級變速恒頻變槳距風力機組已經(jīng)成為當今國際社會風力發(fā)電機組的主流產(chǎn)品。我國風力發(fā)電起步較晚，但由于國家政府的重視，正大力發(fā)展風力發(fā)電及其相關的技術研究。隨著風電技術的進步和風電場的開發(fā)，我國風電產(chǎn)業(yè)開始形成。目前風電場的全年發(fā)電量近8億度，已形成產(chǎn)值20多億元，在社會經(jīng)濟生活中產(chǎn)生了一定的影響，不僅對當?shù)啬茉垂Y構和減少環(huán)境污染產(chǎn)生了影響，而且對促進地區(qū)經(jīng)濟的發(fā)展和增加新的就業(yè)機會也做出了實際貢獻。 風能能源危機以來，人們的綠色環(huán)保意識的加強，世界風電事業(yè)迅速發(fā)展，裝機容量迅速增加，風電產(chǎn)業(yè)不斷擴大。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水輪機運轉；也不像核能那樣，需要昂貴的裝置和防護設備。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(chǎn)生溫差，從而引起大氣對流運動形成風。據(jù)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。，其中可利用的風能為2X107MW，比地球上可開發(fā)利用的水能總量還要大10倍。我國風能資源儲量豐富，據(jù)初步估算我國陸上離地面10m高度層的風能資源總儲量為32260000MW，可開發(fā)量為2530000MW；近海（水深不超過10m）區(qū)域，離海10m高度層的風能儲量約為7500000MW。因此從宏觀上看，我國具備大規(guī)模發(fā)展風力發(fā)電的資源條件。 風能的特點礦物燃料在利用過程中排放COSONO、CO等氣體，造成了嚴重的環(huán)境污染，導致溫室效應，產(chǎn)生酸雨等現(xiàn)象。目前，各國對環(huán)境保護、能源短缺等問題日益關注，均在努力發(fā)展風力發(fā)電，促進可持續(xù)發(fā)展，減少有害氣體排放。風力發(fā)電既有效地利用了自然資源，又保護了自然環(huán)境，還解決了偏遠地區(qū)人們的用電需求。 風能的特點雖然風能是一種取之不盡、用之不竭、清潔無污染的可再生能源，且蘊藏量巨大，但是，利用風能發(fā)電比用水力發(fā)電困難得多，這是由于風能具有以下特點：(1)風能的能量密度小。為了得到相同的發(fā)電容量,風力發(fā)電機的風輪尺寸比相應的水輪機大幾十倍。~ kW/m2。(2)風能的穩(wěn)定性差。風能屬于過程性能源，具有隨機性、間歇性、不穩(wěn)定性，風速和風向經(jīng)常變動，它們對風力發(fā)電機的工況影響很大。一般風力發(fā)電機的起動風速約3m/s，停機風速約25m/s，即3~25 m/s為有效風力區(qū)，在有效風力區(qū)內，為得到較穩(wěn)定的輸出電能，風力發(fā)電機必須加裝調速、調向和剎車等調節(jié)和控制裝置，這對10kW以下小型機組比較簡單，對于100kW以上的中大型機組，就增加了許多實際困難。(3)風能不能儲存。對于單機獨立運行的風力發(fā)電機組，要保證不間斷地供電，必須配備相應的儲能裝置。10kW以下小型機組，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)電機組等構成混合發(fā)電系統(tǒng)。對于大型風力發(fā)電機組，雖然可以采用飛輪儲能或壓縮空氣等儲能措施，但目前幾乎全部考慮與大電網(wǎng)并聯(lián)運行，以避開儲能問題。(4)風輪的效率較低。％，實際效率會更低一些，統(tǒng)計顯示，~，~。顯然，要提高風輪的出力，只有靠增大風輪的半徑，或裝在風速較大的地點。對風電場而言，風力發(fā)電機組的年平均利用小時數(shù)不能低于2000小時，即單機容量為660kW的風電機組年發(fā)電量不能低于1320MWh才具有商業(yè)開發(fā)價值。若能達到2500小時，則該風電場具有良好的商業(yè)開發(fā)價值，超過3000小時的風電場稱為優(yōu)秀風電場。風電最大缺點是不穩(wěn)定，大量建設風電會給電網(wǎng)調度帶來困難，需要統(tǒng)一的電網(wǎng)進行管理和調度。風能利用上的困難，使得風力發(fā)電系統(tǒng)的技術和管理出現(xiàn)了一些特殊問題。實際上，風電系統(tǒng)所發(fā)出的電能，若不加以控制，并不具備太大的商業(yè)使用價值，若直接并入電網(wǎng)，是對電網(wǎng)的一種污染—絕大多數(shù)情況下，只對電網(wǎng)的諧波有貢獻，直接影響局部電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性。近年來由于控制技術、電力電子技術及新材料技術的飛速發(fā)展和廣泛應用，為風能的利用創(chuàng)造了有利條件，風力發(fā)電技術也得到了長足進步。 風力發(fā)電的發(fā)展 中國風力發(fā)電的發(fā)展概況及前景中國人口眾多，能源資源相對匱乏。中國人口占世界總人口的20％，己探明的煤炭儲量占世界儲量的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國，中國能源消費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。國際能源組織預計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《聯(lián)合國氣候變化框架公約》的簽字國，有義務根據(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調發(fā)展?jié)崈裟茉醇夹g。，近年來己建成26處風力發(fā)電場，1994年并網(wǎng)風電機組裝機30MW，年發(fā)電量7500萬kWh，到2000年底，并網(wǎng)風電機組裝機容量己達到344MW，年發(fā)電量約86億kWh，同時還有13萬臺小型獨立運行的風力發(fā)電機在廣大牧區(qū)、海島、有風無電的邊遠地區(qū)運行。風力發(fā)電作為我國電力結構中的新型分布式供電系統(tǒng)，以其靈活、實用的方式，為經(jīng)濟發(fā)展注入活力，取得了可觀的經(jīng)濟效益和巨大的社會效益。近幾年來我國風電產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展。到2007年底，中國風電裝機將達到500萬kW，提前3年完成原定2010年的目標，中國政府目前公布的風電發(fā)展目標是2020年將達到3000萬kW。 2002~2007年全國風電總裝機容量中國的風電資源不僅豐富，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、內蒙古和東北部分地區(qū)都屬于風能儲藏量比較豐富的地區(qū)，而甘肅、山東、蘇北、皖北等地區(qū)也有相當大比例的風能資源可以有效利用。我國陸地上從新疆、甘肅、寧夏到內蒙古，是一個大風力帶；同時還有許多大風口，如張家口地區(qū)，鄱陽湖湖口地區(qū)、云南大理等。這些為風能的集中開發(fā)利用提供了極大的便利。我國風能資源開發(fā)利用較早，但早期主要是以分散、小規(guī)模試驗和示范形式，規(guī)?；L力發(fā)電場的建設始于上世紀90年代，大體可分為三個階段：第一階段是1986～1990年，是我國風電項目的探索和示范階段，其特點是項目規(guī)模小、單機容量小；第二階段是1991～1995年，為示范項目取得成效并逐步推廣階段；第三階段是1996年后，為擴大建設規(guī)模階段。截至2005年底，我國除臺灣省外建成風電場62個，安裝風電機組1864臺，排在世界第8位、亞洲第2位。1976年我國第一臺國產(chǎn)18kW風力發(fā)電機組并人浙江省泗礁島電網(wǎng)試運行，1983年山東榮城引進3臺Vestas55kW風力發(fā)電機組，1986年新疆達板城安裝1臺Micon100kW風力發(fā)電機組，1989年新疆達板城安裝13臺Bonus150kW風力發(fā)電機組，內蒙古朱日和安裝5臺美國Windpower100kW風力發(fā)電機組。2004年，我國新裝機的風力發(fā)電容量為197MW，總裝機容量為760MW。國家政策對于風電的大力扶持，為我們進一步描繪了風電行業(yè)未來的發(fā)展藍圖。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)年度報告》中已經(jīng)明確指出：中國將大幅度提高新能源在整個能源消費中的比例，2050年中國30%以上的能源需求將依靠新能源來滿足，其中，風力發(fā)電在30年后發(fā)電裝機可能超過核電，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)中國風能協(xié)會公布的數(shù)據(jù)，截至2006年底，我國已建成91個風力發(fā)電場，總裝機容量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，預計實現(xiàn)2020年可再生能源中長期規(guī)劃任務，將需總投資約2萬億元?！兑?guī)劃》指出，要逐步提高優(yōu)質清潔可再生能源在能源結構中的比例，力爭到2010年使可再生能源消費量達到能源消費總量的10%左右，到2020年達到15%左右。目前，可再生能源規(guī)模只有8%。我國風電發(fā)展勢頭迅猛，預計2020年前全球風電累計裝機將以20％的增長率增長。歐洲風能協(xié)會和綠色和平組織進一步確認：，占2020年總發(fā)電量的12%。 中國風能協(xié)會理事長賀德馨在向“2007世界太陽能大會”提交的論文中說，2010年之前，我國將進入風力發(fā)電大發(fā)展時期賀德馨指出，預計到2010年底，中國發(fā)電總裝機容量將達到5000兆瓦，電力行業(yè)的高速發(fā)展將帶動風電產(chǎn)業(yè)步入快車道。從2010年到2020年，我國將掌握自主知識產(chǎn)權的兆瓦級風電機組的設計和制造技術。到2020年，我國風電裝機容量將達到3萬兆瓦，并沖擊5萬兆瓦，屆時風電的成本將接近傳統(tǒng)發(fā)電方式。到2030年，我國風電總裝機容量將達到10萬兆瓦，風電將作為重要的清潔能源，逐漸成為我國電力供應的支柱之一，廣泛應用于工業(yè)和其他領域。 國外風力發(fā)電的發(fā)展概況及前景1973年發(fā)生石油危機以后，西方發(fā)達國家為尋求替代石化燃料的能源，在風力發(fā)電技術的研究與應用上投入了相當大的人力和資金，充分綜合利用空氣動力學、新材料、新型電機、電力電子技術、計算機、自動控制及通信技術等方面的最新成果，開創(chuàng)了風能利用的新時期。德國、美國、丹麥等國開發(fā)建立了評估風力資源的測量及計算機模擬系統(tǒng)，發(fā)展了變槳距控制及失速控制的風力機設計理論，采用了新型風力機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，開發(fā)了由微機控制的單臺和多臺風力發(fā)電機組成的機群的自動控制技術，從而大大提高了風力發(fā)電的效率和可靠性。風電場是大規(guī)模利用風能的有效方式，20世紀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能資源豐富，風力強，風速均勻，可大面積采獲能量，適合大規(guī)模開發(fā)風電。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)受得住狂風惡浪的沖擊；水下的驅動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。從風電裝機容量看，占德國發(fā)電裝機容量的33%，居世界第1位。，居世界第2位。美國風力發(fā)電裝機容量已達261萬kW，居世界第3位。丹麥風電技術也很先進。印度風電增