【正文】 風力發(fā)電機組電氣控制系統研究的畢業(yè)論文目錄第一章緒論…..…………………………………………………………………………………… 11. 1 研究背景與研究意義.................1. 2 風力發(fā)電機組電氣控制系統研究的進展............................................… .......21. 3 本文的工作要點與內容…………………………………………………………………… .2第二章風力發(fā)電機組相關理論介紹….......….......….......…..….......… ..............4 風力機的空氣動力學特性………………………………………………………………… .42. 1. 1 風能計算公式.........................…................…........................… ...........42. 1. 2 風力機的輸出功率........…………………………………………………………… 42. 1. 3 風力機的特性系數.................…………………………………………………… 4 定槳距失速型風電機組.........…………………………………………………………… ..5 定槳距風力發(fā)電機組結構… 定槳距風機功率特性.........….........…….......…................................… ..6 定槳距風電機組中異步發(fā)電機的選用........................…............ . ...… .7 定槳距失速型風電機組運行過程分析……2 .3 .1 待機狀態(tài)……………………………………………………………………………… ..8 風力發(fā)電機組的并網........……………………………………………………… ..82 .......... .4脫網停機.........………………………………………………………………………… 92 ..................……………………………………………… ..92 .4本章小結.... .. ....………………………………………………………………………………. 10第三章定槳距失速型風電機組直接并網分析…… 異步風力發(fā)電機幾種并網方式.........………………………………………………… ..113. 1. 1 直接并網方式........………………………………………………………………… .11 準同期并網方式..........................................….........… ........................113. 1. 3 降壓并網方式……………………………………………………………………….. 123. 1. 4 采用可控硅軟并網技術.............................. . ..................................... 12 異步風力發(fā)電機組直接并網過渡過程分析......................…....................... 123 .3失速型異步風力發(fā)電機組大小電機仿真模型的建立…….......…..............… 133 .4異步風力發(fā)電機組直接并網過渡過程仿真分析……3 .4 .1 小發(fā)電機直接并網過程仿真分析.........3 .4 .2 大發(fā)電機直接并網過程仿真分析…華北電力大學碩士學位論文 風力發(fā)電機組軟并網控制系統性能要求.........……........….....................… ..21 本章小結.........….........…………………………………………………………………… .21第四章定槳距失速型鳳電機組軟并網分析………………………………………..22 軟并網系統結構及主電路分析………………………………………………………… 22 軟并網裝置主電路的結構組成.........................…… ....................................22 軟并網系統主電路結構........…………………………………………………… 22 軟并網系統主電路分析........…………………………………………………… 24 可控硅觸發(fā)方式的選擇…………………………………………………………………… 264 .4風電機組軟并網系統的控制方法............................................……… .............28 軟并網控制系統仿真分析..........................................................................30 小電機軟切入過程仿真........…………………………………………………… 30 大電機軟切入過程仿真.........…..................…................… .................30 軟并網控制系統仿真結果分析.........… ............................................34 本章小結........……………………………………………………………………………… ..34第五章軟并網系統設計…......................………………………………………………… 35 軟并網系統的硬件實現.................5. 1. 1 同步信號的獲取…………………………………………………………………… .365. 1. 2 電流有效值取樣…5. A/D 轉換電路…........…5. 1. 4 單片微機控制晶閘管交流調壓電路…5. 1. 5 觸發(fā)驅動電路…….......…………………………………………………………… .39 可控硅移相觸發(fā)控制裝置的軟件結構與流程圖…........… ..........................40 可控硅移相觸發(fā)控制裝置的主要軟件功能介紹… .....................................415 .3 .1 發(fā)電機定子電流的采樣與控制........................… .............................415 .3 .2 可控硅觸發(fā)脈沖的同步與移相……………………………………………… ..425 .4主電路主要器件參數的設計與計算………………………………………………… ..435 .4 .1 可控硅參數的設計……………………………………………………………… ..435 .4 .2 可控硅瞬態(tài)抑制電路參數的設計.............…........….....................… ..45 本章小結.........… ........................................................................................46第六章結論與展望…......................….......….......… ..........................................47參考文獻….......…………………………………………………………………………………… 48致謝….......…........在學期間發(fā)表的學術論文和參加科研情況........11華北電力大學碩士學位論文第一章緒論 研究背景與研究意義隨著經濟的不斷發(fā)展，人類對能源的需求也越來越大，能源短缺已經成為制約各國經濟發(fā)展的一個重要因素。人類正在努力尋找清潔高效的可再生能源來以此減輕對常規(guī)能源的依賴。風能是一種無污染可再生能源，且其具有資源豐富的特點。風能發(fā)電是目前最具大規(guī)模開發(fā)前景新能源之一[1] 。1973 年世界發(fā)生石油危機以來，發(fā)達國家為尋找石油的替代能源，在風力發(fā)電技術的研究和開發(fā)方面技入相當大的人力和資金，充分綜合空氣動力學、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成果，開創(chuàng)了風能利用的新時期。為促進風力發(fā)電的發(fā)展，各國對風力發(fā)電的開發(fā)和利用都提供相關的優(yōu)惠政策，比如德國、美國和丹麥等國開發(fā)建立了風力新能源的測量及計算機模擬系統，發(fā)展了變槳距控制及失速控制的風力機設計理論:西歐、美國和印度等風力發(fā)電比較發(fā)達的國家，為保持風力發(fā)電快速和穩(wěn)定的發(fā)展，提供制定比較高的風電上網電價、對購買風電機組的用戶進行補貼，以及減免賦稅等優(yōu)惠的政策。在這些優(yōu)惠條件的扶持下，風力發(fā)電得到了快速穩(wěn)定的發(fā)展。2004 年全球裝機總量達到47616MW ，%0 2004 年底，歐盟國家風 萬千瓦。德國是目前風電裝機容量最大的國家，截止到2004 年12月， ，% ，占全世界風力發(fā)電總量的33% 以上。印度2004 年底累計風電裝機容量達到2985MW ，在風能利用規(guī)模方面排世界第5 位。根據歐洲風能協會的估測，到2020 年風力發(fā)電將占世界電力總量的12% ，[2] 。在歐洲，因為風能資源豐富的陸地面積十分有限，而海岸線附近的海域風能資源豐富，面積遼闊，適合更大規(guī)模開發(fā)風電。歐洲各國從近幾年開始大規(guī)模建設海上風電場，為風力發(fā)電的發(fā)展開拓了更廣闊的空間。我國是世界上風力資源較為豐富的國家之一，據估計全國可供開發(fā)利用的風能 億kW 。有沿海(山東、浙江、福建、廣東)和東北至西北(包括內蒙古、新疆、甘肅)兩大風帶，風的質量很好，為開發(fā)風力發(fā)電提供了基礎環(huán)境和條件。但我國長期以火電為主，能源結構單一。為緩解我國能源短缺的局面，以及改善我國能源結構，保護生態(tài)環(huán)境，促進人口、資源、環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，風力發(fā)電正在成為本世紀能源更新的先驅。為進一步促進風力發(fā)電的發(fā)展，我國已于2006 年1 月1 日T始實施《可再生能源法)) ，采納了有關風力發(fā)電強制上網、全額收購、分類定價雪原則。這一法律的實施，必將有力地促進風能等可再生能源的開發(fā)。國家有關部門提出的風電發(fā)展目標，到2010 年達到400 萬千瓦，到2050 年后，我國的風力發(fā)電在電源結構中的比例將達到10% ，成為重要的能源組成部分。除了國家提供的政策扶持，我國風電發(fā)展另一個關鍵因素就是實現風電設備的國產化。我們看到，一邊是風電需求大增，但另一邊卻是高昂的進口設備和維修費用，這大大阻礙了我國風電的開發(fā)利用。目前風電研發(fā)技術的落后成為我國風電發(fā)展的主要障礙之一。過去我國對風電設備的基礎性研究重視不夠，大多依賴進口國外技術、仿制國外成熟機組，沒有形成完全自主的設計體系。據中國風能協會提供的最新統計，截至2004 年，我國風電設備累計市場份額中，國產設備只占18% ，進口設備占82% ，其中以丹麥NEG Micon 的份額最大，占到了累計總裝機的30% 。而風電設備在我國風電建設總成本中占80% ，同時進口設備均價比國產化設備貴30%[巧，使風電成本難有下降空間，提高我們自己的風力發(fā)電技術水平，促進風電設備的國產化，己經成為發(fā)展風力發(fā)電的迫切需求。 風力發(fā)電機組電氣控制系統研究的進展電氣控制系統是風力發(fā)電機組運行的核心，是機組安全可靠運行以及實現最佳運行的保證。人們對它的研究也在不斷的深入。風電機組電氣控制系統研究的進展與電子線路、計算機控制技術、傳感器技術、信號處理技術以及通訊技術的進步密不可分。從20 世紀70 年代末風電機組商品化以來，中心控制系統的電氣實現經歷了從模擬電子器件到微機控制兩個大的發(fā)展階段。從19 世紀末第一臺現代風力發(fā)電機組在丹麥誕生，到20 世紀80 年代初，風力發(fā)電機組中心控制系統的實現都局限于采用模擬電子器件。到80 年代中后期，隨著計算機技術的發(fā)展及其在控制領域的應用，基于微處理器的風力發(fā)電機組控制系統開始逐漸興起。進入90 年代，由于微處理器在電力電子、數據采集、信號處理、工業(yè)控制等領域的應用，采用微處理器對風力發(fā)電機組進行控制已成為必然選擇。具體來說，早期的55kW 級以下機組的控制系統是靠模擬電子器件來實現的:100200kW 級風電機組控制系統采用模擬電子器件或單片機實現20 世紀90 年代以來商品化的300kW 、600kW 以及兆瓦級風電機組電控系統為基于單片機、數字信號處理器或可編程邏輯控制器的微機控制，機組運行的可靠性及自動化程度越來越高?，F在國外一些公司的600kW 以上的機組己實現了運行的自動監(jiān)控和無人值守，其控制的智能化程度很高，維護和操作十分簡便[4] 。 本文的工作要點與內容(一) 介紹風力發(fā)電機組控制系統的相關知識，以便為并網型異步風電t控制系統的總體設計與控制策略的制定奠定必要的理論基礎。(二) 在相關文獻的基礎上，分析異步風力發(fā)電機并網沖擊電流產生原理、軟并網裝置主電路，并對異步風力發(fā)電機直接并網過程進行仿真分析，以明確軟并網控制系統的性能要求。(三) 搭建異步風力發(fā)電機軟并網仿真模型，并對異步風力發(fā)電軟并網過程進行仿真分析，將其結果與直接并網的結果進行對比與分析。(四〉以600kW 失速型機組的軟并網裝置為基礎，設計可控硅移相觸發(fā)控制電路的硬件實現方案，并提出風電機組電量采集的實現方案。第二章風力發(fā)電機組相關理論介紹風力發(fā)電技術發(fā)展至今，其相關理論己基本成熟。了解風電機組的相關基礎理論是其控制系統總體設計以及具體控制策略制定的基礎。本章將對風電機組的相關知識進行介紹，如風力機的空氣動力學特性，以及風電機組的結構和功率特性以及風電機組的并、脫網運行過程。 風力機的空氣動力學特性 鳳能計算公式風力發(fā)電機組中，風輪的作用是實現風能到機械能的轉化。根據風能計算公式(21) ，風能的大小與氣流密度ρ和氣流通過的面積S 成正比，與氣流速度v 的立方成正比。 風力機的輸出功率由于流經葉輪后的風速