【正文】 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(zhì)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?？梢哉f，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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(diào)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(nèi)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(jié)果進行分析，并利用多曲線繪圖模塊產(chǎn)生可直接用于研究報告的模擬結(jié)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 2006年6月畢業(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?qū)W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?？梢圆捎糜坝　⒖s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?nèi)容。作者簽名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 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(nèi)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(nèi)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 日指導教師評閱書指導教師評價：一、撰寫（設計）過程學生在論文（設計）過程中的治學態(tài)度、工作精神□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格學生掌握專業(yè)知識、技能的扎實程度□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格學生綜合運用所學知識和專業(yè)技能分析和解決問題的能力□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格研究方法的科學性；技術線路的可行性；設計方案的合理性□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格完成畢業(yè)論文（設計）期間的出勤情況□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格二、論文（設計）質(zhì)量論文（設計）的整體結(jié)構是否符合撰寫規(guī)范？□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格是否完成指定的論文（設計）任務（包括裝訂及附件）？□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格三、論文（設計）水平論文（設計）的理論意義或?qū)鉀Q實際問題的指導意義□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格論文的觀念是否有新意？設計是否有創(chuàng)意？□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格論文（設計說明書）所體現(xiàn)的整體水平□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格建議成績：□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格（在所選等級前的□內(nèi)畫“√”）指導教師： （簽名） 單位： （蓋章）年 月 日評閱教師評閱書評閱教師評價：一、論文（設計）質(zhì)量論文（設計）的整體結(jié)構是否符合撰寫規(guī)范？□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格是否完成指定的論文（設計）任務（包括裝訂及附件）？□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格二、論文（設計）水平論文（設計）的理論意義或?qū)鉀Q實際問題的指導意義□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格論文的觀念是否有新意？設計是否有創(chuàng)意？□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格論文（設計說明書）所體現(xiàn)的整體水平□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格建議成績：□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格（在所選等級前的□內(nèi)畫“√”）評閱教師： （簽名） 單位： （蓋章）年 月 日XX本科畢業(yè)設計說明書教研室（或答辯小組）及教學系意見教研室（或答辯小組）評價：一、答辯過程畢業(yè)論文（設計）的基本要點和見解的敘述情況□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格對答辯問題的反應、理解、表達情況□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格學生答辯過程中的精神狀態(tài)□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格二、論文（設計）質(zhì)量論文（設計）的整體結(jié)構是否符合撰寫規(guī)范？□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格是否完成指定的論文（設計）任務（包括裝訂及附件）？□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格三、論文（設計）水平論文（設計）的理論意義或?qū)鉀Q實際問題的指導意義□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格論文的觀念是否有新意？設計是否有創(chuàng)意？□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格論文（設計說明書）所體現(xiàn)的整體水平□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格評定成績：□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格（在所選等級前的□內(nèi)畫“√”）教研室主任（或答辯小組組長）： （簽名）年 月 日教學系意見：系主任： （簽名）年 月 日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(zhuǎn)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(zhuǎn)，再通過增速器將旋轉(zhuǎn)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。空氣流動的動能作用在葉輪上，將動能轉(zhuǎn)換成機械能，從而推動片葉旋轉(zhuǎn)，如果將葉輪的轉(zhuǎn)軸與發(fā)電機的轉(zhuǎn)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(chǎn)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(chǎn)化、產(chǎn)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(nóng)、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(jié)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(zhuǎn)軸與圍繞太陽的公轉(zhuǎn)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(nèi)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(nèi)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(nèi)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]風能的特點風能的特點主要有：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(zhuǎn)換等。 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(nèi)垂直流過單位截面積的風能，即風功率為 (11)式中 為風能(w)；為空氣密度(kg/m)；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(nèi)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