【正文】 體現(xiàn)的整體水平 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 建議成績(jī)： □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 （在所選等級(jí)前的□內(nèi)畫“√”） 評(píng)閱教師： （簽名） 單位： （蓋章） 年 月 日 － I－ 教研室（或答辯小組）及教學(xué)系意見 教研室（或答辯小組）評(píng)價(jià)： 一、答辯過程 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）的基本要點(diǎn)和見解的敘述情況 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 對(duì)答辯問題的反應(yīng)、理解、表達(dá)情況 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 學(xué)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(shè)計(jì)）質(zhì)量 論文（設(shè)計(jì)）的整體結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)）任務(wù)（包括裝訂及附件）？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 三、論文（設(shè)計(jì)）水平 論文（設(shè)計(jì)）的理論意義 或?qū)鉀Q實(shí)際問題的指導(dǎo)意義 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 論文的觀念是否有新意？設(shè)計(jì)是否有創(chuàng)意？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 論文（設(shè)計(jì)說明書）所體現(xiàn)的整體水平 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 評(píng)定成績(jī)： □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 （在所選等級(jí)前的□內(nèi)畫“√”） 教研室主任（或答辯小組組長(zhǎng)）： （簽名） 年 月 日 教學(xué)系意見： 系主任： （簽名） 年 月 日 － II－ 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )任務(wù)書 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )題目： 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)最大功率追蹤控制方法的分析與仿真 設(shè)計(jì) (論文 )的基本內(nèi)容： (1)了解風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)的工藝機(jī)理； (2)建立風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)模型； (3)討論風(fēng)電系統(tǒng)最大功率調(diào)節(jié)方法； (4)以 MATLAB 為工具，對(duì)上述研究進(jìn)行仿真。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。 作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師 簽名： 日 期： 使用授權(quán)說明 本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝　⒖s印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉?jī)?nèi)容。 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)最大功率追蹤控制方法的分析與仿真 Analysis and Simulation on Maximum Power Point Tracking Control Method of Wind Power by Zhang Peinan Supervisor: Associate Professor Su Hongyu Hei long jiang University Cambridge college May 2020 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。 作者簽名： 日 期： 學(xué)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(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )專題部分： 題目： 設(shè)計(jì)或論文專題的基本內(nèi)容： 學(xué)生接受畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )題目日期 第 2 周 指導(dǎo)教師簽字： 2020 年 3 月 8 日 － III－ － IV－ 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)最大功率追蹤控制方法的分析與仿真 摘 要 能源、環(huán)境是當(dāng)今人類生存和發(fā)展所需要解決的緊迫問題。 本文在分析國(guó)內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電的現(xiàn)狀以及風(fēng)電產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，首先介紹了風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)和各組成部分的結(jié)構(gòu)及其運(yùn)行原理，分析了風(fēng)力發(fā)電機(jī)最大功率跟蹤控制的基本原理和方法，比較了最佳葉尖速比控 制、最佳功率曲線控制和爬山搜索法。 Simulation of Wind Turbine?？稍偕茉醇夹g(shù)包括開發(fā)和利用可再生能源的各種技術(shù)。 世界能源消費(fèi)現(xiàn)狀 當(dāng)前，包括我國(guó)在內(nèi)的絕大多數(shù)國(guó)家都以石油和煤炭等礦物 燃料為主要能源。在一次能源的產(chǎn)量和消耗中，居第一位的仍然是石油，煤炭和天然氣分別居第二位和第三位。 作為全球能源市場(chǎng)日趨重要的一個(gè)組成部分，中國(guó)的能源消費(fèi)目前已占世界能源消費(fèi)總量的 %，使得世界越來越將能源話題聚集在中國(guó)和亞太地區(qū)。第二，我國(guó)農(nóng)村小康建設(shè)的需要。 1993年我國(guó)成為石油凈進(jìn)口國(guó)， 2020 年進(jìn)口依存度已經(jīng)達(dá)到 36%，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長(zhǎng)，石油進(jìn)口量占整體石油需求量中的份額將進(jìn)一步增長(zhǎng)，預(yù)計(jì) 2020 年我國(guó)石油對(duì)外依存度將達(dá)到 50%。太陽能和風(fēng)能被看作是最有代表性的新能源和可再生能源，作為這兩種能源的高級(jí)利用，太陽能發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電技術(shù)受到世界各國(guó)的高度重視。太陽照射到地球表面，地球表面各處受熱不同，產(chǎn)生溫差 ，從而引起大氣的對(duì)流運(yùn)動(dòng)形成風(fēng)。盡管從全能量系統(tǒng)的觀點(diǎn)來看，在風(fēng)電 3 設(shè)備及其原材料的生產(chǎn)、帶蠟和安裝過程中需要消耗一定的化石能源，進(jìn)而對(duì)環(huán)境構(gòu)成一定的污染，但 其排放量相對(duì)于風(fēng)力機(jī)發(fā)出的電力而言則微不足道。 2020 年全球風(fēng)機(jī)裝機(jī)增長(zhǎng)率為 24%， 2020 年增長(zhǎng)率為 21%。為了應(yīng)對(duì)全球氣候變化，歐洲積極推廣可再生能源應(yīng)用以替代化石能源，實(shí)現(xiàn)溫室氣體減排。 20 世紀(jì) 80 年代初，丹麥開始發(fā)展現(xiàn)代風(fēng)電，自 1959 年丹麥的風(fēng)電產(chǎn)業(yè)迅速擴(kuò)張，裝機(jī)容量大幅提高。截止 2020 年 12 月 31 同，德國(guó)裝機(jī)容量達(dá)到 18428MW，比 2020年新增 ，增長(zhǎng) %。美國(guó)的風(fēng)電場(chǎng)大都集中建在西海岸的加利福尼亞地區(qū)。其總裝機(jī)容量為 9149MW，排西班牙之后，居世界第三。 表 截止 2020 年底累計(jì)風(fēng)電裝機(jī)容量前九名國(guó)家 排名 國(guó)家 累計(jì)裝機(jī)容量 1 德國(guó) 2230萬 KW 2 美國(guó) 1690 萬 KW 3 西班牙 1470 萬 KW 4 印度 780 萬 KW 5 中國(guó) 590 萬 KW 6 丹麥 310 萬 KW 7 意大利 270 萬 KW 8 法國(guó) 250 萬 KW 9 英國(guó) 240 萬 KW 國(guó)內(nèi)風(fēng)能資源的開發(fā)與現(xiàn)狀 我國(guó)具有豐富的風(fēng)力資源。風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)從新疆、內(nèi)蒙古和東南沿海部分地區(qū)起步，到 1996年底，已初具規(guī)模，風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量達(dá) 到 了60MW。 2020年風(fēng)電上網(wǎng)電量約為 KWh。 據(jù)有關(guān)單位的初步預(yù)測(cè)， 2020年以后，風(fēng)力發(fā)電將在能源供應(yīng)和減排溫室氣體方面起顯著作用，屆時(shí)風(fēng)電成本將 “十分接近 ”常規(guī) 電源。 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀 在風(fēng)力發(fā)電技術(shù)方面，目前實(shí)際運(yùn)用的技術(shù)主要有： (1)定槳距風(fēng)力發(fā)電技術(shù) 定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：槳葉與輪轂的連接是固定的，即當(dāng)風(fēng)速變 6 化時(shí)，槳葉的迎風(fēng)角度不能隨之變化。二是運(yùn)行中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在突然失去電網(wǎng) (突甩負(fù)載 )的情況下，槳葉自身必須具備制動(dòng)能力，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組能夠在大風(fēng)情況下安全停機(jī)。變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的功率調(diào)節(jié)不完全依靠葉片的氣動(dòng)性能。但是，隨著并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組容量的增大，大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的單個(gè)葉片已重達(dá)數(shù)噸．對(duì)操縱如此巨大的慣性體，并且響應(yīng)速度要能跟上風(fēng)速的變化是相當(dāng)困難的。對(duì)于定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，一般在低風(fēng)速段的風(fēng)能利用系數(shù)較高。由于變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的槳葉節(jié)距角是根據(jù)發(fā)電機(jī)輸出功率的反饋信號(hào)來控制的，它不受氣流密度變化的影響。與恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組相比，變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的優(yōu)越性在于：低風(fēng)速時(shí)它能夠根據(jù)風(fēng)速變化，在運(yùn)行中保持最佳葉尖速比以獲得最大風(fēng)能；高風(fēng)速時(shí)利用風(fēng)輪轉(zhuǎn)速的變化，儲(chǔ)存或釋放部分能量，提高傳動(dòng)系統(tǒng)的柔性，使功率輸出更加平穩(wěn)。在高于額定風(fēng)速時(shí)，主要通過變槳距系統(tǒng)改變槳 葉節(jié)距來限制風(fēng)力機(jī)獲取能量，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組保持在額定值下發(fā)電，并使系統(tǒng)失速負(fù)荷最小化。隨著技術(shù)逐漸成熟，多樣化的設(shè)計(jì)概念也逐漸走向統(tǒng)一。美國(guó)己經(jīng)研制成功 7MW風(fēng)力機(jī)，而英國(guó) IF在研制 10MW的巨型風(fēng)力機(jī)。 (2)風(fēng)機(jī)槳葉的變化 單機(jī)容量不斷增大，槳葉的長(zhǎng)度也不斷增長(zhǎng)，目前 2MW風(fēng)機(jī)葉輪掃風(fēng)直徑己經(jīng)達(dá)72m。槳葉材料由玻璃纖維增強(qiáng)樹脂發(fā)展為強(qiáng)度高、質(zhì)量輕的碳纖維。在地處平坦地帶的風(fēng) 機(jī)，在 50m高度捕捉的風(fēng)能要比 30m高處多 20%。試驗(yàn)表明，在平均風(fēng)速 ，變速風(fēng)電機(jī)要比恒速風(fēng)電機(jī)多捕獲 15％的風(fēng)能。丹麥、德國(guó)、西班牙、瑞典等國(guó)都在計(jì)劃較大的海上風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目。簡(jiǎn)單介紹風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的現(xiàn)狀及其發(fā)展。 第四章中為驗(yàn)證風(fēng)力機(jī)的最大功率跟蹤控制方法，在 MATLAB／ SIMULINK 中搭建了包括風(fēng)輪氣動(dòng)系統(tǒng)模型、發(fā)電機(jī)模型和控制系統(tǒng)模型在內(nèi)的 永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的模型，通過仿真驗(yàn)證了控制效果。風(fēng)輪是吸收風(fēng)能并將其轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的部件，風(fēng)以一定的速度和功角作用在槳葉上，使槳葉產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩而轉(zhuǎn)動(dòng)，將風(fēng)能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能，進(jìn)而直接驅(qū)動(dòng)永磁同步發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)。所以它不僅決 定了整個(gè)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)有效功率的輸出，還直接影響機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。本文主要研究的是采用 定 槳距，變轉(zhuǎn)速發(fā)電機(jī)的變速風(fēng)力發(fā)電 系統(tǒng)。水平軸風(fēng)力機(jī)的風(fēng)輪圍繞一個(gè)水平軸旋轉(zhuǎn)，工作時(shí)風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)平面與風(fēng)向垂直。垂直軸風(fēng)力機(jī)葉片的尖速比要小得多，低轉(zhuǎn)速基本上不產(chǎn)生氣動(dòng)噪音，垂直軸風(fēng)力發(fā) 電機(jī)可以應(yīng)用在以前因?yàn)樵胍魡栴}不能應(yīng)用水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的場(chǎng)臺(tái) (如城市公共設(shè)施、民宅等 )。 發(fā)電機(jī) 在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，發(fā)電機(jī)及其控制系統(tǒng)承擔(dān)了風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換任務(wù)。其中交流發(fā)電機(jī)主要分為同步發(fā)電機(jī)、異步發(fā)電機(jī) (或稱為感應(yīng)發(fā)電機(jī) )和永磁式發(fā)電機(jī) 3種機(jī)型。 13 永磁同步發(fā)電機(jī)沒有勵(lì)磁損耗和電刷滑環(huán)間的摩擦、接觸損耗。這是因?yàn)槌Ｒ?guī)的繞線式同步發(fā)電機(jī)當(dāng)負(fù)載增大時(shí)，阻抗壓降和電樞反應(yīng)的影響大，端電壓下降厲害，為保持發(fā)電機(jī)端電壓恒定，只能增加勵(lì)磁電流來提高氣息磁密，這樣就使得鐵損耗和勵(lì)磁損耗明顯增大，而稀土永磁發(fā)電機(jī)由于稀土永磁體高內(nèi)稟矯頑力的特點(diǎn)，使得電樞反應(yīng)的影響很小，負(fù)載變化時(shí)，氣隙磁密變化很小，鐵耗可以當(dāng)作不變參數(shù)來看 [6]。 風(fēng)能的貝茲理論 貝茲理論是在假定風(fēng)輪是 “理想 ”的基礎(chǔ)上建立的，這種 “理想 ”的風(fēng)輪全部接收風(fēng)能，葉片無限多，對(duì)空氣流沒有阻力。從上游至下游動(dòng)能的變化為 22121 ()2E sv v v?? ? ? () 令 PE?? ，可以得到 122vvv ?? ()因此，風(fēng)作用在風(fēng)輪葉片上的力 F 和風(fēng)輪輸出功率 P 分別為 15 22121 ()2F s v v??? () 221 2 1 21 ( ) ( )4P s v v v v?? ? ? () 風(fēng)速 1v 是給定的， P 的大小取決于 2v ， P 是 2v 的函數(shù)，對(duì) P 微分求最大值，得 221 1 2 221 ( 2 3 )4dP s v v v vdv ?? ? ? ()