【正文】 足150萬(wàn)個(gè)美國(guó)家庭的照明、供暖和家電等日常生活用電。到1986年這3個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的總裝機(jī)容量達(dá)到160萬(wàn)kW。英國(guó)的《可再生能源責(zé)任法規(guī)》要求到2010年，每個(gè)電力供應(yīng)商必須使可再生能源的電力供應(yīng)量達(dá)到總電量的10%。 世界風(fēng)電裝機(jī)容量（萬(wàn)kW）和發(fā)電成本（美分/kW印度風(fēng)電增長(zhǎng)很快，到2000年累積裝機(jī)容量已達(dá)到122萬(wàn)kW。從風(fēng)電裝機(jī)容量看，占德國(guó)發(fā)電裝機(jī)容量的33%，居世界第1位。德國(guó)、美國(guó)、丹麥等國(guó)開發(fā)建立了評(píng)估風(fēng)力資源的測(cè)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。到2030年，我國(guó)風(fēng)電總裝機(jī)容量將達(dá)到10萬(wàn)兆瓦，風(fēng)電將作為重要的清潔能源，逐漸成為我國(guó)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。 中國(guó)風(fēng)能協(xié)會(huì)理事長(zhǎng)賀德馨在向“2007世界太陽(yáng)能大會(huì)”提交的論文中說(shuō)，2010年之前，我國(guó)將進(jìn)入風(fēng)力發(fā)電大發(fā)展時(shí)期我國(guó)風(fēng)電發(fā)展勢(shì)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(zhǎng)率增長(zhǎng)。《規(guī)劃》稱，預(yù)計(jì)實(shí)現(xiàn)2020年可再生能源中長(zhǎng)期規(guī)劃任務(wù)，將需總投資約2萬(wàn)億元。國(guó)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(lái)的發(fā)展藍(lán)圖。截至2005年底，我國(guó)除臺(tái)灣省外建成風(fēng)電場(chǎng)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。我國(guó)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(yáng)湖湖口地區(qū)、云南大理等。近幾年來(lái)我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展。國(guó)際能源組織預(yù)計(jì)中國(guó)二氧化碳排放量有可能在2030年前后超過(guò)美國(guó)。中國(guó)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。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。對(duì)風(fēng)電場(chǎng)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。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。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(jiǎn)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。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。 風(fēng)能的特點(diǎn)礦物燃料在利用過(guò)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。據(jù)估計(jì)到達(dá)地球的太陽(yáng)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。中國(guó)是耗能大國(guó)，而石油、煤炭已不能滿足日益增長(zhǎng)的能源需求。我國(guó)風(fēng)力發(fā)電起步較晚，但由于國(guó)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。內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)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(guó)風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展概況及前景 3 國(guó)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(guò)程 25第三章 風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)簡(jiǎn)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(cè)量 28 轉(zhuǎn)矩測(cè)量方法 29 應(yīng)變測(cè)量原理 29 轉(zhuǎn)速測(cè)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(jiǎn)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(shuō)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(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要物資基礎(chǔ)。隨著風(fēng)電技術(shù)的進(jìn)步和風(fēng)電場(chǎng)的開發(fā)，我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)開始形成。在各種能源中，風(fēng)能是利用起來(lái)比較簡(jiǎn)單的一種，它不同于煤、石油、天然氣，需要從地下采掘出來(lái)；也不同于水能，必須建造大壩來(lái)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。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。目前，各國(guó)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。~ kW/m2。(3)風(fēng)能不能儲(chǔ)存。(4)風(fēng)輪的效率較低。若能達(dá)到2500小時(shí)，則該風(fēng)電場(chǎng)具有良好的商業(yè)開發(fā)價(jià)值，超過(guò)3000小時(shí)的風(fēng)電場(chǎng)稱為優(yōu)秀風(fēng)電場(chǎng)。近年來(lái)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(zhǎng)足進(jìn)步。但中國(guó)現(xiàn)在己是世界上第三大能源生產(chǎn)國(guó)和第二大能源消費(fèi)國(guó)，中國(guó)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(guó)是世界環(huán)發(fā)大會(huì)《聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約》的簽字國(guó)，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(zhǎng)率，因此中國(guó)政府十分重視和強(qiáng)調(diào)發(fā)展?jié)崈裟茉醇夹g(shù)。到2007年底，中國(guó)風(fēng)電裝機(jī)將達(dá)到500萬(wàn)kW，提前3年完成原定2010年的目標(biāo)，中國(guó)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(wàn)kW。這些為風(fēng)能的集中開發(fā)利用提供了極大的便利。在首屆中國(guó)能源國(guó)際國(guó)鋒論壇”發(fā)布的《中國(guó)新能源產(chǎn)業(yè)年度報(bào)告》中已經(jīng)明確指出：中國(guó)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(guó)30%以上的能源需求將依靠新能源來(lái)滿足，其中，風(fēng)力發(fā)電在30年后發(fā)電裝機(jī)可能超過(guò)核電，成為第三大發(fā)電電源，2050年后可能超過(guò)水電，成為第二大主力發(fā)電電源?！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(zhēng)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。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%。賀德馨指出，預(yù)計(jì)到2010年底，中國(guó)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。風(fēng)電場(chǎng)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(guó)加利福尼亞州興起。居世界第2位。日本的風(fēng)電裝機(jī)容量46萬(wàn)kW，運(yùn)行較穩(wěn)定的是海岸線或島上的風(fēng)力發(fā)電站，已達(dá)576臺(tái)風(fēng)電設(shè)備。h）年份19831985198719891991199319951997199819992000容量1494144171216298478764101513931845成本歐洲發(fā)展風(fēng)電的動(dòng)力主要來(lái)自于改善環(huán)境的壓力，將風(fēng)電的發(fā)展作為減少二氧化碳等氣體排放的措施。美國(guó)政府為鼓勵(lì)開發(fā)可再生能源，在20世紀(jì)80年代初出臺(tái)了一系列優(yōu)惠政策。2002年美國(guó)德州的風(fēng)電容量為118萬(wàn)kW。而來(lái)自全球風(fēng)能理事會(huì)的統(tǒng)計(jì)資料顯示，%。澳大利亞的發(fā)電能源主要依靠煤炭。根據(jù)美國(guó)能源部的測(cè)算，美國(guó)風(fēng)能每年可發(fā)電6億兆瓦時(shí)，可供應(yīng)美國(guó)20%的電力。大自然對(duì)于善待她的人無(wú)疑是非?？犊?。按風(fēng)力機(jī)的控制方式劃分，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)大體可分為定槳距失速調(diào)節(jié)和變槳距調(diào)節(jié)兩種。這種技術(shù)的基本原理是利用槳葉翼型本身的失速特性，即高于額定風(fēng)速時(shí)，氣流的攻角增大到失速條件，使槳葉表面產(chǎn)生渦流，降低效率，從而自動(dòng)地將功率限制在額定值附近。在整個(gè)運(yùn)行風(fēng)速范圍內(nèi)（3m/s≤v≤25m/s）,由于氣流的速度是不斷變化的，如果風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)速不能隨風(fēng)速的變化而調(diào)整，就必然要使風(fēng)輪在低風(fēng)速時(shí)的效率降低（若設(shè)計(jì)低風(fēng)速時(shí)效率過(guò)高，會(huì)使槳葉過(guò)早進(jìn)入失速狀態(tài)）。（2）變槳距調(diào)節(jié)技術(shù)從空氣動(dòng)力學(xué)角度來(lái)考慮，當(dāng)風(fēng)速過(guò)高時(shí)，只有通過(guò)調(diào)整槳葉節(jié)距，改變氣流對(duì)葉片攻角，從而改變風(fēng)力發(fā)電機(jī)組獲得的空氣動(dòng)力轉(zhuǎn)矩，才能使功率輸出保持穩(wěn)定，同時(shí)，風(fēng)力機(jī)在起動(dòng)過(guò)程中也需要通過(guò)變距來(lái)獲得足夠的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，這就是風(fēng)力機(jī)的變槳距調(diào)節(jié)技術(shù)。附近，不作變化，可認(rèn)為等同于定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，發(fā)電機(jī)的輸入功率根據(jù)葉片的氣動(dòng)性能隨風(fēng)速的變化而變化。，同樣的兩臺(tái)風(fēng)力機(jī)組，在相同的額定功率點(diǎn)，采用變槳距調(diào)節(jié)技術(shù)的機(jī)組額定風(fēng)速要比采用定槳距失速調(diào)節(jié)技術(shù)的機(jī)組低。第二章 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)與基本理論 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組總體概述 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)及各組成部分的功能風(fēng)力機(jī)就其整體結(jié)構(gòu)來(lái)看，除去風(fēng)輪轉(zhuǎn)子(槳葉)這一捕獲風(fēng)能并將其轉(zhuǎn)化為機(jī)械能輸出的主要部件外，還包括塔架、機(jī)艙、回轉(zhuǎn)體、升速齒輪箱、調(diào)速裝置、偏航系統(tǒng)及剎車系統(tǒng)等。(1)定槳距系統(tǒng)就是根據(jù)計(jì)算所得的實(shí)際安裝角將其固定到輪毅上，不能變動(dòng)葉片安裝角。二：齒輪箱系統(tǒng)槳葉的轉(zhuǎn)速達(dá)不到發(fā)電機(jī)所需的同步轉(zhuǎn)速，這就需要增速箱。在大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)中，發(fā)電機(jī)的極數(shù)愈多，增速箱的傳動(dòng)比就可以越小，但第二章風(fēng)力機(jī)的結(jié)構(gòu)與基本理論極數(shù)愈多，發(fā)電機(jī)的效率也就越低。風(fēng)力發(fā)電機(jī)所用的發(fā)電機(jī)一般采用異步發(fā)電機(jī)，對(duì)于定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，一般還采用單繞組雙速異步發(fā)電機(jī)，這一方案不僅解決了低功率時(shí)發(fā)電機(jī)的效率問題，而且還改善了低風(fēng)速時(shí)的葉尖速比。四：偏航系統(tǒng)　偏航系統(tǒng)是用來(lái)調(diào)整風(fēng)力機(jī)的風(fēng)輪葉片旋轉(zhuǎn)平面與空氣流動(dòng)方向相對(duì)位置的機(jī)構(gòu)，因?yàn)楫?dāng)風(fēng)輪葉片旋轉(zhuǎn)平面與氣流方向垂直時(shí)，風(fēng)力機(jī)從流動(dòng)的空氣中獲取的能量最大，因而風(fēng)力機(jī)的輸出功率最大。不同的風(fēng)力發(fā)電機(jī)需要解纜時(shí)的纏繞圈數(shù)都有其規(guī)定。自動(dòng)解纜包括計(jì)算機(jī)控制的凸輪自動(dòng)解纜和紐纜開關(guān)控制的安全鏈動(dòng)作計(jì)算機(jī)報(bào)警兩部分，以保證風(fēng)電機(jī)組安全。紐纜開關(guān)控制的安全鏈保護(hù)：若凸輪控制的自動(dòng)解纜未能執(zhí)行，則紐纜情況可能會(huì)更加嚴(yán)重，當(dāng)紐纜達(dá)到極值圈數(shù)時(shí)，紐纜開關(guān)將動(dòng)作，此開關(guān)動(dòng)作將會(huì)觸發(fā)安全鏈動(dòng)作，向中心控制器發(fā)出緊急停機(jī)信號(hào)和不可自復(fù)故障信號(hào)，等待進(jìn)行人工解纜操作。七：塔架用來(lái)支撐風(fēng)力機(jī)及機(jī)艙內(nèi)各種設(shè)備，并使之離開地面一定高度，以使風(fēng)力機(jī)能處于良好的風(fēng)況環(huán)境下運(yùn)轉(zhuǎn)。定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要解決了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)問題和運(yùn)行的安全性與可靠性問題，采用了軟并網(wǎng)技術(shù)、空氣動(dòng)力剎車技術(shù)、偏航與自動(dòng)解纜技術(shù)，這些都是并網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組需要解決的最基本的問題。這就大大簡(jiǎn)化了控制技術(shù)和相應(yīng)的伺服傳動(dòng)技術(shù)。如果以轉(zhuǎn)換風(fēng)能的主要部件風(fēng)輪來(lái)分，風(fēng)力機(jī)按照收集風(fēng)能的結(jié)構(gòu)形式以及在空間的布置，可分為兩類，一為水平軸風(fēng)力機(jī)；二為垂直軸風(fēng)力機(jī)。風(fēng)輪安裝在塔架前面的，稱為上風(fēng)向風(fēng)力機(jī)。調(diào)向機(jī)構(gòu)是用來(lái)調(diào)整風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪葉片旋轉(zhuǎn)平面與空氣流動(dòng)方向相對(duì)位置的機(jī)構(gòu)。任何方向的風(fēng)都能驅(qū)動(dòng)其轉(zhuǎn)動(dòng)，可以免去自動(dòng)對(duì)風(fēng)機(jī)構(gòu)，整體的機(jī)構(gòu)可以相對(duì)簡(jiǎn)化。本文中所指的風(fēng)力機(jī)即水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)。當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到一定時(shí)，再調(diào)節(jié)到0176。由于節(jié)距角可以隨風(fēng)速的大小而進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，因而能夠盡可能多的捕獲風(fēng)能，又可以在高風(fēng)速時(shí)段保持輸出功率平穩(wěn)。槳葉圍繞自身軸線轉(zhuǎn)過(guò)某個(gè)角度，即使得葉片的翼弦相對(duì)風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)平面(風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)時(shí)槳葉柄所掃過(guò)的平面)轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度β，即為節(jié)距角。由于葉輪是對(duì)稱安裝的，另一槳葉II受力分析同上，故所有葉片升力Fy將對(duì)風(fēng)輪軸向產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，當(dāng)合力矩超過(guò)風(fēng)輪啟動(dòng)所需要的力矩時(shí)，風(fēng)輪即開始轉(zhuǎn)動(dòng)。氣流以相對(duì)速度ωr吹向葉片元，在葉片上產(chǎn)生氣動(dòng)力F，參考葉輪靜止時(shí)受力分析，F(xiàn)可以分解為在風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)面內(nèi)使槳葉旋轉(zhuǎn)的力以及對(duì)風(fēng)輪