【正文】 制領域交流電動機調(diào)速技術在很多設備中 已有成熟應用。針對這一點 ， 提出了 混合失速的 風機設計概念。對于功率調(diào)節(jié)速度 的反映取決于風機槳距調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靈敏度。 風輪機 的槳距控制系統(tǒng) ， 通常采用典型的 PID 轉(zhuǎn)速、功率和槳距角三 模 態(tài)控制。在定槳距 風輪機 的基礎上加裝槳距調(diào)整環(huán)節(jié) ， 稱為變槳距 風輪機 組。從設計的角度考慮 ，葉片的翼形難以做到在失速點之后功率恒定，通常都有些下降 ，因其發(fā)生在高風速段 ，對發(fā)電量有一定影響。通常系統(tǒng)設計有兩個不同功率 、 不同極對數(shù)的異 步發(fā)電機，以滿足不同風速的要求。風輪機吸 收的功率隨風速不停地變化 ， 發(fā)電機工作于同步轉(zhuǎn)速附近 ， 而風電機組的設計一般在額定功率時 風輪的轉(zhuǎn)換效率 PC在最佳區(qū)段。但在實際應用中 ， 它卻 受 到了 如 下 的 限制 ： （ 1）功率限制：由于 構成電路的 所有 電氣元件 都受到了 功率限制 ； (2)轉(zhuǎn)速限制：由于 系統(tǒng)中的齒輪箱、電機 都 存在轉(zhuǎn)速的上 限。按 (21)式，尖速 比便可以在很寬范圍內(nèi)變化 (取決于葉片設計 )，風輪機捕獲風力可以寫成 PP SC V??機械 (22) 式 中 P機械 是氣動功率 (W)； ? 是空氣密度 (kg/m3)； A 是掃掠面積 (m2)； PC 是風輪機的功率系數(shù)。 根據(jù)風機葉片的空氣動力特性， 風能轉(zhuǎn)換效率 PC 是尖速比 λ 和槳矩 β 的函數(shù) ， 即? ?,PCf??? 。 下 面 概述 的風 力發(fā)電系統(tǒng)的各種 控制策略在國內(nèi) 外大中型 并網(wǎng)發(fā)電的風力發(fā)電機中均有 應 用。變距系統(tǒng)的執(zhí)行機構是液壓系統(tǒng)，節(jié)距控制器的輸出信號經(jīng) D/A 轉(zhuǎn)換后變成電壓信號，控制比例閥（或電液伺服閥）驅(qū)動油缸活塞推動變距機構，使葉 片節(jié)距角變化。這時，電機轉(zhuǎn)速受到電網(wǎng)頻率的牽制變化不大，主要取決于電機的轉(zhuǎn)差，電機的轉(zhuǎn)速控制實際上已轉(zhuǎn)為功率控制 。當風速達到起動風速時，葉片向 0度方向轉(zhuǎn)動，直到氣流對葉片產(chǎn)生一定的功角，風輪開始起運。 風力發(fā)電機組的變距控制原理 (1)變槳距風力發(fā)電機組的控制方式 風力發(fā)電機組的變距系統(tǒng)主要包括兩種控制方式，即并網(wǎng)前的速度控制與并網(wǎng)后的功率控制?，F(xiàn)在恢復為 0176。 控制系統(tǒng)主要參數(shù) （ 1）主要技術參數(shù) ○ 1 主發(fā)電機輸出功率（額定） ? ?ePKW ○ 2 發(fā)電機最大輸出功率 ? ? KW ○ 3 工作風速范圍 4 25 /ms? ○ 4 額定風速 ? ?/eVms ○ 5 切入風速（ 1min 平均值） 4/ms ○ 6 切出風速（ 1min 平均值） 25/ms ○ 7 風輪轉(zhuǎn)速 ? ?/minNr ○ 8 發(fā)電機并網(wǎng)轉(zhuǎn)速 1 0 0 0 / 1 5 0 0 2 0 / m inr? ○ 9 發(fā)電機輸出電壓 10%V? ○ 10 發(fā)電機發(fā)電頻率 50 Hz? ○ 11 并網(wǎng)最大沖擊電流（有效值） ○ 12 電容補償后功率因數(shù) ? （ 2）控制指標及效果 ○ 1 方式 專用微控制器 ○ 2 過載開關 690 ,660VA ○ 3 自動對風偏差范圍 15?? ○ 4 風力發(fā)電機組自動起、停機時間 60S XX 本科畢業(yè)設計說明書 21 ○ 5 系統(tǒng)測量精度 %? ○ 6 電纜纏繞 圈自動解纜 ○ 7 自動解纜時間 55min ○ 8 手動操作響應時間 5S (3)保護功能 ○ 1 超電壓保護范圍 連續(xù) ? ?30 eS U V ○ 2 欠電流保護范圍 連續(xù) ? ?30 eS I A ○ 3 風輪轉(zhuǎn)速極限 40 /minr ○ 4 發(fā)電機轉(zhuǎn)速極限 1800 /minr ○ 5 發(fā)電機過功率保護值 連續(xù) ? ?60 eS P KW ○ 6 發(fā)電機過電流保護值 連續(xù) ? ?30 eS I A ○ 7 大風保護風速 連續(xù) 600 25 / minSr ○ 8 系統(tǒng)接地電阻 4? ○ 9 防雷感應電壓 3500V 控制系統(tǒng)工作原理 [6] 主開關合上后，風力發(fā)電機組控制器準備自動運作。 ○ 9 風力發(fā)電機組塔架內(nèi)的懸掛電纜只允許扭轉(zhuǎn)177。跟風控制跟風范圍177。 ○ 6 風力發(fā)電機組的葉尖閘除非在脫網(wǎng)瞬間、超速和斷電時釋放起平穩(wěn)剎車 作用。 ○ 4 當風速大于開機風速要求風力發(fā)電機組的偏航機構始終能自動跟風。停機后待風速降低到大風開機風速時風力發(fā)電機組又可自動并入電網(wǎng)運行。 （ 3）利用計算機智能控制實現(xiàn)機組的功率優(yōu)化控制定槳距恒速機組主要進行軟切入、軟切出及功率因數(shù)補償控制對變槳距風力發(fā)電機組主要進行最佳葉尖速比和額定風速以上的恒功率控制。 ○ 5 接地保護：金屬部分均要實現(xiàn)保護接地。 （ 3）控制保護要求 ○ 1 主電路保護：變壓器低壓側(cè)三相四線進線處設置低壓配電低壓斷路器→維護操作安全和短路過載保護。 ○ 8 偏轉(zhuǎn) 90 度對風控制：機組在大風速或超轉(zhuǎn)速工作時→降低風力發(fā)電機組的功率→安全停機。 ○ 4 緊急故障脫網(wǎng)停機 :緊急故障 (飛車、超速、負荷丟失等 )→緊急停機→偏航控制（ 90 度）→脫網(wǎng)→機械剎車。保護環(huán)節(jié)為多級安全鏈互鎖在控制過程中具有“與”的功能在達到XX 本科畢業(yè)設計說明書 18 控制目標方面可實現(xiàn)邏輯“或”結(jié)果。 風力發(fā)電機組的基本控制要求 風力發(fā)電機組運行的控制要求 (1)控制思想 [3] ○ 1 定槳距失速型機組控制 風速超過風力發(fā)電機組額定風速以上時，為確保風力發(fā)電機組輸出功率不再增加，導致風力發(fā)電機組過載 ，通過空氣動力學的失速特性，使葉片發(fā)生失速，從而控制風力發(fā)電機組的功率輸出。往往不是控制系統(tǒng)功能而是它的可靠性直接影響風力發(fā)電機組的聲譽。 ○ 9 發(fā)電機額定溫升 發(fā)電機在額定功率輸出及額定負載下定子繞組與轉(zhuǎn)子繞組允許的最高溫度與額定入口風溫的差值。 ○ 7 額定頻率 發(fā)電機額定運行時其電壓變化的頻率。永磁交流發(fā)電機等。單位為XX 本科畢業(yè)設計說明書 16 KW；也有用視在功率表示的單位為 KVA。風輪額定轉(zhuǎn)速也是風力發(fā)電機設計的重要參數(shù)之一。旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速 sn 與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 n 之間的差為轉(zhuǎn)差 ， 轉(zhuǎn)差n 與同 步轉(zhuǎn)速 sn 的比值稱為轉(zhuǎn)差率用 S 表示 ? ? ss nnnS /?? (122) 轉(zhuǎn)差率是表證異步機運行狀態(tài)的一個基本變量。 異步發(fā)電機的基本結(jié)構和同步發(fā)電機的一樣，也是由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。本論文的研究對象中使用也是異步發(fā)電機 ， 下面我們對異步機做以下的簡單介紹。 發(fā)XX 本科畢業(yè)設計說明書 15 電機的性能好壞直接影響整機效率和可靠性。 風力發(fā)電機特性系數(shù) 貝茨理論提供了風能的基本理論，但在討論風輪機的能量轉(zhuǎn)換與控制時有幾個特性系數(shù)具有特別重要的意義。 從風能公式可以看出風能的大小與氣流密度和通過的面積成正比，與氣流 速度成正比，其中 ? 和 v 隨地理位置、海拔、地形等因素而變。 如圖 13 所示，我們分析一個放置在移動的空氣中的“理想風輪”葉片上所受到的力及移動的空氣對風輪葉片所做的功。 風力發(fā)電機的基礎理論 XX 本科畢業(yè)設計說明書 12 貝茨 (Betz)理論 世界上第一個關于風輪機風輪葉片接受風能的比較完整 的理論是 1919年由 A178。 （ 11）電纜扭纜計數(shù)器 電纜 是 用來將電流從風電機運載到塔下 的重要裝置 。通常在風改變其方向時 ， 風電機一次只會偏轉(zhuǎn)幾度。目前世界各國所采用的調(diào)速裝置主要有以下幾種： ○ 1 可變漿距 的 調(diào)速裝置； ○ 2 定漿距葉尖失速控制 的 調(diào)速裝置； ○ 3 離心飛球調(diào)速裝置； ○ 4 空氣動力調(diào)速裝置； ○ 5 扭頭、仰頭調(diào)速裝置。 （ 7）塔架 塔架是支撐風力發(fā)電機的支架。 風力發(fā)電機上常用的發(fā)電機有以下幾種： ① 直流發(fā)電機，常用在微、小型風力發(fā)電機上。 （ 6）發(fā)電機 發(fā)電機是風力發(fā)電機組中最關鍵的部件， 是將風能最終轉(zhuǎn)變成電能的設備。由于風輪機工作在低轉(zhuǎn)速下，而發(fā)電機工作在高轉(zhuǎn)速下，為實現(xiàn)匹配采用增速齒輪箱。 輪轂是連接葉片和主軸的零部件。 (2)風輪 葉片安裝在輪轂上稱作風 輪 ， 它包括葉片、輪轂、主軸等。而生產(chǎn)垂直軸風力發(fā)電機的國家很少，主要原因是垂直軸風力發(fā)電機效率低，需啟動設備，同時還有些技術問題尚待解決。 風力發(fā)電機的結(jié)構與組成 風力發(fā)電機的分類 [5] 風力發(fā)電機組是將風能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，按其容量分可分為：小型（ 10kw 以下）、中型（ 10— 100kw）和大型（ 100kw 以上）風力發(fā)電機組。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。通過它可以得知當?shù)氐闹鲗эL向。 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。 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。 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。 （ 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。 （ 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。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。 田 敏 2020 年 6月 XX 本科畢業(yè)設計說明書 6 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。 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。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。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。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準用徒手畫 3）畢業(yè) 論文須用 A4 單面打印，論文 50 頁以上的雙面打印 4）圖表應繪制于無格子的頁面上 5）軟件工程類課題應有程序清單，并提供電子文檔 1）設計（論文） 2）附件：按照任務書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復印件）次序裝訂 XX 本科畢業(yè)設計說明書 4 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。 涉密論文按學校規(guī)定處理。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。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。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