【正文】 成偏航制動(dòng)、主軸制動(dòng)和主軸潤(rùn)滑。(3)發(fā)電機(jī)：將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?風(fēng)力發(fā)電機(jī)的組成結(jié)構(gòu)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)由風(fēng)輪、傳動(dòng)系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)、偏航系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、機(jī)艙、電控系統(tǒng)、整流逆變系統(tǒng)、塔架等部件組成。風(fēng)輪實(shí)際能得到的有用功率輸出為 P=ρSv3CP (214)除了風(fēng)能利用系數(shù)外，風(fēng)力發(fā)電機(jī)還有兩個(gè)非常重要的參數(shù)：葉尖速比λ和槳距角β：葉尖速比λ是為了表示風(fēng)輪在不同風(fēng)速中的狀態(tài)而引入的，用葉片的葉尖圓周速度與風(fēng)速之比來(lái)表示。由于風(fēng)輪的機(jī)械能量?jī)H由空氣的動(dòng)能降低所致，因而v2必然低于，所以通過(guò)風(fēng)輪的氣流截面積從上游至下游是增加的，即是大于。針對(duì)DC/DC變換選用了boost升壓電路，然后對(duì)變換阻抗的DC／DC變換器進(jìn)行了具體設(shè)計(jì)。第二章闡述了風(fēng)力發(fā)電的理論基礎(chǔ)，介紹了風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的一些重要特性參數(shù)，分析了風(fēng)力機(jī)的組成結(jié)構(gòu)、分類(lèi)以及各種功率控制方法。永磁直驅(qū)或半直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)采用永磁材料并通過(guò)適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)提高發(fā)電機(jī)極對(duì)數(shù)以減小發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)風(fēng)力機(jī)直接驅(qū)動(dòng)或通過(guò)低轉(zhuǎn)速比齒輪變速裝置半直接驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)。因此，同步發(fā)電機(jī)比異步發(fā)電機(jī)對(duì)轉(zhuǎn)矩?cái)_動(dòng)具有更強(qiáng)的承受能力，能做出更快的響應(yīng)。高速同步發(fā)電機(jī)組在同步發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)之間使用變頻器，轉(zhuǎn)速和電網(wǎng)頻率之間的耦合問(wèn)題將得以解決，變頻器的使用，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)可以在不同的速度下運(yùn)行，并且使發(fā)電機(jī)內(nèi)部的轉(zhuǎn)矩得以控制，從而減輕傳動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)力，通過(guò)對(duì)變頻器電流的控制，就可以控制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩，而控制電磁轉(zhuǎn)矩可以控制風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)速，使之達(dá)到最佳運(yùn)行狀態(tài)。與此同時(shí)，采用原動(dòng)機(jī)最佳效率跟蹤控制還能夠提高整個(gè)風(fēng)力或水力發(fā)電系統(tǒng)的效率。發(fā)電機(jī)向電網(wǎng)輸出的功率由兩部分組成，即直接從定子輸出的功率和通過(guò)逆變器從轉(zhuǎn)子輸出的功率。在額定風(fēng)速以下時(shí)，主要調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)反力矩使轉(zhuǎn)速跟隨風(fēng)速變化，以獲得最佳葉尖速比，因此可作為跟蹤問(wèn)題來(lái)處理。變速恒頻發(fā)電技術(shù) 變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組于20世紀(jì)的最后幾年加入到大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主流機(jī)型的行列中。對(duì)于變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，由于槳葉節(jié)距可以控制，無(wú)需擔(dān)心風(fēng)速超過(guò)額定點(diǎn)后的功率控制問(wèn)題，可以使得額定功率點(diǎn)仍然具有較高的功率系數(shù)。變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組與定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組相比，在相同的額定功率點(diǎn)，額定風(fēng)速比定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組要低。當(dāng)功率超過(guò)額定功率時(shí)，變槳距機(jī)構(gòu)開(kāi)始工作，調(diào)整葉片距角，將發(fā)電機(jī)的輸出功率限制在額定值附近。變槳距發(fā)電技術(shù)變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組與定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組相比，具有在額定功率點(diǎn)以上輸出功率平穩(wěn)的特點(diǎn)。槳葉的這一特性被稱為自動(dòng)失速性能。我國(guó)政府己通過(guò)立法將可再生能源納入國(guó)家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，開(kāi)發(fā)新能源尤其是風(fēng)能資源已成為中國(guó)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。如果能夠充分利用該地區(qū)的風(fēng)力資源來(lái)解決無(wú)電、缺電問(wèn)題，將大量節(jié)約燃料和社會(huì)資源，同時(shí)還能減少環(huán)境污染，有著十分顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。隨著全球氣候變暖和能源危機(jī)，各國(guó)都在加緊風(fēng)力的開(kāi)發(fā)和利用，盡量減少二氧化碳等溫室氣體的排放，我國(guó)在這種國(guó)際形勢(shì)下更應(yīng)該加大對(duì)風(fēng)能利用的研究。如2004年我國(guó)76．4萬(wàn)kW的風(fēng)電裝機(jī)容量中，82％的設(shè)備來(lái)自進(jìn)口，其中丹麥NECMICON公司的產(chǎn)品就占到中國(guó)總裝機(jī)容量的30％；而大部分國(guó)產(chǎn)風(fēng)力機(jī)組，其技術(shù)也主要靠國(guó)外引進(jìn)。根據(jù)國(guó)家發(fā)改委的長(zhǎng)期產(chǎn)業(yè)規(guī)劃，中國(guó)的風(fēng)電裝機(jī)規(guī)劃為2005年完成100萬(wàn)kΩ，2010年500萬(wàn)kΩ，2015年i000萬(wàn)kΩ，2020年3000萬(wàn)kΩ，屆時(shí)風(fēng)電裝機(jī)占全國(guó)電力裝機(jī)的2％。國(guó)際能源專(zhuān)家預(yù)言：2l世紀(jì)是風(fēng)力發(fā)電的世紀(jì)，綠色能源一風(fēng)力發(fā)電將為人類(lèi)最終解決能源問(wèn)題帶來(lái)新的希望。世界風(fēng)能總量為210”，大約是世界總能耗的3倍；如果風(fēng)能的l％被利用，則可以減少世界3％的能源消耗。在不遠(yuǎn)的將來(lái)，中國(guó)將在排放總量上超過(guò)美國(guó)，成為世界第一大溫室氣體排放國(guó)。(2)能源利用技術(shù)落后，能源利用效率低目前，中國(guó)在能源利用技術(shù)方面與世界其他國(guó)家存在著較大的差距，能源效率僅為32％，約低于世界平均水平10個(gè)百分點(diǎn)；、是世界平均水平的3倍。遠(yuǎn)在三千年前，就有了風(fēng)帆航運(yùn)，在一千七百年前發(fā)明了帆布風(fēng)車(chē)提水機(jī)，主要用于農(nóng)田灌溉、鹽池提水、風(fēng)力磨粉等。隨著風(fēng)電技術(shù)的同趨成熟，依靠風(fēng)力發(fā)電來(lái)增加能源供應(yīng)的方式越來(lái)越受到世界各國(guó)的青睞。全球風(fēng)能理事會(huì)對(duì)風(fēng)力發(fā)電的成本下降進(jìn)行了研究，認(rèn)為風(fēng)力發(fā)電的成本下降60％依賴于規(guī)?；l(fā)展，40％依賴于技術(shù)進(jìn)步。風(fēng)電與火電等傳統(tǒng)電力相比，最大的競(jìng)爭(zhēng)劣勢(shì)就是成本較高、經(jīng)濟(jì)性不好。2008年風(fēng)電成為非水電可再生能源中第一個(gè)全球裝機(jī)超過(guò)1億千瓦的電力資源。因此必須采取可持續(xù)化發(fā)展戰(zhàn)略，利用科技手段開(kāi)發(fā)潔凈綠色的可再生能源，研究風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能發(fā)電、生物質(zhì)能、海洋能發(fā)電等環(huán)保型可再生能源。隨著世界能源消費(fèi)量的增大，二氧化碳、氮氧化物、灰塵顆粒物等環(huán)境污染物的排放量逐年增大，化石能源對(duì)環(huán)境的污染和全球氣候的影響將日趨嚴(yán)重。AbstractThe environment，energy are urgent problems of survival and development of human．Mainly，Conventional energy are coal oil and natural gas．It is not only restricted，but also causing serious air pollution．Therefore，the utilization of renewable energy especially wind power development is regarded by many country in the world．In the recent year，the human used high—tech applied to wind power system，Continuously improving the efficiency and quality of the wind power have great significance．Wind energy resources belong to the natural phenomenon，So the development and use of the wind resource have many thesis focuses on the problem of maximum power point tracking for achieving the maximum wind energy tracking of variable speed wind turbine power generation systems atlow wind speed．Power electronic converters and maximum power point tracking strategys in wind generator systems provide the basic platform to acplish the research of this thesis．In order to send wind energy to a utility grid，a variable speed wind turbine requires a power electronic converter to convert a variable voltage variable frequency source into a fixed voltage fixed frequency supply．Variable speed wind turbine、permanent magnet generator、threephase ACDCDCAC converter as well as transformer,are introduced in the thesis for establishing variablespeed wind energy conversion ，as the important section of DC link to deliver power of energy in the converter system,Boost converter are introduced and specifically analyzed in this thesis．Second，introduced the principle of maximum power output of VSCF wind power generation system，analyzed and pared of several familiar wind power tracking algorithm，especially climbing algorithm．At last，set up the wind power system model by matlab tool，and achieved wind turbine maximum power point tracking(MPPT)．Keywords：Variable speed wind turbine，Permanent magnet generator,Maximum power point tracking，AC—DC—DC—AC converter,boost converter 目 錄摘要 4Abstract 5第1章 緒論 9 課題背景 9 全球風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及前景 9 我國(guó)發(fā)展風(fēng)力發(fā)電的必要性 10 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展 13 論文的內(nèi)容安排 16 16 17第2章 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)介紹 18 風(fēng)力發(fā)電的理論基礎(chǔ) 18 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的組成結(jié)構(gòu) 21 風(fēng)力機(jī)的分類(lèi)及功率控制方法 22 本章小結(jié) 25第3章 最大功率點(diǎn)跟蹤控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 26 最大功率點(diǎn)跟蹤算法的分類(lèi) 26 葉尖速比控制算法TipSpeed—Ratio(TSR)Control 26 功率信號(hào)反饋算法Power Signal Feedback(PSF)Control 27 登山搜索算法Hi llclimb Searching(HCS)Control 28 最大功率點(diǎn)跟蹤控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 31 本章小結(jié) 37第4章DC／Dc變換器的設(shè)計(jì) 38 DC/DC變換器概述 38 DC/DC變換器參數(shù)設(shè)計(jì)及其仿真 39 本章小結(jié) 42第5章變速風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的仿真與分析 43第1章 緒論 課題背景目前，作為世界能源主要支柱的石油、天然氣、煤炭等不可再生資源的儲(chǔ)量非常有限。本文采用了變速風(fēng)力機(jī)，永磁發(fā)電機(jī)，三相ACDCDCAC變流器，變壓器等構(gòu)建了變速風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。風(fēng)能資源屬于自然現(xiàn)象，所以對(duì)風(fēng)力資源的開(kāi)發(fā)和利用具有許多不便的方面。燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）最大功率跟蹤控制在直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用***燕 山 大 學(xué)年 月 摘 要能源、環(huán)境是當(dāng)今人類(lèi)生存和發(fā)展所要解決的緊迫問(wèn)題。近年來(lái)人類(lèi)所取得的高新科學(xué)技術(shù)應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，不斷提高風(fēng)能的變換效率和質(zhì)量，具有十分重要的意義。為了將風(fēng)能輸送給電網(wǎng)，變速風(fēng)力機(jī)要有變流器將發(fā)電機(jī)發(fā)出的電壓和頻率都不斷改變的電能轉(zhuǎn)換成恒頻恒壓的電能，再傳輸給電網(wǎng)。關(guān)鍵詞：變速風(fēng)力機(jī)，永磁發(fā)電機(jī)，最大功率點(diǎn)跟蹤，ACDCDCAC變換器，Boost變換器最后用matlab仿真工具建立了風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)的仿真模型，實(shí)現(xiàn)風(fēng)力機(jī)最大功率點(diǎn)追蹤MPPT(Maximum Power PointTracking)控制。天然氣只能再用4080年，煤可再用200300年。但是，化石燃料的大量消耗，不僅讓人類(lèi)面臨資源枯竭的壓力，同時(shí)也感受到了環(huán)境惡化的威脅，能源危機(jī)及其帶來(lái)環(huán)境污染成為阻礙人類(lèi)進(jìn)一步發(fā)展的桎梏。2007年，全球大約生產(chǎn)了2000億千瓦時(shí)風(fēng)電電力，約占全球電力供應(yīng)的1％，全球風(fēng)電新增裝機(jī)容量約為2000萬(wàn)千瓦，累計(jì)裝機(jī)9400萬(wàn)千瓦。印度是除美國(guó)和歐洲之外新增裝機(jī)容量最大的國(guó)家，裝機(jī)總量也超過(guò)了600萬(wàn)千瓦。盡管風(fēng)電還存在著如電網(wǎng)適應(yīng)能力、風(fēng)能資源預(yù)報(bào)水平、海上風(fēng)電發(fā)展等方面的問(wèn)題，但在市場(chǎng)逐步擴(kuò)大、技術(shù)和產(chǎn)業(yè)成熟度不斷提升、與常規(guī)能源相比的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)逐步凸顯、特別是政策環(huán)境前景非常明朗的情況下，世界各國(guó)都對(duì)風(fēng)電發(fā)展充滿了信心。國(guó)際能源署2008年頒布的((2050年能源技術(shù)情景》判斷，20102050年，全球風(fēng)電平均每年增加7000萬(wàn)千瓦，風(fēng)電將成為一個(gè)龐大的新興電力市場(chǎng)。我國(guó)利用風(fēng)能的歷史悠久，迄今已經(jīng)有數(shù)千年，是世界上利用風(fēng)能最早的國(guó)家之一。因此，中國(guó)能源供應(yīng)將面臨長(zhǎng)期后備資源不足，特別是優(yōu)質(zhì)能源短缺的問(wèn)題。中國(guó)每噸標(biāo)準(zhǔn)煤的能源消耗，排放的溫室氣體比世界平均水平高出50％。面對(duì)如此巨大的能源需求和“石油供求不足，煤炭接近開(kāi)采極限的嚴(yán)峻形勢(shì)下，調(diào)整能源結(jié)構(gòu)和大規(guī)模開(kāi)發(fā)可再生能源成為當(dāng)務(wù)之急。風(fēng)能產(chǎn)業(yè)將作為新興產(chǎn)業(yè)在未來(lái)20年高速增長(zhǎng)，是可再生能源發(fā)展的重點(diǎn)，也是最有可能大規(guī)模發(fā)展的能源之一。我國(guó)發(fā)展風(fēng)電的必要性主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：(1)實(shí)現(xiàn)能源多元化，調(diào)整我國(guó)當(dāng)前能源結(jié)構(gòu)目前，我國(guó)可開(kāi)發(fā)和利用的風(fēng)力資源儲(chǔ)量約為10億kΩ，而目前我國(guó)風(fēng)力發(fā)電僅占全國(guó)電力裝機(jī)容量0．11％。目前風(fēng)電機(jī)組主要制造商集中在歐美國(guó)家，我國(guó)大部分風(fēng)力發(fā)電機(jī)依靠進(jìn)口。經(jīng)過(guò)計(jì)算，平均每裝一臺(tái)單機(jī)容量為l兆瓦的風(fēng)能發(fā)電機(jī)，每年可以減排2000噸二氧化碳(相當(dāng)于種植276平方千米的樹(shù)木)、10噸二氧化硫、6噸二氧化氮。這些地方一般使用柴油或汽油發(fā)電機(jī)組供電，發(fā)電成本相當(dāng)高，而這些地方大部分處在風(fēng)力資源豐富地區(qū)。大力發(fā)展風(fēng)力